Создано доступное и экологичное решение для плоских дисплеев и носимой техники

Исследовательская группа под руководством Национальной лаборатории Лоуренса Беркли, Berkeley Lab, разработала супрамолекулярные чернила — новую технологию для использования в OLED-дисплеях, то есть дисплеях на основе органических светодиодов, и других электронных устройствах.

Изготовленные из недорогих элементов, распространенных на Земле, вместо дорогостоящих дефицитных металлов, супрамолекулярные чернила могут обеспечить более доступные и экологически устойчивые плоские экраны и электронные устройства.

«Заменив драгоценные металлы на распространенные на Земле материалы, наша технология супрамолекулярных чернил может стать переломным моментом в индустрии OLED-дисплеев», — говорит главный исследователь Пейдонг Янг, старший научный сотрудник Отдела материаловедения Лаборатории Беркли и профессор химии, материаловедения и инженерии Калифорнийского университета в Беркли. „Что еще более интересно, так это то, что технология может распространиться и на органические печатные пленки для изготовления носимых устройств, а также люминесцентных произведений искусства и скульптур“, — добавил он.

Если у вас есть относительно новый смартфон или телевизор с плоской панелью, велика вероятность, что он оснащен OLED-экраном. OLED-дисплеи стремительно развиваются на рынке дисплеев, потому что они легче, тоньше, потребляют меньше энергии и имеют лучшее качество изображения, чем другие плоские панели. Это объясняется тем, что OLED содержат крошечные органические молекулы, которые излучают свет напрямую, устраняя необходимость в дополнительном слое подсветки, который присутствует в жидкокристаллических дисплеях (LCD). Однако в состав OLED могут входить редкие и дорогие металлы, такие как иридий.

Но с новым материалом, который команда Лаборатории Беркли недавно описала в новом исследовании, опубликованном в журнале Science, производители электронных дисплеев могут перейти на более дешевый процесс производства, который также требует гораздо меньше энергии, чем традиционные методы.

Новый материал состоит из порошков гафния (Hf) и циркония (Zr), которые можно смешивать в растворе при низких температурах — от комнатной до примерно 176 градусов по Фаренгейту (80 градусов по Цельсию) — для получения полупроводниковых «чернил».

Крошечные молекулярные структуры «строительных блоков» внутри чернил самособираются в растворе — этот процесс исследователи называют супрамолекулярной сборкой.

Наш подход можно сравнить со строительством из блоков LEGO, — говорит Ченг Чжу, соавтор статьи и кандидат наук в области материаловедения и инженерии в Калифорнийском университете в Беркли.

Эти супрамолекулярные структуры позволяют материалу достигать стабильного и высокочистого синтеза при низких температурах.

Чжу разработал материал, работая в качестве научного сотрудника Отдела материаловедения Лаборатории Беркли и аспиранта-исследователя в группе Пейдонга Янга в Лаборатории Беркли и Калифорнийском университете в Беркли.

Эксперименты по спектроскопии в Калифорнийском университете в Беркли показали, что супрамолекулярные чернила являются высокоэффективными излучателями синего и зеленого света — два признака потенциального применения материала в качестве энергоэффективного OLED-эмиттера в электронных дисплеях и 3D-печати.

Последующие оптические эксперименты показали, что супрамолекулярные чернильные композиты, излучающие синий и зеленый свет, демонстрируют то, что ученые называют квантовой эффективностью, близкой к единице.

Это свидетельствует об их исключительной способности преобразовывать почти весь поглощенный свет в видимый в процессе эмиссии, — пояснил Чжу.

Чтобы продемонстрировать возможность перестройки цвета и люминесценции материала в качестве OLED-эмиттера, исследователи изготовили из композитных чернил прототип тонкопленочного дисплея. В результате они обнаружили, что материал подходит для программируемых электронных дисплеев.

Алфавитный фильм служит убедительным примером, иллюстрирующим применение эмиссионных тонких пленок, таких как супрамолекулярные чернила, для создания быстро переключающихся дисплеев, — говорит Чжу.

Дополнительные эксперименты в Калифорнийском университете в Беркли показали, что супрамолекулярные чернила также совместимы с технологиями 3D-печати, например, для создания декоративного OLED-освещения.

Чжу добавил, что производители также могут использовать супрамолекулярные чернила для изготовления носимых устройств или высокотехнологичной одежды, которая подсвечивается для обеспечения безопасности в условиях низкой освещенности, или носимых устройств, которые отображают информацию с помощью супрамолекулярных светоизлучающих структур.

Супрамолекулярные чернила — еще одна демонстрация лаборатории Пейдонга Янга новых устойчивых материалов, которые могут обеспечить экономичное и энергоэффективное производство полупроводников. В прошлом году Янг и его команда сообщили о новых «многоэлементных чернилах» — первом „высокоэнтропийном“ полупроводнике, который можно обрабатывать при низкой или комнатной температуре.

Благодаря продемонстрированной стабильности и сроку хранения супрамолекулярные чернила могут также помочь в коммерческом продвижении ионно-галоидных перовскитов — тонкопленочных солнечных материалов, на которые уже несколько десятилетий обращает внимание индустрия дисплеев.

