Une équipe de recherche dirigée par le Lawrence Berkeley Nationwide Laboratory (Berkeley Lab) a développé une « encre supramoléculaire », une nouvelle technologie destinée aux écrans OLED (diodes électroluminescentes organiques) ou à d'autres appareils électroniques. Fabriquée à partir d’éléments peu coûteux et abondants sur Terre au lieu de métaux rares et coûteux, l’encre supramoléculaire pourrait permettre la création d’écrans plats et d’appareils électroniques additionally abordables et in addition durables sur le program environnemental.
« En remplaçant les métaux précieux par des matériaux abondants sur Terre, notre technologie d'encre supramoléculaire pourrait changer la donne pour l'industrie des écrans OLED », a déclaré le chercheur principal Peidong Yang, chercheur principal à la division des sciences des matériaux du laboratoire de Berkeley et professeur de chimie et de science des matériaux. et ingénierie à l'UC Berkeley. « Ce qui est encore as well as excitant, c'est que la technologie pourrait également étendre sa portée aux films organiques imprimables pour la fabrication d'appareils portables ainsi qu'à l'artwork et à la sculpture luminescents », a-t-il ajouté.
Si vous possédez un smartphone ou un téléviseur à écran plat relativement récent, il y a de fortes odds qu'il soit équipé d'un écran OLED. Les OLED connaissent une growth rapide sur le marché de l'affichage vehicle elles sont additionally légères, furthermore fines, consomment moins d'énergie et offrent une meilleure qualité d'impression que les autres technologies d'écran plat. En effet, les OLED contiennent de minuscules molécules organiques qui émettent de la lumière directement, éliminant ainsi le besoin d'une couche de rétroéclairage supplémentaire que l'on trouve dans un écran à cristaux liquides (Liquid crystal display). Cependant, les OLED peuvent contenir des métaux rares et coûteux comme l’iridium.
Mais avec le nouveau matériau – que l'équipe du Berkeley Lab a récemment décrit dans une nouvelle étude publiée dans la revue Science – les fabricants d'écrans électroniques pourraient potentiellement adopter un processus de fabrication moins cher qui nécessite également beaucoup moins d'énergie que les méthodes conventionnelles.
Le nouveau matériau est constitué de poudres contenant du hafnium (Hf) et du zirconium (Zr) qui peuvent être mélangées en alternative à basse température – de la température ambiante jusqu'à environ 176 degrés Fahrenheit (80 degrés Celsius) – pour former une « encre » semi-conductrice. «
De minuscules structures moléculaires « de base » au sein de l’encre s’auto-assemblent en solution – un processus que les chercheurs appellent assemblage supramoléculaire. « Notre approche peut être comparée à la development avec des blocs LEGO », a déclaré Cheng Zhu, co-leading auteur de l'posting et titulaire d'un doctorat. candidat en science et ingénierie des matériaux à l'UC Berkeley. Ces structures supramoléculaires permettent au matériau d'obtenir une synthèse steady et de haute pureté à basse température, a expliqué Zhu. Il a développé le matériau tout en travaillant comme chercheur affilié à la division des sciences des matériaux du Berkeley Lab et comme étudiant chercheur diplômé dans le groupe Peidong Yang du Berkeley Lab et de l'UC Berkeley.
Des expériences de spectroscopie à l'UC Berkeley ont révélé que les composites d'encre supramoléculaires sont des émetteurs très efficaces de lumière bleue et verte – deux indicateurs de l'application potentielle du matériau en tant qu'émetteur OLED économe en énergie dans les écrans électroniques et l'impression 3D.
Des expériences optiques ultérieures ont révélé que les composés d’encre supramoléculaires émettant du bleu et du vert présentent ce que les scientifiques appellent une efficacité quantique proche de l’unité. « Cela démontre leur capacité exceptionnelle à convertir presque toute la lumière absorbée en lumière visible pendant le processus d'émission », a expliqué Zhu.
Pour démontrer l'accordabilité des couleurs et la luminescence du matériau en tant qu'émetteur OLED, les chercheurs ont fabriqué un prototype d'affichage à couche mince à partir de l'encre composite. Dans un résultat passionnant, ils ont découvert que le matériau était adapté aux écrans électroniques programmables.
« Le movie sur l'alphabet constitue un exemple convaincant illustrant l'software de movies minces émissifs comme l'encre supramoléculaire dans la création d'écrans à commutation rapide », a déclaré Zhu.
Des expériences supplémentaires à l'UC Berkeley ont montré que l'encre supramoléculaire est également suitable avec les systems d'impact 3D, par exemple pour la conception d'éclairages OLED décoratifs.
Zhu a ajouté que les fabricants pourraient également utiliser l'encre supramoléculaire pour fabriquer des appareils portables ou des vêtements de haute technologie qui s'éclairent pour furthermore de sécurité dans des conditions de faible luminosité, ou des appareils portables qui affichent des informations à travers les buildings électroluminescentes supramoléculaires.
L'encre supramoléculaire est une autre démonstration du laboratoire de Peidong Yang de nouveaux matériaux durables qui pourraient permettre une fabrication de semi-conducteurs rentable et économe en énergie. L'année dernière, Yang et son équipe ont présenté une nouvelle « encre multi-éléments », le premier semi-conducteur à « haute entropie » pouvant être traité à basse température ou à température ambiante.
Grâce à leur stabilité et à leur durée de conservation démontrées, les composés d’encre supramoléculaires pourraient également contribuer au développement industrial des pérovskites aux halogénures ioniques, un matériau solaire en couche mince que l’industrie de l’affichage envisage depuis des décennies. Grâce à leur synthèse à basse température en remedy, les pérovskites aux halogénures ioniques pourraient potentiellement permettre des processus de fabrication moins coûteux pour la fabrication d'écrans. Mais les pérovskites aux halogénures de haute general performance contiennent l’élément plomb, qui est préoccupant pour l’environnement et la santé publique. En revanche, la nouvelle encre supramoléculaire – qui appartient à la famille des pérovskites aux halogénures ioniques – offre une formulation sans plomb sans compromettre les performances.
Maintenant qu’ils ont démontré avec succès le potentiel de l’encre supramoléculaire dans les movies minces OLED et l’électronique imprimable en 3D, les chercheurs explorent désormais le potentiel électroluminescent de ce matériau. « Cela implique une enquête ciblée et spécialisée sur la capacité de nos matériaux à émettre de la lumière en utilisant une excitation électrique », a déclaré Zhu. « Cette étape est essentielle pour comprendre tout le potentiel de notre matériau pour créer des dispositifs électroluminescents efficaces. »
Parmi les autres auteurs de l'étude figurent Jianbo Jin (co-leading auteur), Zhen Wang, Zhenpeng Xu, Maria C. Folgueras, Yuxin Jiang, Can B. Uzundal, Han KD Le, Feng Wang et Xiaoyu (Rayne) Zheng.
Ce travail a été soutenu par le Bureau des sciences du ministère de l’Énergie.
