Le nouvel OLED extensible conserve plus de 90 % de sa luminosité, faisant progresser la technologie mobile et portable

Andrew Corselli Des chercheurs de l'Université Drexel et de l'Université nationale de Séoul ont créé des diodes électroluminescentes organiques (OLED) qui pourraient améliorer les écrans de la technologie mobile et permettre la technologie portable. (Image :Université Drexel)

La technologie des diodes électroluminescentes organiques (OLED) derrière les téléphones portables flexibles, les moniteurs incurvés et les téléviseurs pourrait un jour être utilisée pour créer des capteurs sur la peau qui montrent les changements de température, de flux sanguin et de pression en temps réel. Une collaboration internationale, dirigée par des chercheurs de l'Université nationale de Séoul (SNU) en République de Corée et de l'Université Drexel, a développé une OLED flexible et extensible qui pourrait mettre la technologie sur la bonne voie pour cette utilisation et une gamme de nouvelles applications.

Signalé récemment dans Nature , leurs travaux améliorent la technologie existante en intégrant une couche de polymère flexible et phosphorescente et des électrodes transparentes fabriquées à partir de nanomatériau MXene. Le résultat est un OLED qui peut être étiré jusqu'à 1,6 fois sa taille d'origine, tout en conservant l'essentiel de sa luminescence.

"Cette étude aborde un défi de longue date dans la technologie OLED flexible, à savoir la durabilité de sa luminescence après des flexions mécaniques répétées", a déclaré Yury Gogotsi, Ph.D., université distinguée et professeur Bach au Collège d'ingénierie de Drexel. "Même si les progrès réalisés dans la création de diodes électroluminescentes flexibles ont été substantiels, les progrès se sont stabilisés au cours de la dernière décennie en raison des limitations introduites par la couche conductrice transparente, limitant leur extensibilité."

Voici un Tech Briefs exclusif entretien, édité pour plus de longueur et de clarté, avec Gogotsi.

Notes techniques  : Quel a été le plus grand défi technique auquel vous avez été confronté lors du développement de la couche phosphorescente assistée par exciplex (ExciPh) ?

Gogotsi :La couche ExciPh a été développée à l'Université nationale de Séoul par le professeur Tae-Woo Lee et son ancien doctorat. étudiant Huanyu Zhou (actuellement post-doctorant à Georgia Tech). Voici ce que Huanyu a commenté :« Nous nous sommes demandé :Pourquoi ne pouvons-nous pas appliquer la physique la plus avancée des OLED rigides – en particulier la phosphorescence assistée par exciplex – à un format étirable ? Les hôtes Exciplex sont brillants car ils permettent un transfert d'énergie efficace à longue portée vers des dopants phosphorescents, minimisant ainsi la perte d'énergie. Mais traduire cela en un système extensible était plus facile à dire qu'à faire. La plupart des hôtes exciplexes hautes performances sont de petites molécules qui cristallisent et se fissurent lorsqu'elles sont étirées. Nous avions besoin d’un système capable de maintenir sa « poignée de main » électronique même lorsque les molécules étaient séparées. Le tournant décisif de nos recherches a été le développement du système extensible phosphorescent assisté par exciplex (ExciPh). En mélangeant soigneusement des élastomères intrinsèquement extensibles avec des molécules organiques spécifiques, nous avons créé une couche émissive qui maintient une morphologie de film stable sous une contrainte de 200 % sans se fissurer. »

Notes techniques :Pouvez-vous expliquer en termes simples comment cela fonctionne s'il vous plaît ?

Gogotsi :La beauté du système ExciPh réside dans son mécanisme de recyclage triplet tolérant les élastomères. Dans les OLED étirables typiques, la nature non conjuguée du polymère entraîne une perte d’excitons via une désintégration non radiative. En utilisant un hôte exciplexe comme pont, nous pouvons recycler ces triplets et les transférer directement vers un dopant phosphorescent. Cette stratégie surmonte les limites des matériaux étirables, nous permettant d'atteindre une efficacité quantique externe (EQE) supérieure à 17 % dans les écrans entièrement étirables.

Apprenez-en davantage ici, dans notre article « Derrière le papier :briser les barrières d'efficacité pour l'avenir des écrans portables » sur Communautés de recherche sur la nature page  .

Notes techniques :Avez-vous des projets précis pour des recherches/travaux/etc. supplémentaires ? Si non, quelles sont vos prochaines étapes ?

Gogotsi :Même avec une couche émissive parfaite, un appareil ne vaut que par ses électrodes. Pour atteindre un rendement élevé, il faut une électrode qui injecte des charges efficacement tout en restant conductrice et stable sous des étirements répétés. C'est là que MXene a extrêmement bien fonctionné. Dans nos précédentes publications avec le groupe de Tae-Woo Lee, nous avons montré que le Ti3C2Tx MXene, un matériau 2D découvert à l'Université Drexel, peut produire des électrodes conductrices transparentes qui remplacent l'oxyde d'indium-étain fragile utilisé dans les OLED, les écrans et les cellules solaires conventionnels.

MXene offre une flexibilité et une luminance améliorée grâce à sa fonction de travail élevée et réglable. Cependant, pour ajouter de l'extensibilité, nous avons ajouté des nanofils d'argent qui peuvent maintenir une connexion électrique même lorsque le film est étiré à 200 %. Il est important de mentionner que cette approche peut être utilisée pour créer d’autres dispositifs flexibles et extensibles, notamment des cellules solaires, des écrans, des capteurs et des composants électroniques épidermiques. Les futurs écrans et autres appareils peuvent devenir portables, flexibles et même élastiques.

L’équipe SNU estime également que dépasser la barrière EQE de 17,0 % pour les OLED entièrement extensibles n’est qu’un point de départ. Cette recherche montre que « l’écart d’efficacité » entre l’électronique rigide et extensible n’est pas une loi de la nature – c’est un défi technique qui peut être résolu. Le groupe du professeur Lee poursuivra ses efforts dans cette direction.

Notes techniques :Y a-t-il autre chose que vous aimeriez ajouter et que je n'ai pas abordé ?

Gogotsi :Les MXènes, une famille chimiquement et structurellement diversifiée de carbures, nitrures et carbonitrures de métaux de transition 2D, offrent une variété sans précédent de compositions et de structures. Les surfaces chimiquement accordables sont intrinsèques aux MXènes, et l'ajout de terminaisons de surface donne plus d'un millier de compositions stoechiométriques. Avec les terminaisons mixtes possibles et les solutions solides sur les sites M et X – des dizaines déjà signalées, y compris des structures 2D à haute entropie contenant jusqu'à neuf métaux de transition – les permutations sont infinies. Cette richesse chimique et structurelle permet une adaptabilité des propriétés sans précédent dans une large gamme d'applications. La conductivité électrique d'une composition de MXène donnée peut être ajustée de métallique à semi-conductrice à supraconductrice en faisant varier ses terminaisons de surface ou sa morphologie. Par conséquent, ces matériaux peuvent permettre des technologies qui n’étaient pas possibles jusqu’à présent. L'électronique extensible n'est qu'un exemple.

Notes techniques :Avez-vous des conseils à donner aux chercheurs souhaitant concrétiser leurs idées ?

Gogotsi :Croyez en vous et n'abandonnez jamais !