Miután felfedezték egy rugalmas fénykibocsátó polimer létrehozásának úttörő módját, a Stanford vegyészmérnökei nagy fényerejű, nyújtható színes kijelzőket fejlesztettek ki. A mai kijelzők - amelyek laposak, merevek és törékenyek - nem képesek átformálódni, hogy interaktívan reagáljanak a felhasználók igényeire.
A Stanford Egyetem vegyészmérnöke, Zhenan Bao és kutatócsoportja a "bőr által inspirált", puha és nyújtható elektronika megalkotására irányuló átfogó törekvés részeként olyan kijelzőt fejlesztett ki, amely ezen változtat. Több mint három évnyi munka után a Nature folyóiratban március 23-án megjelent új tanulmányukban bemutatják az elvi bizonyítékot egy nyújtható, potenciálisan átformálható kijelző felé.
Találmányuk egy olyan módszer felfedezésén alapul, amellyel nagy fényerejű, rugalmas, fénykibocsátó polimert állítanak elő, amely úgy működik, mint egy izzószál az izzólámpában. A csoport által létrehozott kijelző teljes egészében nyújtható polimerekből - szintetikus műanyagból - készül. Az eszköz maximális fényereje legalább kétszerese egy mobiltelefonénak, és eredeti hosszának kétszeresére nyújtható anélkül, hogy elszakadna - írja a Stanford News.
"A nyújtható kijelzők lehetővé tehetik az interaktív ember-gép interfész új fajtáját. Láthatjuk a képet és interakcióba léphetünk vele, majd a kijelző a válaszunknak megfelelően változhat" - mondta Bao, az egyetem mérnöki karának professzora és a tanulmány vezető szerzője.
A legtöbb fénykibocsátó polimer merev, és megnyúláskor megreped. A tudósok rugalmas szigetelőanyagok, például gumi hozzáadásával növelhetik rugalmasságukat. Ezek az adalékanyagok azonban csökkentik az elektromos vezetőképességet, ami azt kívánja meg, hogy a polimer még a halvány fény előállításához is veszélyesen magas feszültséget használjon.
Körülbelül három évvel ezelőtt azonban Zhitao Zhang kutató, a mostani tanulmány vezető szerzője felfedezte, hogy a SuperYellow nevű, sárga színű fénykibocsátó polimer nemcsak puha és hajlékony lett, hanem erősebb fényt is bocsátott ki, amikor egyfajta poliuretánnal, egy rugalmas műanyaggal keverték.
"Ha hozzáadjuk a poliuretánt, azt látjuk, hogy a SuperYellow nanoszerkezeteket alkot. Ezek a nanoszerkezetek nagyon fontosak. Nyújthatóvá teszik a törékeny polimert, amely fényesebben világít, mert a nanoszerkezetek úgy kapcsolódnak egymáshoz, mint egy háló" - mondta Zhang.
A gumi hozzáadásával ellentétben a nanoszálak összekapcsolt hálója, amely a SuperYellow-t nyújthatóvá teszi, nem gátolja az elektromos áramlást, ami kulcsfontosságú a fényes kijelző kifejlesztéséhez. E felfedezés után a csoport rugalmas piros, zöld és kék fényt kibocsátó polimereket is létrehozott.
Mivel a nyújtható fénykibocsátó polimerek már rendelkezésre álltak, a csoportnak az elektronikus kijelző többi összetevőjét kellett egymásra rétegeznie. "Nagy kihívást jelentett a megfelelő anyagok kiválasztása. Elektronikusan illeszkedniük kell egymáshoz, hogy nagy fényerőt adjanak" - magyarázta Bao.
De hasonlóan jó mechanikai tulajdonságaik is kell, hogy legyenek ahhoz, hogy a kijelző nyújtható legyen. Végül pedig a gyártáshoz Zhitaónak azt is ki kellett találnia, hogyan lehet a rétegeket úgy egymásra helyezni, hogy a folyamat ne rontsa a fényerőt. A végleges kijelző hét réteget tartalmaz. A két külső réteg két szubsztrátum, amely beburkolja az eszközt. Befelé haladva két elektródaréteg található, amelyeket töltésszállító rétegek követnek. Végül a szendvics középen helyezkedik el a fénykibocsátó réteg.
Amikor a kijelzőn áram folyik keresztül, az egyik elektróda pozitív töltéseket, úgynevezett lyukakat juttat a fénykibocsátó rétegbe, míg a másik elektróda negatív töltésű elektronokat küld oda. Amikor a kétféle töltés találkozik, összekapcsolódnak és energetikailag gerjesztett állapotba kerülnek. Szinte azonnal ezután az állapot egy foton - egy fényrészecske - előállításával visszatér a normál állapotba.
Az így keletkező, teljesen polimer filmet rá lehet ragasztani egy karra vagy ujjra, és nem szakad el hajlítás vagy hajlítás közben. Ez lehetővé teszi majd, hogy a viselhető nyomkövető kijelzője közvetlenül a bőrre rögzüljön.
Bao számos további felhasználási lehetőséget lát a nyújtható kijelző számára. Használható lenne átformálható interaktív képernyők előállítására, vagy akár háromdimenziós tájképek kialakítására egy térképen. "Képzeljünk el egy olyan kijelzőt, ahol egyszerre láthatjuk és érezhetjük a képernyőn megjelenő háromdimenziós tárgyat. Ez egy teljesen új módja lesz a távoli interakciónak" - mondta Bao.
