Naslovnica SCI-TECH Rastezljive, fleksibilne LED diode – napravljene pomoću inkjet štampača

Rastezljive, fleksibilne LED diode – napravljene pomoću inkjet štampača

57
0

By

Junyi Zhao, doktorant u laboratoriji Chuan Wang, koristio je fleksibilne PeLEDs kako bi pokazao malo školskog duha. Zasluge: Wustl/Wang Lab

Naravno, možete pričvrstiti dva ekrana sa šarkama i nazvati mobilni telefon „sklopivim“, ali šta ako biste ga mogli smotati i staviti u novčanik? Ili ga rastegnite oko zgloba da biste ga nosili kao sat?

Sljedeći korak u razvoju digitalnih displeja na McKelvey School of Engineering na Washington University u St. Louisu mogao bi to učiniti stvarnošću.

Prvo, postojale su diode koje emituju svjetlost ili LED diode. Zatim, organske LED diode ili OLED. Sada su istraživači u laboratoriji Chuan Wang-a, docenta na Preston M. Green Odsjeku za elektrotehniku ​​i sistemsko inženjerstvo, razvili novi materijal koji ima najbolje od obje tehnologije i novi način za njegovu proizvodnju – korištenjem inkjet štampača.

Istraživanje je objavljeno ovog mjeseca u časopisu Napredni materijali.

Organske LED diode, napravljene od organskih malih molekula ili polimernih materijala, jeftine su i fleksibilne. “Možete ih savijati ili rastezati – ali imaju relativno niske performanse i kratak vijek trajanja”, rekao je Wang. “Neorganske LED diode kao što su microLED su visokih performansi, super svijetle i vrlo pouzdane, ali nisu fleksibilne i vrlo skupe.”

„Ono što smo napravili je organsko-anorgansko jedinjenje“, rekao je. “Ima najbolje od oba svijeta.”


Fleksibilni PeLED u akciji. Zasluge: Video ljubaznošću Wang laboratorije

Koristili su posebnu vrstu kristalnog materijala koji se zove organometalni halid perovskit – iako s novim zaokretom. Tradicionalni način stvaranja tankog sloja perovskita, koji je u tečnom obliku, je da se nakapa na ravnu podlogu koja se okreće, poput igračke za centrifugiranje, u procesu poznatom kao centrifugiranje. Kako se podloga okreće, tečnost se širi i na kraju je prekriva u tankom sloju.

Odatle se može oporaviti i pretvoriti u perovskitne LED diode ili PeLED.

Međutim, kao i spin art, mnogo materijala se gubi u tom procesu – kako se podloga okreće na nekoliko hiljada okretaja u minuti, dio perovskita koji kaplje prska i odleti, ne lijepeći se za podlogu.

„Pošto dolazi u tečnom obliku“, rekao je Vang, „zamislili smo da bismo mogli da koristimo inkjet štampač“ umesto centrifugiranja.

Inkjet proizvodnja štedi materijale, jer se perovskit može deponovati samo tamo gde je to potrebno, na sličan način kao što je to preciznost kojom se slova i brojevi štampaju na komadu papira; nema prskanja, manje otpada. Proces je takođe mnogo brži, skraćuje vreme izrade sa više od pet sati na manje od 25 minuta.

Još jedna prednost korišćenja metode inkjet štampe ima potencijal da preoblikuje budućnost elektronike: perovskit se može štampati na različitim nekonvencionalnim podlogama, uključujući i one koje ne bi postojale tokom centrifugiranja — materijale kao što je guma.

“Zamislite da imate uređaj koji počinje veličine mobilnog telefona, ali se može rastegnuti do veličine tableta”, rekao je Wang.

Međutim, da bi ekran bio fleksibilan, štampanje čvrstih LED dioda na gumi neće učiniti trik. Same LED diode moraju biti fleksibilne. Perovskit nije.

Prvi autor Junyi Zhao, doktorant u Wangovoj laboratoriji, uspio je riješiti problem ugrađivanjem neorganskih kristala perovskita u organsku, polimernu matricu napravljenu od polimernih veziva. Ovo je učinilo perovskit i, asocijacijom, i PeLED-e, same po sebi elastične i rastegljive prirode.

Najbolje od oba svijeta.

Proces nije bio baš jednostavan. Trebali su dugi dani – i nekoliko noći – u laboratoriji prije nego što je to ispravno. Wang i Zhao su se složili da je najveća prepreka bila da se osigura da se različiti slojevi materijala ne miješaju.

Budući da su svi dijelovi PeLED-a napravljeni od tekućine – sloj perovskita, kao i dvije elektrode i puferski sloj – glavna briga je bila da se svi slojevi ne miješaju.

LED diode su konstruirane u sendvič konfiguraciji, s najmanje emisionim slojem, anodnim slojem i katodnim slojem. Ponekad se mogu koristiti i dodatni slojevi kao što su slojevi za transport elektrona i rupa. Zhao je morao zaštititi sloj perovskita od miješanja sa bilo kojim drugim, na način na koji bi ga stavljanjem markera preko svježe napisanog mastila mogao razmazati.

Morao je pronaći odgovarajući polimer, onaj koji bi se mogao umetnuti između perovskita i ostalih slojeva, štiteći ga od njih, a da pritom ne ometa performanse PeLED-a.

“Pronašli smo najbolji materijal i najbolju debljinu kako bismo uravnotežili performanse i zaštitu uređaja,” rekao je Zhao. Nakon toga je nastavio da štampa prve rastezljive PeLED-ove.

Univerzitetska kancelarija za upravljanje tehnologijom ima na čekanju patent za tehnologiju i metod proizvodnje.

Ovi PeLED-ovi bi mogli biti samo prvi korak u revoluciji elektronike: zidovi bi mogli osigurati osvjetljenje ili čak prikazivati ​​dnevne novine. Mogu se koristiti za izradu nosivih uređaja, čak i pametnih nosivih uređaja, poput pulsnog oksimetra za mjerenje kisika u krvi.

Najuzbudljivije, mogućnost jeftinog i brzog štampanja rastezljivih, fleksibilnih PeLED-a može dovesti do novih tehnologija o kojima se tek treba zamisliti.

Referenca: „Izrada velikom brzinom sve inkjet štampanih organometalnih halogenih perovskit svetlećih dioda na elastičnim podlogama“ od Junyi Zhao, Li-Wei Lo, Haochuan Wan, Pengsu Mao, Zhibin Yu i Chuan Wang, 8. oktobar 2021. Napredni materijali.
DOI: 10.1002/adma.202102095

.


Izvor: scitechdaily.com


Pratite nas na Facebook-u | Twitter-u | YouTube-u

WPAP (319)