Благодаря низкотемпературному синтезу в растворе ионно-галоидные перовскиты могут стать потенциально более дешевым производственным процессом для изготовления дисплеев. Однако высокоэффективные галогенидные перовскиты содержат элемент свинец, который представляет опасность для окружающей среды и здоровья населения. В отличие от них, новые супрамолекулярные чернила, принадлежащие к семейству ионных галогенидных перовскитов, предлагают бессвинцовую формулу без ущерба для производительности.

Теперь, когда они успешно продемонстрировали потенциал супрамолекулярных чернил в тонких пленках OLED и 3D-печатной электронике, исследователи изучают электролюминесцентный потенциал материала.

Это предполагает целенаправленное и специализированное исследование того, насколько хорошо наши материалы могут излучать свет с помощью электрического возбуждения, — заключает Чжу.

Этот шаг необходим для понимания всего потенциала нашего материала для создания эффективных светоизлучающих устройств.

22.01.2024


Подписаться в Telegram



Хайтек

Ученые МИСИС выяснили, как сделать суперконденсаторы ещё круче
Ученые МИСИС выяснили, как сделать суперконденсаторы ещё круче

Исследователи из университета МИСИС усове...

Science Advances: Ученые научились предсказывать водородное охрупчивание
Science Advances: Ученые научились предсказывать водородное охрупчивание

При выборе материала для инфраструктурных...

В ПИШ КАИ создали «мост» к цифровому двойнику композитных преформ
В ПИШ КАИ создали «мост» к цифровому двойнику композитных преформ

Образовательное пространство Технологическое м...

Physical Review Letters: Ученые описали альтернативный магнетизм
Physical Review Letters: Ученые описали альтернативный магнетизм

Магнитные материалы традиционно классифицируют...

Nature: Международная группа ученых решает сложную физическую задачу
Nature: Международная группа ученых решает сложную физическую задачу

Сильно взаимодействующие системы играют важную...

В MIT разрабатывают бытовых роботов, наделенных здравым смыслом
В MIT разрабатывают бытовых роботов, наделенных здравым смыслом

С помощью большой языковой модели инженеры Мас...

Nature Communications: Открыто революционное явление в жидких кристаллах
Nature Communications: Открыто революционное явление в жидких кристаллах

Исследовательская группа, работающая в UN...

Physical Review Applied: Ниобий воскресили для квантовых технологий
Physical Review Applied: Ниобий воскресили для квантовых технологий

Когда речь заходит о сверхпроводящих куби...

Поиск на сайте

Знатоки клуба инноваций


ТОП - Новости мира, инновации

В России предложили новую классификацию камней в почках по структуре и составу
В России предложили новую классификацию камней в почках по структуре и составу
ACS Nano: Благодаря 3D-печати ученые впервые увидели, как светятся наноструктуры
ACS Nano: Благодаря 3D-печати ученые впервые увидели, как светятся наноструктуры
Ученые МИСИС выяснили, как сделать суперконденсаторы ещё круче
Ученые МИСИС выяснили, как сделать суперконденсаторы ещё круче
Исследование МГПУ объясняет, как справиться с одиночеством в мегаполисе
Исследование МГПУ объясняет, как справиться с одиночеством в мегаполисе
Как музыка влияет на эмоции дошкольников: открытие психологов МГУ
Как музыка влияет на эмоции дошкольников: открытие психологов МГУ
Студент из Владивостока придумал товарные ценники на основе электронных чернил
Студент из Владивостока придумал товарные ценники на основе электронных чернил
Microgravity: Полет на Марс может не состояться из-за просроченных лекарств
Microgravity: Полет на Марс может не состояться из-за просроченных лекарств
Археологи СФУ нашли артефакты первых русских поселенцев Красноярска
Археологи СФУ нашли артефакты первых русских поселенцев Красноярска
Горные деревья спасаются от потепления, сползая и поднимаясь по склонам
Горные деревья спасаются от потепления, сползая и поднимаясь по склонам
Transportation Research: Выбросы абразива от поездов вызывают беспокойство
Transportation Research: Выбросы абразива от поездов вызывают беспокойство
Ученые из СПбГУТ отправились в научную экспедицию в Арктику
Ученые из СПбГУТ отправились в научную экспедицию в Арктику
Казанские ученые заявили, что адаптивность молочного скота важнее генетики
Казанские ученые заявили, что адаптивность молочного скота важнее генетики
Звездный магнетизм может указывать на потенциальную обитаемость экзопланеты
Звездный магнетизм может указывать на потенциальную обитаемость экзопланеты
IEEE Access: Актуатор в реабилитационных перчатках восстановит движение пальцев
IEEE Access: Актуатор в реабилитационных перчатках восстановит движение пальцев
Scientific Reports: Экологичное лечение спасает яйца кальмаров от паразита
Scientific Reports: Экологичное лечение спасает яйца кальмаров от паразита

Новости компаний, релизы

Конференция по актуальным проблемам водоподготовки
Ученые ТПУ в составе международной коллаборации выяснили, что смертность от болезней сердца в мире снизилась на 35% за после...
ПМЭФ-2024: СПбГУ представил систему контроля на основе искусственного интеллекта
ИТ: тренды индустрии и рынка труда
Медики СПбГУ создали линию мышей для разработки новых методов лечения слепоты у человека