En forskargrupp ledd av Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab) har utvecklat en ”supramolekylär bläck”, en ny teknik för användning i OLED (organiskt ljusemitterande diod) -skärmar eller andra elektroniska enheter. Det nya materialet, som är sammansatt av billiga och vanliga element som finns på jorden istället för dyra metaller, kan möjliggöra produktionen av mer prisvärda och miljövänliga platta skärmar och elektroniska enheter.
Medan OLED-skärmar blir alltmer populära inom displayindustrin på grund av deras lätta, tunna design, lägre energiförbrukning och bättre bildkvalitet jämfört med andra platta skärmtekniker, innehåller vissa OLED-skärmar sällsynta och dyra metaller som iridium. Men med det nya materialet som utvecklats av Berkeley Lab-teamet kan elektronikproducenter potentiellt anta en billigare produktionsprocess som också kräver mycket mindre energi än konventionella metoder.
Det nya materialet består av pulver som innehåller hafnium (Hf) och zirkonium (Zr), vilka kan blandas i en lösning vid låga temperaturer – från rumstemperatur till cirka 80 grader Celsius – för att skapa ett ”halvledarbläck”.
Internstrukturen hos de ”byggstenar” som ingår i bläcket självmonterar i lösningen, en process som forskare kallar supramolekylär montering. ”Vår metod kan jämföras med att bygga med LEGO-klossar,” förklarar Cheng Zhu, medförfattare till studien och doktorand vid avdelningen för materialvetenskap och teknik vid UC Berkeley. Dessa supramolekylära strukturer möjliggör stabil och ren syntes vid låga temperaturer. Zhu utvecklade detta material medan han arbetade som forskningsassistent vid avdelningen för materialvetenskap vid Berkeley Lab och som doktorandforskare i Peidong Yangs grupp.
Spektroskopiska experiment vid UC Berkeley visade att supramolekylära bläck är effektiva emitterare av blått och grönt ljus, vilket tyder på användningen av detta material som energieffektiv OLED-emitterare i elektroniska skärmar och 3D-utskrifter.
Ytterligare optiska experiment visade att de supramolekylära bläckföreningarna, som emitterar blått och grönt ljus, uppvisar en nästan fullständig kvanteffektivitet. ”Detta visar den exceptionella förmågan att omvandla nästan allt absorberat ljus till synligt ljus under emitteringsprocessen,” förklarar Zhu.
För att demonstrera materialets färgskiftande och emissionsförmåga som OLED-emitterare, skapade forskarna en prototyp av en tunnfilmsdisplay med det supramolekylära bläcket. Det visade sig att materialet är lämpligt för skapande av programmerbara elektroniska skärmar.
”En film med alfabetet tjänar som ett övertygande exempel på att använda tunna emittiva skikt som supramolekylärt bläck för att skapa snabbt föränderliga skärmar,” sa Zhu.
Ytterligare experiment vid UC Berkeley visade att det supramolekylära bläcket också är kompatibelt med 3D-utskriftstekniker, som att designa dekorativ OLED-belysning.
Zhu tillade att tillverkare också kan använda supramolekylärt bläck för att producera bärbara enheter eller högteknologiska lysande kläder för säkerhet i svagt ljus eller bärbara enheter som visar information med hjälp av supramolekylära ljusstrukturer.
Effektiviteten och hållbarheten hos supramolekylära bläck kan också vara användbara vid ytterligare utveckling av kommersiella och joniska halidperovskiter, tunnfilmsmaterial för solenergi som displayindustrin har väntat på i decennier. Med deras lågtemperatursyntes i lösning kan halidperovskiter potentiellt möjliggöra billigare tillverkningsprocesser för skärmar. Dock innehåller högpresterande halidperovskiter bly, vilket väcker miljö- och folkhälsofrågor. Å andra sidan erbjuder det nya supramolekylära bläcket, som tillhör familjen av joniska halidperovskiter, en blyfri formel utan att minska effektiviteten.
Nu när teamet framgångsrikt har visat potentialen hos supramolekylärt bläck i tunnfilms-OLED-skärmar och 3D-utskrivna elektronik, undersöker forskarna dess elektroluminescerande potential. ”Detta kräver fokuserad och specialiserad undersökning av hur effektivt vårt material kan emittera ljus genom elektrisk excitation,” sa Zhu. ”Detta steg är nödvändigt för att förstå det fulla potentialen hos vårt material för att skapa effektiva ljusemitterande enheter.”
Forskningen involverade också Jianbo Jin (medförfattare), Zhen Wang, Zhenpeng Xu, Maria C. Folgueras, Yuxin Jiang, Can B. Uzundal, Han K.D. Le, Feng Wang och Xiaoyu (Rayne) Zheng.
Detta arbete stöddes av Office of Science vid USA:s energidepartement.
Vanliga frågor:
The source of the article is from the blog papodemusica.com