Nuevo OLED Elástico Retiene Más del 90% de su Brillo, Avanzando Tecnología Móvil y Wearable

Andrew Corselli

Investigadores de la Universidad Drexel y la Universidad Nacional de Seúl han creado diodos orgánicos emisores de luz (OLED) que podrían mejorar pantallas de tecnología móvil y permitir tecnología wearable. (Imagen: Universidad Drexel)

La tecnología de diodos orgánicos emisores de luz (OLED) detrás de teléfonos flexibles, monitores curvos y televisores podría usarse algún día para hacer sensores sobre la piel que muestren cambios en temperatura, flujo sanguíneo y presión en tiempo real. Una colaboración internacional, liderada por investigadores de la Universidad Nacional de Seúl (SNU) en la República de Corea y la Universidad Drexel, ha desarrollado un OLED flexible y elástico que podría poner la tecnología en camino para este uso y una gama de nuevas aplicaciones.

Reportado recientemente en Nature, su trabajo mejora la tecnología existente integrando una capa de polímero fosforescente flexible y electrodos transparentes hechos de nanomaterial MXene. El resultado es un OLED que puede estirarse 1,6 veces su tamaño original, manteniendo la mayor parte de su luminiscencia.

"Este estudio aborda un desafío de larga data en la tecnología OLED flexible, a saber, la durabilidad de su luminiscencia después de flexión mecánica repetida", dijo Yury Gogotsi, Ph.D., Profesor Distinguido de Universidad y Bach en la Facultad de Ingeniería de Drexel. "Si bien los avances creando diodos emisores de luz flexibles han sido sustanciales, el progreso se ha estancado en la última década debido a limitaciones introducidas por la capa conductora transparente, limitando su elasticidad".

Aquí hay una entrevista exclusiva de Tech Briefs, editada por longitud y claridad, con Gogotsi.

Tech Briefs: ¿Cuál fue el mayor desafío técnico que enfrentó al desarrollar la capa fosforescente asistida por exiplex (ExciPh)?

Gogotsi: La capa ExciPh fue desarrollada en la Universidad Nacional de Seúl por el Profesor Tae-Woo Lee y su ex estudiante de doctorado Huanyu Zhou (actualmente post-doc en Georgia Tech). Aquí está lo que comentó Huanyu: "Nos preguntamos: ¿Por qué no podemos aplicar la física más avanzada de OLEDs rígidos —específicamente fosforescencia asistida por exiplex— a un formato elástico? Los anfitriones exiplex son brillantes porque permiten transferencia de energía de largo alcance eficiente a dopantes fosforescentes, minimizando pérdida de energía. Pero traducir esto a un sistema elástico fue más fácil de decir que de hacer. La mayoría de anfitriones exiplex de alto rendimiento son moléculas pequeñas que cristalizan y se agrietan cuando se estiran. Necesitábamos un sistema que mantuviera su 'apretón de manos' electrónico incluso cuando las moléculas eran separadas. El punto de inflexión crucial en nuestra investigación fue el desarrollo del sistema fosforescente asistido por exiplex elástico (ExciPh). Al mezclar cuidadosamente elastómeros intrínsecamente elásticos con moléculas orgánicas específicas, creamos una capa emisora que mantuvo morfología de película estable bajo 200 por ciento de deformación sin agrietarse".

Tech Briefs: ¿Puede explicar en términos simples cómo funciona por favor?

Gogotsi: La belleza del sistema ExciPh reside en su mecanismo de reciclaje de tripletes tolerante a elastómero. En OLEDs elásticos típicos, la naturaleza no conjugada del polímero conduce a pérdida de excitones por decaimiento no radiativo. Al usar un anfitrión exiplex como puente, podemos reciclar estos tripletes y transferirlos directamente a un dopante fosforescente. Esta estrategia supera las limitaciones de materiales elásticos, permitiéndonos lograr una eficiencia cuántica externa (EQE) superior al 17 por ciento en pantallas completamente elásticas.

Lea más sobre esto aquí, en nuestra historia "Behind the Paper: Breaking the Efficiency Barrier for the Future of Wearable Displays" en la página de Nature Research Communities.

Tech Briefs: ¿Tiene planes establecidos para más investigación/trabajo/etc.? Si no, ¿cuáles son sus próximos pasos?

Gogotsi: Incluso con una capa emisora perfecta, un dispositivo es tan bueno como sus electrodos. Para lograr alta eficiencia, se necesita un electrodo que inyecte cargas efectivamente mientras permanece conductor y estable bajo estiramiento repetido. Aquí es donde MXene funcionó extremadamente bien. En nuestras publicaciones previas con el grupo de Tae-Woo Lee, mostramos que Ti3C2Tx MXene, un material 2D descubierto en la Universidad Drexel, puede producir electrodos conductores transparentes que reemplazan el óxido de indio-estaño frágil usado en OLEDs, pantallas y celdas solares convencionales.

MXene proporcionó flexibilidad y luminiscencia mejorada debido a su alta y ajustable función de trabajo. Sin embargo, para añadir elasticidad, agregamos nanohilos de plata que pueden mantener una conexión eléctrica incluso cuando la película se estira en un 200 por ciento. Es importante mencionar que este enfoque puede usarse para crear otros dispositivos flexibles y elásticos, incluyendo celdas solares, pantallas, sensores y electrónica epidérmica. El equipo de SNU también cree que superar la barrera del 17,0 por ciento EQE para OLEDs completamente elásticos es solo un punto de partida. Esta investigación muestra que la "brecha de eficiencia" entre electrónica rígida y elástica no es una ley de la naturaleza —es un desafío de ingeniería que puede resolverse. El grupo del Profesor Lee continuará esfuerzos en esta dirección.

Tech Briefs: ¿Hay algo más que le gustaría añadir que no toqué?

Gogotsi: MXenes, una familia químicamente y estructuralmente diversa de carburos, nitruros y carbonitruros de metales de transición 2D, ofrecen una variedad sin precedentes de composiciones y estructuras. Las superficies químicamente ajustables son intrínsecas a los MXenes, y agregar terminaciones de superficie produce más de mil composiciones estequiométricas. Junto con posibles terminaciones mixtas y soluciones sólidas en sitios M y X —docenas ya reportadas, incluyendo estructuras 2D de alta entropía con hasta nueve metales de transición— las permutaciones son infinitas. Esta riqueza química y estructural permite una ajustabilidad de propiedades sin precedentes en una amplia gama de aplicaciones. La conductividad eléctrica de una composición MXene dada puede ajustarse de metálica a semiconductora a superconducente variando sus terminaciones de superficie o morfología. Por lo tanto, estos materiales pueden habilitar tecnologías que no eran posibles hasta ahora. La electrónica elástica es solo un ejemplo.

Tech Briefs: ¿Tiene algún consejo para investigadores que buscan llevar sus ideas a la fructificación?

Gogotsi: ¡Cree en usted mismo y nunca, nunca se rinda!