Onderzoeksteam ontwikkelt een afwasbare, transparante en flexibele OLED met MXene nanotechnologie

Transparante en flexibele displays, die veel aandacht hebben gekregen op verschillende gebieden, waaronder autodisplays, bio-gezondheidszorg, leger en mode, staan ​​erom bekend dat ze gemakkelijk breken bij kleine vervormingen. Om dit probleem op te lossen, wordt er actief onderzoek gedaan naar veel transparante en flexibele geleidende materialen zoals koolstofnanobuisjes, grafeen, zilveren nanodraden en geleidende polymeren.

Een gezamenlijk onderzoeksteam onder leiding van professor Kyung Cheol Choi van de KAIST School of Electrical Engineering en Dr. Yonghee Lee van het National Nano Fab Centre (NNFC) kondigde de succesvolle ontwikkeling aan van een waterbestendige, transparante en flexibele OLED met behulp van MXene nanotechnologie. Het materiaal kan licht uitstralen en doorlaten, zelfs wanneer het wordt blootgesteld aan water.

Dit onderzoek is gepubliceerd als een voorpaginaverhaal van ACS Nano onder de titel “Zeer luchtstabiele, flexibele en waterbestendige 2D titaniumcarbide MXene-gebaseerde RGB organische lichtgevende diodedisplays voor transparante vrije-vormelektronica.”

MXene is een 2D-materiaal met een hoge elektrische geleidbaarheid en optische transmissie, en kan op grote schaal worden geproduceerd door middel van oplossingsprocessen. Ondanks deze aantrekkelijke eigenschappen waren de toepassingen van MXene echter beperkt als elektrisch apparaat voor de lange termijn, omdat de elektrische eigenschappen ervan gemakkelijk worden aangetast door vocht en water uit de lucht. Het materiaal kon daarom niet worden gesystematiseerd in de vorm van een matrix die informatie kan weergeven.

Het onderzoeksteam van professor Choi gebruikte een inkapselingstactiek die materialen kan beschermen tegen oxidatie veroorzaakt door vocht en zuurstof om een ​​op MXene gebaseerde OLED te ontwikkelen met een lange levensduur en hoge stabiliteit tegen externe omgevingsfactoren. Het onderzoeksteam concentreerde zich eerst op het analyseren van het degradatiemechanisme van de elektrische geleidbaarheid van MXene en concentreerde zich vervolgens op het ontwerpen van een inkapselingsmembraan.

Het team blokkeerde vocht en zorgde voor flexibiliteit door compensatie van restspanningen, waardoor uiteindelijk een dubbellaags inkapselingsmembraan ontstond. Bovendien werd op de toplaag een dunne plastic film met een dikte van enkele micrometers aangebracht om het wassen in water zonder degradatie mogelijk te maken.

Door middel van deze studie ontwikkelde het onderzoeksteam een ​​op MXene gebaseerde rode(R)/groene(G)/blauwe(B) OLED die een helderheid van meer dan 1.000 cd/m2 afgeeft² dat met het blote oog waarneembaar is, zelfs in zonlicht, en voldoet daarmee aan de voorwaarden voor buitenvertoningen. Wat betreft de rode op MXene gebaseerde OLED, bevestigden de onderzoekers een standby-opslagduur van 2.000 uur (minder dan 70% luminescentie), een standby-levensduur van 1.500 uur (minder dan 60% luminescentie) en een flexibiliteit die bestand is tegen 1.000 cycli bij een lage kromming van minder dan 1,5 mm.

Bovendien toonden ze aan dat de prestaties behouden bleven, zelfs na zes uur onderdompeling onder water (minder dan 80% luminescentie). Verder werd een patroontechniek gebruikt om de op MXene gebaseerde OLED in de vorm van een passieve matrix te produceren, en het team demonstreerde het gebruik ervan als een transparant display door letters en vormen weer te geven.

Ph.D. kandidaat So Yeong Jeong, die deze studie leidde, zei: “Om de betrouwbaarheid van MXene OLED te verbeteren, hebben we ons gericht op het produceren van een adequate inkapselingsstructuur en een geschikt procesontwerp.” Ze voegde eraan toe: “Door een MXene OLED van het matrixtype te produceren en eenvoudige letters en vormen weer te geven, hebben we de basis gelegd voor de toepassing van MXene op het gebied van transparante displays.”

Professor Choi zei: “Dit onderzoek zal de richtlijn worden voor het toepassen van MXene in elektrische apparaten, maar we verwachten dat het ook zal worden toegepast op andere gebieden die flexibele en transparante displays vereisen, zoals auto’s, mode en functionele kleding. En om de kloof met de Chinese OLED-technologie te vergroten, moeten deze nieuwe OLED-convergentietechnologieën verder worden ontwikkeld.”