Es ist tatsächlich bekannt, dass transparente und flexible Displays, die in verschiedenen Bereichen, darunter Automobildisplays, Bio-Gesundheitspflege, Militär und Mode, große Aufmerksamkeit erregt haben, bei kleinen Verformungen leicht brechen. Um dieses Problem zu lösen, wird aktiv an vielen transparenten und flexiblen leitfähigen Materialien wie Kohlenstoffnanoröhren, Graphen, Silbernanodrähten und leitfähigen Polymeren geforscht.
Ein gemeinsames Forschungsteam unter der Leitung von Professor Kyung Cheol Choi von der KAIST School of Electrical Engineering und Dr. Yonghee Lee vom National Nano Fab Center (NNFC) gab die erfolgreiche Entwicklung einer wasserbeständigen, transparenten und flexiblen OLED mithilfe der MXene-Nanotechnologie bekannt. Das Material kann Licht emittieren und durchlassen, selbst wenn es Wasser ausgesetzt ist.
Diese Forschung wurde als Titelgeschichte von veröffentlicht ACS Nano unter dem Titel „Highly Air-Stable, Flexible, and Water-Resistive 2D Titanium Carbide MXene-Based RGB Organic Light-Emitting Diode Displays for Transparent Free-Form Electronics.“
MXene ist ein 2D-Material mit hoher elektrischer Leitfähigkeit und optischer Durchlässigkeit und kann durch Lösungsprozesse in großem Maßstab hergestellt werden. Trotz dieser attraktiven Eigenschaften waren die Einsatzmöglichkeiten von MXene als elektrisches Langzeitgerät jedoch begrenzt, da seine elektrischen Eigenschaften durch Luftfeuchtigkeit und Wasser leicht beeinträchtigt werden. Das Material konnte daher nicht in Form einer Matrix systematisiert werden, die Informationen darstellen kann.
Das Forschungsteam von Professor Choi nutzte eine Verkapselungstaktik, die Materialien vor Oxidation durch Feuchtigkeit und Sauerstoff schützen kann, um eine auf MXene basierende OLED mit langer Lebensdauer und hoher Stabilität gegenüber äußeren Umweltfaktoren zu entwickeln. Das Forschungsteam konzentrierte sich zunächst auf die Analyse des Abbaumechanismus der elektrischen Leitfähigkeit von MXene und konzentrierte sich dann auf die Entwicklung einer Kapselungsmembran.
Das Team blockierte Feuchtigkeit und sorgte durch den Eigenspannungsausgleich für Flexibilität, wodurch schließlich eine doppelschichtige Kapselungsmembran entstand. Zusätzlich wurde auf der obersten Schicht eine dünne Kunststofffolie mit einer Dicke von wenigen Mikrometern angebracht, um ein Waschen in Wasser ohne Zersetzung zu ermöglichen.
Im Rahmen dieser Studie entwickelte das Forschungsteam eine MXene-basierte rote (R)/grüne (G)/blaue (B) OLED, die eine Helligkeit von mehr als 1.000 cd/m2 ausstrahlt, die mit bloßem Auge selbst unter Sonnenlicht erkennbar ist und damit die Bedingungen für Outdoor-Displays erfüllt. Für die rote MXene-basierte OLED bestätigten die Forscher eine Standby-Lagerungsdauer von 2.000 Stunden (unter 70 % Lumineszenz), eine Standby-Betriebsdauer von 1.500 Stunden (unter 60 % Lumineszenz) und eine Flexibilität, die 1.000 Zyklen bei einer geringen Krümmung von unter 1,5 mm standhält.
Darüber hinaus zeigten sie, dass die Leistung auch nach sechs Stunden Eintauchen unter Wasser (unter 80 % Lumineszenz) erhalten blieb. Darüber hinaus wurde eine Strukturierungstechnik verwendet, um die auf MXene basierende OLED in Form einer Passivmatrix herzustellen, und das Team demonstrierte ihre Verwendung als transparentes Display durch die Anzeige von Buchstaben und Formen.
Ph.D. Kandidat So Yeong Jeong, der diese Studie leitete, sagte: „Um die Zuverlässigkeit von MXene OLED zu verbessern, haben wir uns auf die Herstellung einer geeigneten Verkapselungsstruktur und eines geeigneten Prozessdesigns konzentriert.“ Sie fügte hinzu: „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.“
Professor Choi sagte: „Diese Forschung wird zum Leitfaden für die Anwendung von MXene in elektrischen Geräten werden, aber wir erwarten, dass sie auch in anderen Bereichen angewendet wird, die flexible und transparente Displays erfordern, wie Automobile, Mode und Funktionskleidung. Und um den Abstand zur chinesischen OLED-Technologie zu vergrößern, müssen diese neuen OLED-Konvergenztechnologien weiter entwickelt werden.“
Mehr Informationen:
So Yeong Jeong et al., Hochluftstabile, flexible und wasserbeständige 2D-Titankarbid-MXene-basierte organische RGB-Leuchtdiodenanzeigen für transparente Freiformelektronik, ACS Nano (2023). DOI: 10.1021/acsnano.3c00781