首款可拉伸有机发光二极管问世


  现在,加州大学洛杉矶分校(University of California, Los Angeles)的工程师们采取措施,制成这种便利的电子器件,他们创造出第一款完全可拉伸的有机发光二极管(OLED)。以前,研究人员制作的一些设备, 或者是能弯曲不能拉伸,或者是可拉伸的断片,就是把较小的刚性发光二极管连起来。

  创造可拉伸电子器件的一个挑战,是要开发一种电极,这种电极变形时也可维持电导性。为了取得这一属性,一些研究人员曾经求助于碳纳米管,因为它们可拉伸、导电,而且看起来是透明的薄层,可以让光透过去。然而,要让碳纳米管保持它们的形状,就必须使它们附着在一些表面上。把碳纳米管涂在塑料衬底上,效果并不好,因为这种纳米管会滑落,或越过彼此,而不是随着塑料拉伸。虽然一些研究人员已经有办法应付这个问题,但是,他们仍不能制成完全可拉伸的有机发光二极管。

  为了使他们的设备完全柔软,加州大学洛杉矶分校的研究人员设计了一种新颖的方法,创造出碳纳米管和聚合物电极,并把它分层放置到可拉伸的发光塑料上。为了制备这种混合电极,研究小组把碳纳米管涂在玻璃上,添加上一种液态聚合物,这种聚合物遇到紫外线会凝固,但可以拉伸。这种聚合物扩散到整个碳纳米管网络中,凝固到柔性塑料上,这种塑料完全围住网络,而不仅仅是贴着托起它。从玻璃上剥离下这种聚合物和碳纳米管的混合物,就制成一种光滑、可拉伸的透明电极。

  “把这种聚合物注入碳纳米管涂层,可保存原有网络和它的高电导性,”裴齐平(Qibing Pei)说,他是材料科学与工程教授,也是这一项目的主要研究者。

  "我们使用的方法非常简单,很容易升级,进行实际生产,”于智斌(Zhibin Yu)说,他是裴齐平研究小组以前的一个研究员,现在是加州大学伯克利分校的研究员,是这项研究的第一作者,论文上个月在线发表在《先进材料》(Advanced Materials)上。

  为了创造这种可拉伸的显示屏,研究小组用两层碳纳米管电极夹住一层塑料,这种塑料在电流通过时会发光。这个小组使用一种办公室覆膜设备,把最后的分层器件紧紧压在一起,挤出所有气泡,确保通电时电路完整。结果制成的器件可以拉长45%之多,同时发出一种有色光。

  “事实上,所制成的有机发光二极管,可以在拉伸状况下工作,相当令人印象深刻,”郭靖(Jay Guo)说,他是密歇根大学(University of Michigan)电机工程教授,研究制造塑胶电子器件。

  这种概念验证装置是一个2平方厘米的东西,其中有1平方厘米的区域可发出天蓝色光。本周,这一小组发表了一篇附加论文,说明换入更多的银纳米线,替代碳纳米管,采用类似的工艺,就可以制成更有效率的发光二极管。

  这项工作是很有趣的,显著不同过去的研究,约翰•罗杰斯(John Rogers)说,他是伊利诺斯州大学(University of Illinois)材料科学教授,在开发可拉伸、可变形的电子产品。

  这种电极的另一个好处是不太可能短路。“典型的情况是,碳纳米管膜粗糙,这就会导致电子器件短路。”包浙南(Zhenan Bao)说,她是斯坦福大学(Stanford)化学工程教授,在研究可拉伸太阳能电池。“使用这种方法,他们最终制成一个相对平整的表面,可用于电极。”

  她补充说,到目前为止,这种可拉伸电子器件表明,拉伸过长或次数太多之后,会失去电导性,所以,这个领域还需要更多的研究。

  “我们还远远没有高性能、真正强大、本质上可拉伸的器件,”包浙南说,但是,“有了这项工作以及其他人的工作,我们正在逐步接近,实现这种复杂多功能的电子皮肤。”