Les écrans transparents et flexibles, qui ont fait l’objet de beaucoup d’attention dans divers domaines, notamment les écrans automobiles, la bio-santé, le militaire et la mode, sont en effet connus pour se casser facilement lorsqu’ils subissent de petites déformations. Pour résoudre ce problème, des recherches actives sont menées sur de nombreux matériaux conducteurs transparents et flexibles tels que les nanotubes de carbone, le graphène, les nanofils d’argent et les polymères conducteurs.
Une équipe de recherche conjointe dirigée par le professeur Kyung Cheol Choi de la KAIST School of Electrical Engineering et le Dr Yonghee Lee du National Nano Fab Center (NNFC) a annoncé le développement réussi d’une OLED résistante à l’eau, transparente et flexible utilisant la nanotechnologie MXene. Le matériau peut émettre et transmettre de la lumière même lorsqu’il est exposé à l’eau.
Cette recherche a été publiée sous la forme d’un article de couverture de ACS Nano sous le titre « Afficheurs à diodes électroluminescentes organiques RVB à base de carbure de titane 2D hautement stables à l’air, flexibles et résistants à l’eau pour l’électronique transparente de forme libre ».
MXene est un matériau 2D avec une conductivité électrique et une transmittance optique élevées, et il peut être produit à grande échelle grâce à des processus de solution. Cependant, malgré ces propriétés attrayantes, les applications de MXene étaient limitées en tant qu’appareil électrique à long terme en raison de la dégradation facile de ses propriétés électriques par l’humidité atmosphérique et l’eau. Le matériel n’a donc pas pu être systématisé sous la forme d’une matrice pouvant afficher des informations.
L’équipe de recherche du professeur Choi a utilisé une tactique d’encapsulation qui peut protéger les matériaux de l’oxydation causée par l’humidité et l’oxygène pour développer un OLED à base de MXene avec une longue durée de vie et une grande stabilité contre les facteurs environnementaux externes. L’équipe de recherche s’est d’abord concentrée sur l’analyse du mécanisme de dégradation de la conductivité électrique du MXene, puis s’est concentrée sur la conception d’une membrane d’encapsulation.
L’équipe a bloqué l’humidité et fourni de la flexibilité grâce à la compensation des contraintes résiduelles, produisant finalement une membrane d’encapsulation à double couche. De plus, un fin film plastique d’une épaisseur de quelques micromètres a été fixé sur la couche supérieure pour permettre un lavage à l’eau sans dégradation.
Grâce à cette étude, l’équipe de recherche a développé une OLED rouge(R)/vert(G)/bleu(B) à base de MXene qui émet une luminosité de plus de 1 000 cd/m2 détectable à l’œil nu même sous la lumière du soleil, répondant ainsi aux conditions des affichages extérieurs. Quant à l’OLED rouge à base de MXene, les chercheurs ont confirmé une durée de vie en veille de 2 000 heures (sous 70 % de luminescence), une durée de vie en veille de 1 500 heures (sous 60 % de luminescence) et une flexibilité supportant 1 000 cycles sous une faible courbure inférieure à 1,5 mm.
De plus, ils ont montré que ses performances étaient maintenues même après six heures d’immersion sous l’eau (sous 80% de luminescence). De plus, une technique de modelage a été utilisée pour produire l’OLED à base de MXene sous la forme d’une matrice passive, et l’équipe a démontré son utilisation comme affichage transparent en affichant des lettres et des formes.
doctorat Le candidat So Yeong Jeong, qui a dirigé cette étude, a déclaré : « Pour améliorer la fiabilité de MXene OLED, nous nous sommes concentrés sur la production d’une structure d’encapsulation adéquate et d’une conception de processus appropriée. Elle a ajouté : « En produisant une OLED MXene de type matriciel et en affichant des lettres et des formes simples, nous avons jeté les bases de l’application de MXene dans le domaine des écrans transparents.
Le professeur Choi a déclaré : « Cette recherche deviendra la ligne directrice pour l’application de MXene dans les appareils électriques, mais nous nous attendons à ce qu’elle soit également appliquée dans d’autres domaines qui nécessitent des écrans flexibles et transparents comme les automobiles, la mode et les vêtements fonctionnels. Et pour creuser l’écart avec la technologie OLED chinoise, ces nouvelles technologies de convergence OLED doivent continuer à être développées.
Plus d’information:
So Yeong Jeong et al, Écrans à diodes électroluminescentes organiques RVB à base de carbure de titane 2D hautement stables à l’air, flexibles et résistants à l’eau pour l’électronique transparente de forme libre, ACS Nano (2023). DOI : 10.1021/acsnano.3c00781