تم إنشاء شاشة OLED قابلة للتمدد العلوم الأخبار والفيديو

تفرض الإلكترونيات القابلة للارتداء متطلبات جديدة على مكونات الشاشة. لعقود من الزمن، سعى المهندسون جاهدين لإنشاء شاشات OLED التي يمكن ثنيها ولفها وتمديدها دون فقدان السطوع أو الاستقرار. ويمكن دمجها في فئة جديدة من الأجهزة، على سبيل المثال، نسجها في نسيج الملابس لمراقبة المعلمات الفسيولوجية في الوقت الحقيقي، مثل سرعة الجري أو معدل ضربات القلب، دون التعرض لخطر الكسر أو البهتان.

ومع ذلك، كان هناك دائمًا حل وسط: كلما زادت تمدد المادة، كلما كان توهجها أسوأ. تم الآن تحقيق تقدم كبير في هذا الاتجاه – حيث تم إنشاء شاشة OLED مرنة يمكن تمديدها بنسبة 200٪ دون فقدان اللمعان. تم التطوير بتوجيه من متخصص علوم المواد يوري جوجوتسي من جامعة دريكسيل في فيلادلفيا، الموصوفة في طبيعة.

في جوهرها – فئة جديدة من المواد MXenes (في الافتتاح الذي شارك فيه جوجوتسي). لقد ساعدت ليس فقط في المرونة، ولكن أيضًا في تحسين كفاءة الكم – في هذه المعلمة، وصل المنتج الجديد إلى علامة 17٪، ووصل تقريبًا إلى الحد النظري.

“البديل المثالي”

لم يكن لدى جوجوتسي الكثير من الخبرة في مجال شاشات OLED عندما تعاون مع عالم المواد Tae-Woo Lee من جامعة سيول الوطنية منذ حوالي خمس سنوات لتطوير شاشات OLED المرنة المحسنة. وكان الدافع وراء ذلك هو الاستخدام المتزايد للإلكترونيات المرنة مثل الهواتف القابلة للطي.

تقليديا، تتكون هذه العروض من عدة طبقات. في القاعدة، يصدر الكاثود إلكترونات تقع في الطبقات العضوية المجاورة المصممة خصيصًا لتوصيل الشحنات بكفاءة. هناك يلتقون بالثقوب (الشحنات الموجبة) القادمة من فيلم أكسيد القصدير الإنديوم (ITO). عندما تجتمع هذه الشحنات، تطلق المادة العضوية طاقة على شكل ضوء ويومض البكسل. الهيكل بأكمله مغلق بإحكام من الأعلى بطبقة زجاجية.

يقوم فيلم ITO بتوصيل التيار بشكل جيد وينقل الضوء. يقول جوجوتسي: “لكنها هشة. إنها في الأساس مصنوعة من السيراميك”.

كان على الأنود، الذي يعتبر ممتازًا لشاشات العرض المسطحة التقليدية، أن يبحث عن بديل. قامت MXenes، وهي مادة مرنة رفيعة للغاية ذات موصلية تشبه المعدن، بهذا الدور بشكل مثالي. وهي فريدة من نوعها في قدرتها الطبيعية على الانحناء، حيث تتكون من العديد من الطبقات ثنائية الأبعاد التي يمكن أن تتحرك بالنسبة لبعضها البعض دون أن تنهار. وقد أثبت الفيلم، الذي يبلغ سُمكه 10 نانومترات فقط، أنه “بديل مثالي لـ ITO”، وفقًا لجوجوتسي.

في التجارب، وجد الفريق المشترك المكون من جوجوتسي ولي أن خليط MXenes والأسلاك النانوية الفضية هو الذي أظهر أعلى درجة من التمدد مع الحفاظ على الاستقرار.

يقول جوجوتسي: “لقد تمكنا من مضاعفة الحجم، وتحقيق امتداد بنسبة 200 بالمائة دون فقدان الأداء”.

لم يكن الفيلم الجديد المعتمد على MXenes أكثر مرونة من ITO فحسب، بل كان أيضًا أكثر سطوعًا بمقدار رتبة تقريبًا بسبب الاتصال الأكثر كفاءة بين الطبقة العضوية العليا الباعثة للضوء والفيلم نفسه.

