Flexibel, Nanoröhre

Elizabeth Montalbano | 25. August 2023

Die Erfindung einer wasserbeständigen, transparenten und flexiblen organischen Leuchtdiode (OLED), die Licht aussendet und durchlässt, selbst wenn sie Wasser ausgesetzt ist, könnte den Weg für eine neue Welle langlebigerer wasserdichter Displaytechnologie ebnen, so die Forscher hat die Technologie entwickelt.

Forscher der School of Electrical Engineering des Korea Advanced Institute of Science and Technology (KAIST) nutzten das kohlenstoffbasierte Material MXene, um die OLED zu entwickeln, die auch in Outdoor-Displays verwendet werden kann, da sie eine Helligkeit ausstrahlt, die selbst bei Dunkelheit mit bloßem Auge erkennbar ist Sonnenlicht, sagten sie.

Man geht davon aus, dass transparente und flexible Displays der Weg in die Zukunft der Display-Technologie für alles sind, von Autos bis hin zu intelligenten Textilien. Sie neigen jedoch dazu, bereits bei kleinen Verformungen leicht zu brechen.

Um langlebigere und langlebigere Displays zu schaffen, experimentieren Wissenschaftler mit einer Reihe neuer Materialien wie Kohlenstoff-Nanoröhrchen, Graphen, Silber-Nanodrähten und leitfähigen Polymeren.

MXene – ein 2D-Material mit hoher elektrischer Leitfähigkeit und optischer Durchlässigkeit – ist ebenfalls eines dieser Materialien. Allerdings verschlechtern sich seine elektrischen Eigenschaften leicht, wenn es Luftfeuchtigkeit und Wasser ausgesetzt wird, was seinen Einsatz für die Entwicklung von Informationsdisplays bislang stark einschränkt, so die Forscher.

Um dieses Problem zu lösen, verwendete das Team unter der gemeinsamen Leitung von Professor Kyung Cheol Choi von der KAIST School of Electrical Engineering und Dr. Yonghee Lee vom National Nano Fab Center (NNFC) eine Kapselungsmembran, um die Materialien der OLED zu schützen.

Insbesondere blockierten die Forscher Feuchtigkeit und sorgten durch den Eigenspannungsausgleich für Flexibilität, wodurch letztendlich eine doppelschichtige Kapselungsmembran entstand. Zusätzlich brachten sie auf der obersten Schicht eine dünne Kunststofffolie mit einer Dicke von wenigen Mikrometern an, um ein Waschen in Wasser ohne Zersetzung zu ermöglichen.

Diese Membran schützt die Materialien vor Oxidation durch Feuchtigkeit und Sauerstoff und erzeugt letztendlich eine MXene-basierte OLED mit langer Lebensdauer und hoher Stabilität gegenüber äußeren Umwelteinflüssen, berichteten sie in einem Artikel über ihre Arbeit in der Fachzeitschrift ACS Nano.

Konkret handelt es sich bei der OLED um eine rot(R)/grün(G)/blau(B) OLED, die eine Helligkeit von über 1.000 cd/m2 ausstrahlt. Für die rote OLED auf MXene-Basis bestätigten die Forscher eine Standby-Speicherdauer von 2.000 Stunden bei 70 % Lumineszenz; eine Standby-Betriebsdauer von 1.500 Stunden bei 60 % Lumineszenz; und eine Flexibilität, die 1.000 Zyklen bei einer geringen Krümmung von unter 1,5 mm standhält, berichteten sie.

Die Forscher zeigten außerdem, dass die OLED ihre Leistung auch nach sechs Stunden Eintauchen unter Wasser bei 80 % Lumineszenz beibehalten kann. Sie nutzten außerdem eine Strukturierungstechnik, um die OLED in Form einer Passivmatrix herzustellen und demonstrierten so ihre Verwendung als transparentes Display durch die Darstellung von Buchstaben und Formen.

„Durch die Herstellung einer MXene-OLED vom Matrixtyp und die Anzeige einfacher Buchstaben und Formen haben wir den Grundstein für die Anwendung von MXene im Bereich transparenter Displays gelegt“, sagte KAIST-Doktorand So Yeong Jeong, einer der Forscher des Projekts.

Tatsächlich sollte die Forschung anderen Forschern als Leitfaden für die Anwendung von MXene bei der Entwicklung elektrischer Geräte dienen, sagte Choi. Es kann jedoch auch auf andere Bereiche angewendet werden, die flexible und transparente Displays erfordern, wie z. B. Automobile, Mode und Funktionskleidung.

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