Дослідники розробили дуже гнучкий і розтяжний цифровий дисплей, який випромінює флуоресцентний малюнок. Матеріал, який може згинатися навпіл і розтягуватися більш ніж вдвічі від початкової довжини, має потенційне застосування в електроніці, що носить, датчиках здоров’я та складаних комп’ютерних екранах. Цей новий клас матеріалів було створено шляхом об’єднання знань з різних галузей, таких як атомні моделі нових полімерів і термічно активована сповільнена флуоресценція, що забезпечує високоефективне випромінювання світла. Дослідники працюють над подальшими розробками, включаючи додаткові кольори та підвищення ефективності та продуктивності.
Уявіть собі тонкий цифровий дисплей, настільки гнучкий, що ви можете обернути його навколо зап’ястка, скласти в будь-якому напрямку або вигнути над кермом автомобіля. Дослідники Прітцкерівської школи молекулярної інженерії (PME) при Чиказькому університеті розробили саме такий матеріал, який може згинатися навпіл або розтягуватися більш ніж у два рази від початкової довжини, але все ще випромінює флуоресцентний малюнок.
Матеріал, описаний у науковому журналі Nature Materials , має широкий спектр застосувань, від переносної електроніки та датчиків здоров’я до складних комп’ютерних екранів.
«Одним із найважливіших компонентів майже кожної споживчої електроніки, яку ми використовуємо сьогодні, є дисплей, і ми об’єднали знання з багатьох різних галузей, щоб створити абсолютно нову технологію відображення», — сказав Сіхонг Ван, доцент кафедри молекулярної інженерії, який керував дослідження з Хуаном де Пабло, професором молекулярної інженерії сім’ї Лів.
«Це той клас матеріалів, який вам потрібен, щоб нарешті мати можливість розробляти справді гнучкі екрани», — додав де Пабло. «Ця робота є справді основоположною, і я очікую, що вона дозволить використовувати багато технологій, про які ми ще навіть не думали».
Виготовлення гнучких полімерів, що світяться
Дисплеї більшості смартфонів високого класу, а також все більшої кількості телевізорів використовують технологію OLED (органічний світловипромінюючий діод), яка розміщує невеликі органічні молекули між провідниками. Коли вмикається електричний струм, маленькі молекули випромінюють яскраве світло. Ця технологія є більш енергоефективною, ніж старі світлодіодні та РК-дисплеї, і її хвалять за чітке зображення. Однак молекулярні будівельні блоки OLED мають тісні хімічні зв’язки та жорстку структуру.
«Матеріали, які зараз використовуються в цих найсучасніших OLED-дисплеях, дуже крихкі; вони не розтягуються», — сказав Ван. «Нашою метою було створити щось, що зберігає електролюмінесценцію OLED, але з еластичними полімерами».
Ван і де Пабло знали, що потрібно, щоб надати матеріалам — довгим полімерам із гнучими молекулярними ланцюгами — розтяжність, — а також знали, які молекулярні структури потрібні, щоб органічний матеріал випромінював світло дуже ефективно. Вони вирішили створити нові полімери, які поєднували б обидві властивості.
«Ми змогли розробити атомарні моделі нових цікавих полімерів, і за допомогою цих моделей ми змоделювали, що відбувається з цими молекулами, коли ви тягнете їх і намагаєтеся зігнути», — пояснив де Пабло. «Тепер, коли ми розуміємо ці властивості на молекулярному рівні, у нас є структура для розробки нових матеріалів, де гнучкість і люмінесценція оптимізовані».
Вчені з Університету Чикаго розробили гнучкий, розтягнутий матеріал для цифрових дисплеїв, здатний випромінювати флуоресцентний візерунок, який потенційно може бути використаний у носимій електроніці та складаних екранах. Авторство: зображення надано Wang Group
Озброївшись обчислювальними прогнозами для нових гнучких електролюмінесцентних полімерів, вони створили кілька прототипів. Як і передбачала модель, матеріали були гнучкими, еластичними, яскравими, міцними та енергоефективними.
Ключовою особливістю їхнього дизайну було використання «термічно активованої сповільненої флуоресценції», яка дозволяла матеріалам перетворювати електричну енергію на світло високоефективним способом. Цей механізм третього покоління для органічних випромінювачів може забезпечити матеріали з продуктивністю на рівні з комерційними технологіями OLED.