Pigus kelias į tvirtus šviesos diodus

Organiniai šviesos diodai (OLED) nuolat patenka į komercinius įrenginius, tokius kaip mobilieji telefonai ir plokščiaekraniai ekranai. Jie yra pagaminti iš organinių polimerų sluoksnių, todėl jie yra lankstūs, ir naudoja mažiau energijos bei pigesnių medžiagų nei skystųjų kristalų ekranai.

Raudona šviesa: MIT mokslininkai rado potencialiai nebrangų būdą pagaminti tvirtesnius hibridinius šviesos diodus. Paveikslėlyje parodytas nedidelis raudonų kvantinių taškų pavyzdys, padengtas elektrai laidžiu polimeru ant stiklo pagrindo, pagaminto naudojant naują gamybos techniką.

Neigiama yra tai, kad polimerai lengvai reaguoja su deguonimi ir vandeniu, todėl OLED yra brangu gaminti – jie turi būti sukurti didelio vakuumo kamerose – ir jiems reikia papildomų apsauginių pakavimo sluoksnių, kad būtų užtikrinta, jog kai jie bus integruoti į ekrano įrenginius. , jie nesuyra veikiami oro ar drėgmės.

MIT chemijos inžinerijos profesorius Karen Gleason ir MIT postdoc Sreeram Vaddiraju sukūrė procesą, kuriuo siekiama išspręsti didelių gamybos sąnaudų ir OLED nestabilumo problemas, kartu išlaikant jų lankstumą. „Gleason“ sprendimas yra hibridinis šviesos diodas arba HLED. Įrenginys apimtų ir organinius, ir neorganinius sluoksnius, derindamas OLED lankstumą su neorganinės šviesą skleidžiančios medžiagos stabilumu. Idėja yra turėti mišrų maišą ir užfiksuoti savybes, kurios leidžia nebrangiai gaminti ir stabiliai, sako Gleason.

Gleason pradeda nuo elektrai laidžio organinio polimero substrato, kurį ji sukuria cheminio nusodinimo garais būdu žemo vakuumo kameroje. Tai vienintelis proceso žingsnis, kuriam reikalingas vakuumas, todėl metodas turėtų būti pigesnis nei įprasti metodai. Šviesą skleidžiančiam sluoksniui Gleason naudoja kvantinius taškus, neorganinių puslaidininkių nanokristalus; kiekvienas kvantinis taškas gali būti sureguliuotas taip, kad skleistų tam tikrus šviesos dažnius. Nors kvantiniai taškai patys yra nelankstūs, jie yra tokie maži – nuo ​​dviejų iki šešių nanometrų – kad net ir išdėstant juos vienas šalia kito vientisoje plėvelėje, medžiaga vis tiek gali lankstyti.

Nors kvantinių taškų naudojimas šviesą skleidžiančiuose įrenginiuose nėra naujas, Gleasono technika yra. Problema yra ta, kaip pasiekti, kad taškai priliptų prie pagrindo vienodu, lygiu sluoksniu, nejudant. Vaddiraju sako, kad jie naudoja molekulinius laidus. Užuot tiesiog nustatę kvantinius taškus ant polimero substrato, mokslininkai naudoja jungiamąsias molekules tarp sluoksnių, kad chemiškai sujungtų kvantinio taško sluoksnį ir polimerą.

Ši kryžminė molekulė tarp sluoksnių yra graži dabartinių struktūrų evoliucija, sakoma Vladimiras Bulovičius , MIT elektrotechnikos docentas ir pirmasis, pademonstravęs praktinį kvantinių taškų panaudojimą optoelektroniniuose įrenginiuose. Bulovičiaus tyrimai priklausė nuo kitų kvantinių taškų nusodinimo metodų: taškų numetimo ant greitai besisukančio pagrindo, vadinamo sukimosi liejimu, o pastaruoju metu jų štampavimas ant paviršiaus.

Bulovičiaus teigimu, Gleasono technikos pranašumas yra tas, kad jūs gaunate labai tvirtą struktūrą mechaniškai, chemiškai ir elektra. Tai patvirtina idėją stabilizuoti kvantinius taškus organinėse struktūrose, sukuriant kovalentinius ryšius aplink juos. Bulovičius priduria, kad vis dar reikia įveikti kliūtis, tačiau jis mano, kad tyrimas yra dar vienas iš tų pažangų, kurių tikėjomės šioje srityje.

Kovalentinis ryšys išsprendžia skilimo problemą, sako Vaddiraju, nes jungiamosios molekulės sulaiko laisvus ryšius organinėje medžiagoje, nepalikdamos nė vienos reakcijos ore. Tai efektyviai izoliuoja organinio polimero sluoksnį nuo išorės poveikio.

Kryžminis ryšys taip pat turėtų pasirūpinti mastelio didinimu. Užuot sprendžiant mechaninę problemą, kai ant pagrindo nusodinami milijonai nanokristalų liejant arba štampuojant, pati cheminė reakcija sujungia taškus prie pagrindo lygiu, lygiu sluoksniu. Ir skirtingai nuo proceso, pavyzdžiui, liejimo sukasi, tyrėjų technikoje naudojami visi taškai ir visas polimeras. Taigi, žvelgiant iš medžiagų sąnaudų požiūriu, medžiagos neprarandame, sako Vaddiraju.

Kol kas komandai pavyko sukurti raudoną HLED, kuris 100 °C temperatūroje išlaikė 2200 valandų. Tyrėjai mano, kad tai prilygsta jų tikslui kambario temperatūroje: 10 000 valandų arba maždaug trejus metus šiek tiek mažiau nei 10 valandų per dieną, o tai, jų vertinimu, yra tai, kiek laiko turėtų tarnauti mobilusis telefonas.

Kitas žingsnis – užbaigti bandymą žaliais ir mėlynais taškais; tyrėjams reikės visų trijų spalvų, kad būtų sukurtas visas prototipas. Tada jie pažiūrės, kaip įrenginys veikia su greitu modeliavimu – naudos taškus kaip rašalą iš rašalinio spausdintuvo. Galiausiai tikslas yra masinis spausdinimas. Kadangi sluoksniai yra tokie ploni ir lankstūs, apdorojimas nuo ritinio iki ritinio bus paprastas ir procesas bus dar ekonomiškesnis. Suvyniojimas į ritinį yra tas pats procesas, naudojamas metalizavimo barjeriniam sluoksniui uždėti ant bulvių traškučių maišelių, sako Gleasonas. Ir jei jis yra pakankamai pigus bulvių traškučiams, jis turėtų būti pakankamai pigus ekranams.

paslėpti