美国伯克利国家实验室（Berkeley Lab）领导的一个研究团队开发出了一种“超分子墨水”技术，用于OLED（有机发光二极管）显示器或其他电子设备。这种超分子墨水由地球上廉价丰富的元素组成，而不是昂贵的金属，可以实现更具经济实惠和环保的平板显示器和电子设备的生产。
OLED因其轻薄设计、低能耗和更好的图像质量而在显示行业越来越受欢迎。然而，一些OLED含有稀有且昂贵的金属，如铱。然而，有了伯克利实验室团队开发的新材料，电子制造商可能潜在地采用更便宜的生产工艺，而且还需要比传统方法少得多的能量。
这种新材料由含有锆（Zr）和铪（Hf）的粉末组成，可以在低温下（从室温到80摄氏度左右）混合成溶液，形成“半导体墨水”。
墨水中“建筑块”的内部结构在溶液中自组装，研究人员称之为超分子组装过程。伯克利大学材料科学与工程系博士生、本文合著者之一朱成解释说：“我们的方法可以与积木一样进行比较。”这些超分子结构使得在低温下实现稳定且无污染的合成成为可能。朱成在伯克利实验室材料科学部门担任研究副职以及袁培栋课题组的博士研究员期间开发出了这种材料。
在伯克利大学的光谱实验中，超分子墨水显示出高效的蓝光和绿光发射，表明该材料具有作为高效OLED发射体在电子显示器和3D打印中的潜在应用。
进一步的光学实验显示，发射蓝光和绿光的超分子墨水化合物具有近乎完美的量子效率。朱成解释说：“这表明在发射过程中，几乎所有吸收的光都能转换为可见光。”。
为了证明该材料作为OLED发射体的变色和发射能力，研究人员使用超分子墨水制作了一个薄膜显示器的原型。结果发现，该材料适合用于制作可编程电子显示器。
朱成表示：“以字母为例的薄膜是一个非常好的例子，它说明了使用超分子墨水等薄发射层创建快速变化的显示器的用途。”
伯克利大学的其他实验还显示，超分子墨水还与3D打印技术兼容，比如设计装饰性的OLED照明等。
朱成补充说，制造商还可以利用超分子墨水生产可穿戴设备或高科技发光服装，以增强低光照条件下的安全性，或者使用超分子光结构显示信息的身体佩戴设备。
超分子墨水的有效性和耐久性还可在商业和离子卤化物钙钛矿的进一步发展中发挥作用，该材料是显示行业几个十年来一直在等待的薄膜太阳能材料。由于高性能卤化物钙钛矿含有铅，引发了环境和公共健康的担忧。相比之下，这种属于离子卤化物钙钛矿家族的新型超分子墨水提供了不含铅的配方，而不会降低效率。
现在，团队已经成功地展示了超分子墨水在薄膜OLED和3D打印电子设备中的潜力，研究人员正在研究其电致发光的潜力。朱成说：“这需要专注而专门的研究来更好地了解我们的材料在使用电激发光时能有多好。这一步骤对于了解我们的材料为创建高效发光设备的全部潜力是必要的。”
该研究还涉及金建波（合著者）、王震、徐振鹏、Maria C. Folgueras、江雨欣、Can B. Uzundal、Le Han K.D.、王峰和郑晓宇（Rayne）。
本项工作得到了美国能源部科学办公室的支持。
常见问题解答：
1. 什么是超分子墨水？
超分子墨水是由伯克利国家实验室的研究团队开发的一种用于OLED显示器或其他电子设备的新技术。它是由地球上廉价丰富的元素组成的材料，可以实现更具经济实惠和环保的平板显示器和电子设备的生产。
2. 超分子墨水有哪些优势？
超分子墨水具有多个优势。它取代了传统技术中使用的昂贵金属，使生产过程更便宜。此外，超分子墨水允许在低温下稳定而无污染地合成，这也需要更少的能量。此外，这种材料与3D打印技术兼容，可用于生产可穿戴设备。
3. 超分子墨水的潜在应用有哪些？
超分子墨水可用于制造OLED显示器、印刷有机薄膜、可穿戴设备以及艺术品和雕塑。此外，它与3D打印技术兼容，为创建装饰性OLED照明和其他电子设备开辟了新的可能性。
4. 超分子墨水是如何工作的？
超分子墨水由含有锆和铪的粉末组成，可以在低温下混合成溶液。墨水中“建筑块”的内部结构在溶液中自组装，实现了在低温下的稳定且无污染的合成。这种材料是蓝光和绿光的高效发射体，非常适合作为电子显示器和3D打印中的节能OLED发射体使用。
5. 超分子墨水的发展前景如何？
目前，研究团队专注于研究超分子墨水的电致发光潜力，也就是这种材料使用电激发光的效果。研究人员还在进行进一步的实验，以推动这种材料的商业化发展。
术语定义：
– OLED（Organic Light-Emitting Diode）- 利用有机层来响应电流发射光的显示技术。
– 超分子组装 – 超分子组件相互自组装形成稳定的结构的过程。
– 离子卤化物钙钛矿 – 一类具有钙钛矿结构并且能够发射光的材料。
– 量子效率 – 发射光与吸收光的比例。
– 认证 – 证明特定材料在特定应用中的有效性和耐久性的确认。
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