На протяжении десятилетий инженеры искали способ создать OLED-дисплеи, которые могли бы сгибаться, скручиваться и растягиваться, сохраняя при этом яркость и стабильность свечения.
Но инженеры всегда сталкивались с компромиссом: чем сильнее растягиваются эти материалы, тем тусклее они становятся. Группа учёных из Университета Дрекселя в Филадельфии, нашла способ обойти эту проблему, используя особый класс материалов под названием MXenes. Эти материалы сохраняют яркость при значительном растяжении.
Ученые разработали OLED-дисплей, который может растягиваться в два раза по сравнению с исходным размером, сохраняя при этом стабильное свечение. Он также преобразует электричество в свет более эффективно, чем любой другой растягивающийся OLED-дисплей, достигая рекордных 17 % внешней квантовой эффективности — показателя того, насколько эффективно устройство преобразует электричество в свет.
Традиционно дисплеи состоят из нескольких слоёв, расположенных друг над другом. В основании находится катод, который посылает электроны в соседние органические слои, предназначенные для эффективной передачи заряда. Проходя через эти слои, электроны сталкиваются с положительным зарядом, создаваемым плёнкой из оксида индия и олова (ITO). В момент соединения этих зарядов органический материал высвобождает энергию в виде света, создавая подсвеченные пиксели, из которых состоит изображение. Вся конструкция покрыта сверху слоем стекла.
Плёнка из оксида индия-олова, приклеенная к стеклу, служит анодом, позволяя току проходить через органические слои, не блокируя генерируемый свет. «Но она хрупкая. По сути, это керамика», поэтому она хорошо подходит для плоских поверхностей, но её нельзя согнуть, объясняют исследователи. Ранее уже предпринимались попытки создать гибкие OLED-дисплеи, но они не смогли существенно преодолеть ограничения, связанные с гибкостью и яркостью.
Ученые начали с создания прозрачной проводящей плёнки из MXene — ультратонкого и гибкого материала с проводимостью, как у металла. Этот материал уникален своей способностью изгибаться, поскольку состоит из множества двумерных листов, которые могут скользить относительно друг друга, не разрушаясь. Плёнка толщиной всего 10 нанометров «оказалась идеальной заменой ITO».
В ходе экспериментов исследователи обнаружили, что интеграция MXene и серебряных нанопроволок растягивается сильнее всего, сохраняя при этом стабильность. «Мы смогли увеличить размер в два раза, добившись растяжения на 200 % без потери производительности», — говорят ученые.