高效可拉伸發(fā)光聚合物，用于可拉伸OLED顯示器的柔性電子設(shè)備

想象一下，一個(gè)如此靈活的薄型數(shù)字顯示屏，您可以將其纏繞在手腕上，向任何方向折疊，或?qū)⑵鋸澢谄?chē)的方向盤(pán)上。芝加哥大學(xué)普利茲克分子工程學(xué)院（PME）的研究人員設(shè)計(jì)了這樣一種材料，它可以彎曲成兩半或拉伸到其原始長(zhǎng)度的兩倍以上，同時(shí)仍然發(fā)出熒光圖案。

《Nature Materials》中描述的這種材料具有廣泛的應(yīng)用，從可穿戴電子產(chǎn)品和健康傳感器到可折疊的計(jì)算機(jī)屏幕。

芝加哥大學(xué)普利茲克分子工程學(xué)院的研究人員，由Sihong Wang（上圖）和Juan de Pablo領(lǐng)導(dǎo)，設(shè)計(jì)了一種材料，可以彎曲成兩半或拉伸到其原始長(zhǎng)度的兩倍以上，同時(shí)仍然發(fā)出熒光圖案。

“我們今天使用的幾乎所有消費(fèi)電子產(chǎn)品中最重要的組件之一是顯示器，我們結(jié)合了許多不同領(lǐng)域的知識(shí)，創(chuàng)造了一種全新的顯示技術(shù)，”分子工程助理教授Sihong Wang說(shuō)，他與Juan de Pablo一起領(lǐng)導(dǎo)了這項(xiàng)研究。

“這是你最終能夠開(kāi)發(fā)出真正靈活的屏幕所需的材料類(lèi)別，”de Pablo補(bǔ)充道。“這項(xiàng)工作確實(shí)是基礎(chǔ)性的，我希望它能夠允許許多我們甚至還沒(méi)有想到的技術(shù)。“

芝加哥大學(xué)普利茲克分子工程學(xué)院的研究人員，由Sihong Wang和Juan de Pablo領(lǐng)導(dǎo)，設(shè)計(jì)了一種材料，可以彎曲成兩半或拉伸到其原始長(zhǎng)度的兩倍以上，同時(shí)仍然發(fā)出熒光圖案。

制造柔韌、發(fā)光的聚合物

大多數(shù)高端智能手機(jī)以及越來(lái)越多的電視上的顯示器都使用OLED（有機(jī)發(fā)光二極管）技術(shù)，該技術(shù)將小有機(jī)分子夾在導(dǎo)體之間。當(dāng)電流打開(kāi)時(shí)，小分子會(huì)發(fā)出明亮的光。該技術(shù)比舊的LED和LCD顯示器更節(jié)能，并因其清晰的圖像而受到稱(chēng)贊。然而，OLED的分子構(gòu)建塊具有緊密的化學(xué)鍵和剛性結(jié)構(gòu)。

“目前這些最先進(jìn)的OLED顯示器中使用的材料非常脆弱;它們沒(méi)有任何可拉伸性，“王說(shuō)。“我們的目標(biāo)是創(chuàng)造一種保持OLED電致發(fā)光但使用可拉伸聚合物的東西。“

電極和可拉伸OLED制造工藝流程

Wang和de Pablo知道如何將拉伸性灌輸?shù)讲牧现?- 具有可彎曲分子鏈的長(zhǎng)聚合物 - 并且還知道有機(jī)材料非常有效地發(fā)光所需的分子結(jié)構(gòu)。他們著手創(chuàng)造新的聚合物，將這兩種特性結(jié)合起來(lái)。

“我們已經(jīng)能夠開(kāi)發(fā)感興趣的新聚合物的原子模型，并且通過(guò)這些模型，我們模擬了當(dāng)你拉動(dòng)它們并試圖彎曲它們時(shí)這些分子會(huì)發(fā)生什么，”de Pablo解釋說(shuō)。“現(xiàn)在我們?cè)诜肿铀缴狭私饬诉@些特性，我們有一個(gè)框架來(lái)設(shè)計(jì)新材料，其中靈活性和發(fā)光得到優(yōu)化。“

憑借對(duì)新型柔性電致發(fā)光聚合物的計(jì)算預(yù)測(cè)，他們構(gòu)建了幾個(gè)原型。正如模型預(yù)測(cè)的那樣，這些材料具有柔韌性、可拉伸性、明亮、耐用且節(jié)能的特點(diǎn)。

他們?cè)O(shè)計(jì)的一個(gè)關(guān)鍵特征是使用“熱激活延遲熒光”，讓材料以高效的方式將電能轉(zhuǎn)換為光。這種用于有機(jī)發(fā)射器的第三代機(jī)制可以提供與商用OLED技術(shù)相當(dāng)性能的材料。

可穿戴電子產(chǎn)品的愿景

Wang之前開(kāi)發(fā)了可拉伸的神經(jīng)形態(tài)計(jì)算芯片，可以在一種靈活的創(chuàng)可貼上收集和分析健康數(shù)據(jù)。現(xiàn)在，創(chuàng)建可拉伸顯示器的能力增加了他不斷增長(zhǎng)的下一代可穿戴電子產(chǎn)品工具套件。

他說(shuō)，發(fā)光的可彎曲材料不僅可以用于顯示信息，還可以集成到需要光的可穿戴傳感器中。例如，測(cè)量血液氧合和心率的傳感器通常通過(guò)血管照射光線以感知血流。

王說(shuō)，可彎曲的發(fā)光材料最終也可以集成到可植入的設(shè)備中，例如那些使用光來(lái)控制大腦中神經(jīng)元活動(dòng)的設(shè)備（這種所謂的光遺傳學(xué)目前僅用于動(dòng)物實(shí)驗(yàn)，以更好地了解大腦和大腦疾病）。

“我的總體夢(mèng)想是制造整個(gè)可穿戴電子產(chǎn)品系統(tǒng)的所有基本組件，從傳感到處理再到顯示信息，”王解釋說(shuō)。“擁有這種可拉伸的發(fā)光材料是朝著這個(gè)夢(mèng)想邁出的又一步。“

該團(tuán)隊(duì)計(jì)劃在未來(lái)開(kāi)發(fā)顯示器的新版本，將其他顏色集成到熒光中并提高效率和性能。

“我們的目標(biāo)是最終達(dá)到與現(xiàn)有商業(yè)技術(shù)相同的性能水平，”王說(shuō)。

審核編輯 ：李倩