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弹性并可弯曲的灵活LED
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弹性并可弯曲的灵活LED

2021-10-26 17:18:23 来源:面包板社区

【哔哥哔特导读】论文第一作者、Wang实验室博士生JunyiZhao能够通过将无机钙钛矿晶体嵌入由聚合物粘合剂制成的有机聚合物基质中来解决这个问题。这使得钙钛矿和PeLED本身在性质上具有弹性和可伸缩性。两全其美。

当然,你可以用铰链连接两个屏幕,然后将该手机称为“可折叠”手机,但如果你可以把它卷起来放在钱包里呢?或者把它绕在手腕上当作手表戴?

LED

华盛顿大学圣路易斯分校麦凯维工程学院正在开发的数字显示器的下一步可能会使这些成为现实。

首先,需要发光二极管(LED)。然后是有机LED(OLED)。现在,普雷斯顿M.格林电气与系统工程系助理教授Chuan Wang实验室的研究人员已经开发出一种新材料,它既兼具两者最好的技术特点,又采用了一种新的制造方法——使用喷墨打印机。

该研究成果发布在本月刊发的《Advanced Materials》杂志上。

有机发光二极管,由有机小分子或聚合物材料制成,价格便宜且灵活。“你可以弯曲或拉伸它们——但它们的性能相对较低,寿命较短,”Wang说,“无机发光二极管(如microLED)具有高性能、亮度超高、可靠性高等优势,但不是很灵活且价格昂贵。”

“我们制造的是一种有机-无机化合物,”Wang说,“它兼具两者的优点。”

他们使用了一种特殊类型的晶体材料,称为有机金属卤化物钙钛矿,它具有一种新的扭曲。制造一层薄薄的液态钙钛矿结构的传统方法是将其滴到平坦的旋转基底上,就像旋转艺术玩具一样,这一过程称为旋转涂层。当基底旋转时,液体扩散开来,最终基板上覆盖了一层薄层。然后,它可以被回收,并制成钙钛矿发光二极管或PeLED。

然而,就像艺术旋转一样,在这个过程中浪费了大量的材料——当基底以几千转/分的速度旋转时,一些滴落的钙钛矿飞溅四射,而不是粘在基板上。

“因为它是液态的,”Wang说,“我们想到可以用喷墨打印机来代替旋涂。”

喷墨加工节省了材料,因为钙钛矿只能在需要的地方沉积,其精度与在一张纸上打印字母和数字的精度类似。无飞溅,减少浪费。这一过程也要快得多,将制造时间从5小时以上缩短到25分钟以下。

使用喷墨打印方法的另一个好处是有可能重塑电子学的未来:钙钛矿可以打印到各种非传统基板上,包括那些在旋转时不稳定的基板,如橡胶。“想象一下,将一款手机大小的设备拉伸到平板电脑大小,”Wang说。

然而,要使显示器具有灵活性,在橡胶上打印不易弯曲的LED是不行的。LED本身也需要灵活。钙钛矿不行。

论文第一作者、Wang实验室博士生JunyiZhao能够通过将无机钙钛矿晶体嵌入由聚合物粘合剂制成的有机聚合物基质中来解决这个问题。这使得钙钛矿和PeLED本身在性质上具有弹性和可伸缩性。两全其美。

这个过程并不十分简单。在实验室里需要花费几天几夜才能把它做好。Wang和Zhao都认为最大的障碍是确保不同材料层不发生混合。

由于PeLED的所有部分都是由液体制成的——钙钛矿层、两个电极和一个缓冲层——一个主要问题是防止所有层混合。

LED是三明治状构造,具有至少一个发射层、一个阳极层和一个阴极层。有时也可使用诸如电子和空穴传输层的附加层。Zhao必须保证钙钛矿层不会与其他任何一层混合,用荧光笔在刚写的墨水上用荧光灯可能会使其变脏。

他需要找到一种合适的聚合物,一种可以插入钙钛矿和其他层之间的聚合物,保护它不受其他层的影响,同时又不会对PeLED的性能造成太多干扰。

“我们找到了最好的材料和厚度来平衡设备性能和提供保护,”Zhao说。之后,他继续印刷第一张有弹性的PeLED。

这些PeLED可能只是电子革命的第一步:墙壁可以提供照明,甚至可以展示当天的报纸。它们可以用来制造可穿戴设备,甚至是智能可穿戴设备,比如测量血氧的脉搏血氧计。

最令人兴奋的是,能够廉价、快速地打印具有弹性且灵活的PeLED,可能会带来尚待开发的新技术。

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