توسعه دیودهای نوری شفاف و انعطاف‌پذیر

توسعه دیودهای نوری شفاف و انعطاف‌پذیر به کمک ماده کاربید تیتانیم دو بعدی ( MXene ) و با هدف کاربرد در LEDها برای اولین بار مورد بررسی قرار گرفت .

در ایالات متحده و کره ، محققان تیم توسعه دیودهای نوری شفاف و انعطاف‌پذیر ، اولین دیودهای نوری انعطاف پذیر کارآمد را به کمک یک کاربید تیتانیوم دو بعدی  ( MXene ) توسعه داده‌اند . کاربید تیتانیوم دو بعدی  ( MXene ) نقش یک الکترود انعطاف پذیر و شفاف را در دیود ایفا می‌کند . دیودهای ساطع کننده نور بر پایه MXene   ( MXene – based light – emitting diodes = MX – LED ) ( که کارایی و انعطاف پذیری بالایی دارند ) از طریق مهندسی فصل مشترک دقیق ( Precise interface engineering ) بدست می‌آیند .

نمایشگرهای انعطاف پذیر با سرعت بالایی در حال توسعه بوده و بازار نمایشگرهای انعطاف پذیر جهانی نیز در طی سال‌های متمادی به سرعت در حال گسترش است . توسعه الکترودهای رسانای شفاف انعطاف پذیر ( Transparent conducting electrodes = TCE ) با خاصیت انعطاف پذیری و هدایت الکتریکی عالی یکی از نیازهای اصلی برای نمایشگرهای نسل بعدی است ؛ چرا که اکسید قلع ایندیم  ( ITO )  ، نسبت به TCE ( ماده مورد استفاده در توسعه دیودهای نوری شفاف و انعطاف‌پذیر ) شکننده است . مواد متنوعی دیگری مانند گرافن ، پلیمرهای رسانا و نانو سیم‌های فلزی برای این منظور پیشنهاد شد ؛ اما هدایت الکتریکی کم ، بازده کاری پایین و ساخت الکترود پیچیده ، کاربرد عملی آن‌ها را محدود کرده است .

MXenes  خانواده جدیدی از مواد دو بعدی ( ماده مورد استفاده در توسعه دیودهای نوری شفاف و انعطاف‌پذیر )

MXenes  گروه جدیدی از مواد دو بعدی است که در دانشگاه Drexel  در سال ۲۰۱۱ کشف شده است . این مواد از لایه‌های ضخیم چند اتمی از کاربیدها یا نیتریدهای فلزات واسطه تشکیل شده است . این مواد ( ماده مورد استفاده در توسعه دیودهای نوری شفاف و انعطاف‌پذیر ) ویژگی‌های منحصر به فردی از جمله هدایت الکتریکی مشابه با فلزات ، خصوصیات سطح و خصوصیات الکترونیکی قابل تنظیمی را ارائه می‌کنند . این ویژگی‌ها امکانات جدیدی را در زمینه‌های مختلف فناوری ارائه می‌دهند .

از زمان کشف این مواد ، استفاده از MXenes ( ماده مورد استفاده در توسعه دیودهای نوری شفاف و انعطاف‌پذیر ) در زمینه‌های مختلف مانند باتری‌های یونی فلزی ، سنسورها ، ذخیره کننده‌های گازی و الکتروشیمیایی ، دستگاه‌های انرژی ، کاتالیزورها و ابزارهای پزشکی مورد بررسی قرار گرفته است . MXenes بدلیل خاصیت انعطاف پذیری عالی ، پتانسیل خود را در نقش الکترود انعطاف پذیر به نمایش گذاشته است . استفاده از  MXenes  ( ماده مورد استفاده در توسعه دیودهای نوری شفاف و انعطاف‌پذیر ) بعنوان الکترودهای انعطاف پذیر در دستگاه‌های الکترونیکی به تازگی آغاز شده است ؛ چرا که فیلم‌های معمولی  MXene  الزامات عملکردی و رسانایی را در LED ها و سلول‌های خورشیدی برآورده نمی‌کنند و هنگامی که در معرض لایه تزریق کننده حفره ( Hole injection layer ( HIL ) ) اسیدی قرار بگیرند ، تخریب می‌شوند .

کاربرد MXene  در LEDهای انعطاف پذیر

یک تیم بین المللی از دانشمندان دانشگاه ملی سئول و دانشگاه Drexel به سرپرستی Tae – Woo Lee وYury Gogotsi  ، بر روی مدولاسیون ( Modulation ) سطح و فصل مشترک فیلم‌های  MXene  پردازش شده با محلول متمرکز شده‌اند تا یک سیستم ایده آل MXene / HIL  را ایجاد کنند . آن‌ها سطح بازده کاری ( Work function ( WF ) ) بالای  فیلم  MXene را با فرآیند آنیل خلا در دمای پایین تنظیم کردند و HIL به گونه‌ای تنظیم شد که pH خنثی باشد ( با الکل رقیق شد ) تا از اکسیداسیون مخرب سطح و تخریب فیلم الکترود جلوگیری کند . سیستم MXene / HIL  که توسط این تیم طراحی شده است ، با تشکیل یک تماس اهمی ( Ohmic contact ) تقریبا ایده آل ، بازده بالایی را بدلیل تزریق موثر حفرات به لایه ساطع کننده فراهم می‌کند .

این تیم با استفاده از سیستم MXene / HIL ، LEDهای آلی سبز  ( Organic LEDs = OLEDs ) با بازده بالا تولید کردند که با مقادیر ماکزیمم تئوری کاملا مطابقت دارد و با دستگاه‌های معمولی بر پایه ITO قابل مقایسه است . LEDهای انعطاف پذیرMXene که روی یک زیر لایه پلاستیکی قرار گرفته بودند ، پایداری خمشی بالایی را از خود نشان دادند ؛ در حالی که LED های ITO تحمل کمی در برابر تنش خمشی داشتند . این اولین گزارشی است که عملکرد بالای OLEDها را با استفاده از یک لایه کاربید تیتانیوم دو بعدی ( MXene ) ، بعنوان یک الکترود انعطاف پذیر ، نشان می‌دهد . نتایج این تحقیق در مجله” Advanced Materials ”   منتشر شده است . شکل زیر اطلاعات مختصری از مقاله منتشر شده ارائه کرده است .

خلاصه‌ای از خبر توسعه دیودهای نوری شفاف و انعطاف‌پذیر

در این پژوهش از ماده کاربید تیتانیم دو بعدی ( MXene ) برای ساخت الکترود منعطف و شفاف استفاده شد . کاربرد این الکترودهای منعطف درLED ها است . این ماده نسبت به مواد قبلی مورد استفاده در LEDها ، از جمله اکسید قلع ایندیم ( ITO ) ، بسیار منعطف‌تر است و بازده بسیار بالاتری ایجاد می‌کند .

منبع خبر : سایت www.azom.com

تاریخ انتشار خبر : ۲۵ مهر ماه ۱۳۹۹

کد خبر : ۱۰۴۵