على عكس ITO، يمكن تعديل سطح MXenes كيميائيًا لتسهيل نقل الإلكترونات من القطب إلى الطبقة الباعثة للضوء. يعمل تدفق الإلكترون العالي على تحسين سطوع الشاشة بشكل كبير، كما يتضح من كفاءة الكم الخارجية بنسبة 17٪، وهو رقم قياسي لشاشات OLED القابلة للتمدد.

يقول سيونغهيوب يو، رئيس مختبر الإلكترونيات العضوية المتكاملة من جامعة الملك عبد الله للعلوم والتقنية: “إن تحقيق مثل هذا الأداء في شاشات OLED المرنة ذات التمدد الكبير يعد نتيجة مهمة للغاية”.

ووفقا له، فإن الحد النظري لكفاءة الكم (أساسا، كفاءة تحويل التيار إلى ضوء في أشباه الموصلات) لهذا النوع من الأجهزة هو 20٪.

ولزيادة سطوع التوهج، تمت إضافة طبقتين عضويتين إضافيتين في منتصف هيكل OLED: إحداهما توجه الشحنات الموجبة إلى الطبقة الباعثة للضوء، مما يسمح باستخدام أكثر كفاءة للكهرباء، والأخرى تعمل على إعادة تدوير الطاقة التي عادة ما يتم إهدارها، مما يزيد من السطوع الإجمالي.

بدون تواضع زائف، يتعرف جوجوتسي على “العجين المنتفخ” الناتج على أنه “ناجح للغاية”، لأنه يجمع بين السطوع والمرونة، في حين أنه في السابق لم يكن من الممكن تحقيق سوى واحدة من هاتين الصفتين.

يؤكد المهندس الجزيئي شيهونغ وانغ من جامعة شيكاغو أن “الأداء الذي تمكنوا من تحقيقه في هذا العمل يعد خطوة مهمة إلى الأمام”.

ما هو التالي

وفقًا للمطورين، ستجد شاشات OLED القابلة للتمدد تطبيقات في العديد من المجالات: الصناعة، والروبوتات، والملابس والأجهزة الذكية، وأنظمة الاتصالات. إن جوجوتسي نفسه متحمس للغاية بشأن احتمالات استخدامه في أجهزة مراقبة الصحة. وهو يتصور مستقبلاً قريباً حيث سيتم دمج شاشات العرض التشخيصية والعلاجية في الملابس أو “إلكترونيات البشرة”، مع وظائف مماثلة للساعات الذكية اليوم.

قبل أن تصل هذه العروض إلى السوق، فمن الضروري حل مشاكل الاستقرار الكامنة في جميع شاشات OLED القابلة للتمدديحذر وانغ. المواد الحديثة ليست قادرة بعد على الحفاظ على الإشعاع الضوئي لفترة كافية للاستخدام التجاري الكامل.

كما يظل العثور على حاويات مناسبة للحماية يمثل تحديًا. يوضح وانغ: “أنت بحاجة إلى مادة مانعة للتسرب يمكنها حماية الجهاز الرئيسي مع الحفاظ على الأكسجين والرطوبة”.

هذه ليست مهمة سهلة، لأن أفضل طبقات الحماية تكون صلبة ولا تتمدد بشكل جيد، كما يوافق يو. ويشير إلى عقبة أخرى أمام التسويق التجاري: “إنشاء شاشات عرض مرنة لا تشوه الصورة”.

وعلى الرغم من ذلك، فإن جوجوتسي متحمس لمستقبل شاشات OLED المرنة. يقول: “بدأنا بأجهزة الكمبيوتر التي تشغل غرفًا بأكملها، ثم انتقلت إلى مكاتبنا، ثم كانت هناك أجهزة الكمبيوتر المحمولة، ثم الهواتف الذكية والأجهزة اللوحية، لكننا ما زلنا نحمل الأجهزة معنا”. — يمكن أن تكون شاشات العرض المرنة على كم سترتك. يمكن دحرجتها في أنبوب أو طيها ووضعها في جيبك. يمكن أن يكونوا في كل مكان.”