El nuevo OLED extensible conserva más del 90% de su brillo, avanzando en la tecnología móvil y portátil

Andrés Corselli

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

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

Reportado recientemente en Naturaleza , su trabajo mejora la tecnología existente al integrar una capa de polímero fosforescente flexible y electrodos transparentes hechos de nanomaterial MXene. El resultado es un OLED que se puede estirar hasta 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 una flexión mecánica repetida", dijo Yury Gogotsi, Ph.D., Universidad Distinguida y Profesor Bach en la Facultad de Ingeniería de Drexel. "Si bien los avances en la creación de diodos emisores de luz flexibles han sido sustanciales, el progreso se ha estabilizado en la última década debido a las limitaciones introducidas por la capa conductora transparente, que limita su capacidad de estiramiento".

Aquí hay un Tech Briefs exclusivo entrevista, editada para mayor extensión y claridad, con Gogotsi.

Resúmenes técnicos :¿Cuál fue el mayor desafío técnico al que se enfrentó mientras desarrollaba la capa fosforescente asistida por exciplex (ExciPh)?

Gogotsi :La capa ExciPh fue desarrollada en la Universidad Nacional de Seúl por el profesor Tae-Woo Lee y su antiguo doctorado. estudiante Huanyu Zhou (actualmente postdoctorado en Georgia Tech). Esto es lo que comentó Huanyu:“Nos preguntamos:¿Por qué no podemos aplicar la física más avanzada de los OLED rígidos (específicamente la fosforescencia asistida por exciplex) a un formato extensible? Los huéspedes Exciplex son brillantes porque permiten una transferencia eficiente de energía de largo alcance a dopantes fosforescentes, minimizando la pérdida de energía. Pero trasladar esto a un sistema extensible fue más fácil de decir que de hacer. La mayoría de los anfitriones exciplex 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 se separaban. El punto de inflexión fundamental en nuestra investigación fue el desarrollo del sistema fosforescente asistido por exciplex estirable (ExciPh). Al mezclar cuidadosamente elastómeros intrínsecamente estirables con moléculas orgánicas específicas, creamos una capa emisiva que mantuvo la morfología de la película estable bajo una tensión del 200 por ciento sin agrietarse”.

Resúmenes técnicos :¿Puedes explicar en términos sencillos cómo funciona, por favor?

Gogotsi :La belleza del sistema ExciPh radica en su mecanismo de reciclaje triplete tolerante a elastómeros. En los OLED estirables típicos, la naturaleza no conjugada del polímero conduce a la pérdida de excitones por desintegración no radiativa. Al utilizar un huésped exciplex como puente, podemos reciclar estos tripletes y transferirlos directamente a un dopante fosforescente. Esta estrategia supera las limitaciones de los materiales estirables, lo que nos permite lograr una eficiencia cuántica externa (EQE) superior al 17 por ciento en pantallas totalmente estirables.

Lea más sobre esto aquí, en nuestra historia "Detrás del papel:Rompiendo la barrera de la eficiencia para el futuro de las pantallas portátiles" en Comunidades de investigación de la naturaleza página  .

Resúmenes técnicos :¿Tiene algún plan establecido para futuras investigaciones/trabajos/etc.? Si no, ¿cuáles son tus próximos pasos?

Gogotsi :Incluso con una capa emisora perfecta, un dispositivo es tan bueno como sus electrodos. Para lograr una alta eficiencia, se necesita un electrodo que inyecte cargas de manera efectiva y al mismo tiempo permanezca conductor y estable bajo estiramientos repetidos. Aquí es donde MXene funcionó extremadamente bien. En nuestras publicaciones anteriores con el grupo de Tae-Woo Lee, demostramos que Ti3C2Tx MXene, un material 2D descubierto en la Universidad de Drexel, puede producir electrodos conductores transparentes que reemplazan el frágil óxido de indio y estaño utilizado en OLED, pantallas y células solares convencionales.

MXene proporcionó flexibilidad y luminancia mejorada debido a su función de trabajo alta y ajustable. Sin embargo, para aumentar la capacidad de estiramiento, agregamos nanocables 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 se puede utilizar para crear otros dispositivos flexibles y extensibles, incluidas células solares, pantallas, sensores y electrónica epidérmica. Las pantallas y otros dispositivos del futuro pueden llegar a ser portátiles, flexibles e incluso elásticos.

El equipo de SNU también cree que superar la barrera del 17,0 por ciento de EQE para los OLED totalmente extensibles es sólo un punto de partida. Esta investigación muestra que la "brecha de eficiencia" entre la electrónica rígida y extensible no es una ley de la naturaleza:es un desafío de ingeniería que puede resolverse. El grupo del profesor Lee continuará sus esfuerzos en esta dirección.

Resúmenes técnicos :¿Hay algo más que le gustaría agregar que no mencioné?

Gogotsi :MXenes, una familia química y estructuralmente diversa de carburos, nitruros y carbonitruros de metales de transición 2D, ofrece una variedad sin precedentes de composiciones y estructuras. Las superficies químicamente sintonizables son intrínsecas a los MXenes, y al agregar terminaciones de superficie se obtienen más de mil composiciones estequiométricas. Junto con posibles terminaciones mixtas y soluciones sólidas en sitios M y X (ya se han informado docenas, incluidas estructuras 2D de alta entropía con hasta nueve metales de transición), las permutaciones son infinitas. Esta riqueza química y estructural permite una capacidad de ajuste de propiedades sin precedentes en una amplia gama de aplicaciones. La conductividad eléctrica de una composición MXene determinada se puede ajustar de metálica a semiconductora y superconductora variando sus terminaciones superficiales o morfología. Por tanto, estos materiales pueden permitir tecnologías que hasta ahora no eran posibles. La electrónica extensible es sólo un ejemplo.

Resúmenes técnicos :¿Tiene algún consejo para los investigadores que quieran hacer realidad sus ideas?

Gogotsi :¡Cree en ti mismo y nunca, nunca te rindas!