تنحني شاشة OLED الثورية القابلة للتمدد وتتوسع – “تقنية عرض جديدة تمامًا”

مادة طورها Asst. يستطيع البروفيسور سيهونغ وانغ والبروفيسور خوان دي بابلو أن يمتدوا أكثر من ضعف طوله الأصلي دون الإخلال بقدرته على إصدار الضوء وعرض صورة واضحة. الائتمان: الصورة بإذن من مجموعة وانج

طور الباحثون مادة عرض رقمية مرنة للغاية وقابلة للمط تنبعث منها نمط الفلورسنت. المادة، التي يمكن أن تنحني إلى النصف وتمتد إلى أكثر من ضعف طولها الأصلي، لها تطبيقات محتملة في الإلكترونيات القابلة للارتداء، وأجهزة الاستشعار الصحية، وشاشات الكمبيوتر القابلة للطي.

تم إنشاء هذه الفئة الجديدة من المواد من خلال الجمع بين المعرفة من مختلف المجالات، مثل النماذج الذرية للبوليمرات الجديدة والفلورة المتأخرة المنشطة حرارياً، مما يسمح بانبعاث ضوئي عالي الكفاءة.

يعمل الباحثون على تطويرات أخرى، بما في ذلك ألوان إضافية وتحسين الكفاءة والأداء.

تخيل شاشة رقمية رفيعة ومرنة للغاية بحيث يمكنك لفها حول معصمك أو ثنيها في أي اتجاه أو ثنيها فوق عجلة قيادة سيارتك.

صمم باحثون في كلية بريتزكر للهندسة الجزيئية (PME) بجامعة شيكاغو مثل هذه المواد، والتي يمكن أن تنحني إلى النصف أو تمتد إلى أكثر من ضعف طولها الأصلي بينما لا تزال تنبعث منها نمط الفلورسنت.

تحتوي المادة، الموصوفة في المجلة العلمية Nature Materials ، على مجموعة واسعة من التطبيقات، من الأجهزة الإلكترونية القابلة للارتداء وأجهزة الاستشعار الصحية إلى شاشات الكمبيوتر القابلة للطي.

قال سيهونج وانج، الأستاذ المساعد في الهندسة الجزيئية، الذي قاد البحث مع جوان دي بابلو، أستاذ Liew Family للهندسة الجزيئية.

أضاف دي بابلو: “هذه هي فئة المواد التي تحتاجها لتكون قادرًا أخيرًا على تطوير شاشات مرنة حقًا”. “هذا العمل أساسي حقًا وأتوقع أن يسمح بالعديد من التقنيات التي لم نفكر فيها حتى الآن.”

صنع بوليمرات مرنة ومضيئة

تستخدم شاشات العرض الموجودة في معظم الهواتف الذكية المتطورة، بالإضافة إلى عدد متزايد من أجهزة التلفزيون، تقنية OLED (الصمام الثنائي العضوي الباعث للضوء)، التي تحصر الجزيئات العضوية الصغيرة بين الموصلات.

عند تشغيل تيار كهربائي، تصدر الجزيئات الصغيرة ضوءًا ساطعًا. هذه التقنية أكثر كفاءة في استخدام الطاقة من شاشات LED وLCD الأقدم وتمت الإشادة بصورها الحادة.

ومع ذلك، فإن كتل البناء الجزيئية لـ OLEDs لها روابط كيميائية محكمة وهياكل صلبة.

“المواد المستخدمة حاليًا في شاشات OLED المتطورة هشة للغاية؛ قال وانغ. “كان هدفنا هو إنشاء شيء يحافظ على التألق الكهربائي لـ OLED ولكن باستخدام بوليمرات قابلة للمط.”

عرف وانج ودي بابلو ما يلزم لإضفاء القابلية على التمدد في المواد – وهي بوليمرات طويلة ذات سلاسل جزيئية قابلة للانحناء – وعرفا أيضًا الهياكل الجزيئية المطلوبة لمادة عضوية لإصدار الضوء بكفاءة عالية.

شرعوا في إنشاء بوليمرات جديدة تدمج كلتا الخاصيتين.

أوضح دي بابلو: “لقد تمكنا من تطوير نماذج ذرية للبوليمرات الجديدة ذات الأهمية، وباستخدام هذه النماذج، قمنا بمحاكاة ما يحدث لهذه الجزيئات عندما تسحبها وتحاول ثنيها”.

“الآن بعد أن فهمنا هذه الخصائص على المستوى الجزيئي، لدينا إطار عمل لهندسة مواد جديدة حيث يتم تحسين المرونة والتألق.”

صمم العلماء في جامعة شيكاغو مادة عرض رقمية مرنة وقابلة للتمدد، قادرة على إصدار نمط الفلورسنت، مع استخدامات محتملة في الإلكترونيات القابلة للارتداء والشاشات القابلة للطي. الائتمان: الصورة بإذن من مجموعة وانج

مسلحين بالتنبؤات الحسابية للبوليمرات الجديدة المرنة كهربائيا، قاموا ببناء عدة نماذج أولية. تمامًا كما توقع النموذج، كانت المواد مرنة وقابلة للتمدد ومشرقة ومتينة وموفرة للطاقة.

كانت السمة الرئيسية في تصميمهم هي استخدام “التألق المتأخر المنشط حرارياً”، والذي يسمح للمواد بتحويل الطاقة الكهربائية إلى ضوء، بطريقة فعالة للغاية. يمكن لآلية الجيل الثالث للبواعث العضوية أن توفر المواد بأداء مساو لتقنيات OLED التجارية.

رؤية للإلكترونيات القابلة للارتداء

طور وانج سابقًا رقائق حوسبة عصبية الشكل قابلة للمط يمكنها جمع وتحليل البيانات الصحية على نوع من الإسعافات الأولية المرنة.

تضيف القدرة على إنشاء شاشات قابلة للمط الآن إلى مجموعته المتزايدة من الأدوات للجيل التالي من الإلكترونيات القابلة للارتداء.

وقال إن المواد القابلة للانحناء التي ينبعث منها الضوء لا يمكن استخدامها فقط لعرض المعلومات، ولكن يمكن دمجها في أجهزة استشعار يمكن ارتداؤها تتطلب الضوء.

على سبيل المثال، تعمل المستشعرات التي تقيس أكسجة الدم ومعدل ضربات القلب على تسليط الضوء عبر الأوعية الدموية لاستشعار تدفق الدم.

قال وانغ إن مادة الإضاءة القابلة للانحناء يمكن أيضًا دمجها في نهاية المطاف في أجهزة قابلة للزرع، مثل تلك التي تستخدم الضوء للتحكم في نشاط الخلايا العصبية في الدماغ (هذا النوع من علم البصريات الوراثي يستخدم حاليًا فقط في التجارب على الحيوانات من أجل فهم أفضل لأمراض الدماغ والدماغ).