Novo OLED extensível retém mais de 90% de seu brilho, avançando na tecnologia móvel e vestível

André Corselli
Pesquisadores da Universidade Drexel e da Universidade Nacional de Seul criaram diodos orgânicos emissores de luz (OLEDs) que poderiam melhorar as telas de tecnologia móvel e permitir a tecnologia vestível. (Imagem:Universidade Drexel)
A tecnologia de diodo orgânico emissor de luz (OLED) por trás de telefones celulares flexíveis, monitores curvos e televisores poderá um dia ser usada para fabricar sensores na pele que mostram mudanças de temperatura, fluxo sanguíneo e pressão em tempo real. Uma colaboração internacional, liderada por investigadores da Universidade Nacional de Seul (SNU), na República da Coreia, e da Universidade Drexel, desenvolveu um OLED flexível e extensível que poderá colocar a tecnologia no caminho certo para esta utilização e uma série de novas aplicações.

Reportado recentemente na Natureza , seu trabalho aprimora a tecnologia existente ao integrar uma camada de polímero flexível e fosforescente e eletrodos transparentes feitos de nanomaterial MXene. O resultado é um OLED que pode ser ampliado até 1,6 vezes o seu tamanho original, mantendo a maior parte da sua luminescência.

“Este estudo aborda um desafio de longa data na tecnologia OLED flexível, nomeadamente, a durabilidade da sua luminescência após repetidas flexões mecânicas”, disse Yury Gogotsi, Ph.D., Distinguished University e professor de Bach na Faculdade de Engenharia de Drexel. “Embora os avanços na criação de diodos emissores de luz flexíveis tenham sido substanciais, o progresso se estabilizou na última década devido às limitações introduzidas pela camada condutora transparente, limitando sua elasticidade.”

Aqui está um Tech Briefs exclusivo entrevista, editada para maior extensão e clareza, com Gogotsi.

Resumos técnicos :Qual foi o maior desafio técnico que você enfrentou ao desenvolver a camada fosforescente assistida por exciplex (ExciPh)?

Gogotsi :A camada ExciPh foi desenvolvida na Universidade Nacional de Seul pelo Professor Tae-Woo Lee e seu ex-Ph.D. estudante Huanyu Zhou (atualmente pós-doutorado na Georgia Tech). Aqui está o que Huanyu comentou:“Nós nos perguntamos:Por que não podemos aplicar a física mais avançada dos OLEDs rígidos – especificamente a fosforescência assistida por exciplex – a um formato extensível? Os hosts Exciplex são brilhantes porque permitem a transferência eficiente de energia de longo alcance para dopantes fosforescentes, minimizando a perda de energia. Mas traduzir isso para um sistema extensível era mais fácil de falar do que fazer. A maioria dos hospedeiros exciplex de alto desempenho são pequenas moléculas que cristalizam e quebram quando esticadas. Precisávamos de um sistema que mantivesse o seu “aperto de mão” eletrónico mesmo quando as moléculas eram separadas. O ponto de viragem crucial em nossa pesquisa foi o desenvolvimento do sistema fosforescente assistido por exciplex extensível (ExciPh). Ao misturar cuidadosamente elastômeros intrinsecamente extensíveis com moléculas orgânicas específicas, criamos uma camada emissiva que manteve a morfologia estável do filme sob tensão de 200% sem rachar.”

Resumos técnicos :Você pode explicar em termos simples como funciona, por favor?

Gogotsi :A beleza do sistema ExciPh reside em seu mecanismo de reciclagem de tripletos tolerante ao elastômero. Em OLEDs extensíveis típicos, a natureza não conjugada do polímero leva à perda de excitons por meio de decaimento não radiativo. Usando um hospedeiro exciplex como ponte, podemos reciclar esses trigêmeos e transferi-los diretamente para um dopante fosforescente. Esta estratégia supera as limitações dos materiais extensíveis, permitindo-nos alcançar uma eficiência quântica externa (EQE) superior a 17% em ecrãs totalmente extensíveis.

Leia mais sobre isso aqui, em nossa história “Por trás do papel:quebrando a barreira da eficiência para o futuro dos displays vestíveis” em Comunidades de pesquisa da natureza página  .

Resumos técnicos :Você tem planos definidos para futuras pesquisas/trabalhos/etc.? Se não, quais são seus próximos passos?

Gogotsi :Mesmo com uma camada emissiva perfeita, um dispositivo é tão bom quanto seus eletrodos. Para alcançar alta eficiência, é necessário um eletrodo que injete cargas de forma eficaz, permanecendo condutivo e estável sob repetidos alongamentos. Foi aqui que o MXene funcionou extremamente bem. Em nossas publicações anteriores com o grupo de Tae-Woo Lee, mostramos que Ti3C2Tx MXene, um material 2D descoberto na Universidade Drexel, pode produzir eletrodos condutores transparentes que substituem o frágil óxido de índio-estanho usado em OLEDs, displays e células solares convencionais.

MXene forneceu flexibilidade e luminância aprimorada devido à sua função de trabalho alta e ajustável. No entanto, para aumentar a elasticidade, adicionamos nanofios de prata que podem manter uma conexão elétrica mesmo quando o filme é esticado em 200%. É importante mencionar que esta abordagem pode ser usada para criar outros dispositivos flexíveis e extensíveis, incluindo células solares, displays, sensores e eletrônicos epidérmicos. Os futuros monitores e outros dispositivos podem tornar-se usáveis, flexíveis e até elásticos.

A equipe do SNU também acredita que superar a barreira EQE de 17,0% para OLEDs totalmente extensíveis é apenas um ponto de partida. Esta pesquisa mostra que a “lacuna de eficiência” entre a eletrônica rígida e a extensível não é uma lei da natureza – é um desafio de engenharia que pode ser resolvido. O grupo do Professor Lee continuará os esforços nessa direção.

Resumos técnicos :Há mais alguma coisa que você gostaria de acrescentar que eu não mencionei?

Gogotsi :MXenes, uma família química e estruturalmente diversificada de carbonetos, nitretos e carbonitretos de metais de transição 2D, oferece uma variedade sem precedentes de composições e estruturas. Superfícies quimicamente ajustáveis ​​são intrínsecas aos MXenes, e a adição de terminações de superfície produz mais de mil composições estequiométricas. Juntamente com possíveis terminações mistas e soluções sólidas em locais M e X – dezenas já relatadas, incluindo estruturas 2D de alta entropia com até nove metais de transição – as permutações são infinitas. Essa riqueza química e estrutural permite ajuste de propriedades sem precedentes em uma ampla gama de aplicações. A condutividade elétrica de uma determinada composição MXene pode ser ajustada de metálica para semicondutora e supercondutora, variando suas terminações de superfície ou morfologia. Portanto, esses materiais podem viabilizar tecnologias que não eram possíveis até agora. A eletrônica extensível é apenas um exemplo.

Resumos técnicos :Você tem algum conselho para pesquisadores que desejam concretizar suas ideias?

Gogotsi :Acredite em você e nunca, nunca desista!