پژوهشگران دانشکده مهندسی مولکولی «پریتزکر» دانشگاه شیکاگو دریافتند که ماده نرمکننده پلاستیک که دهههاست در محصولاتی مانند کفپوشهای وینیلی و پوششهای پلاستیکی مورد استفاده قرار میگیرد، میتواند به ساخت نسل جدیدی از نمایشگرهای الکترونیکی روشنتر و انعطافپذیرتر کمک کند.
آنان با افزودن ماده نرمکننده پلاستیک رایج به پلیمرهای ویژه ساطعکننده نور، هم قابلیت کشسانی آنها را به میزان قابلتوجهی افزایش دادند و هم کارایی آنها در تولید نور را بهبود ببخشیدند. نتایج این پژوهش میتواند به پیشرفت فناوریهای پوشیدنی، تجهیزات پزشکی نرم، رباتهای انعطافپذیر و فناوریهای آینده نمایشگرهای سهبعدی کمک کند.
دیودهای نورگسیل آلی (OLED) کشسان به دلیل قابلیت استفاده در لباسها، وصلههای پوستی و رباتهای انعطافپذیر که میتوانند بدون آسیبدیدن خم شوند و حرکت کنند، بیش از پیش مورد توجه قرار گرفتهاند. با این حال، طراحی موادی که هم نرم و کشسان و هم روشن باشند، دشوار بوده است. موادی که قابلیت کشسانی بالایی دارند، معمولا بخشی از عملکرد ساطع کردن نور خود را از دست میدهند، در حالی که مواد بسیار کارآمد در تولید نور، اغلب بیش از حد سخت و انعطافناپذیر هستند.
سیهونگ وانگ، استاد دانشگاه شیکاگو و گروه پژوهشی وی معتقد بودند که شاید راهحل بسیار سادهتری از ساخت مواد کاملا جدید وجود داشته باشد. آنان به جای بازطراحی پلیمرهای نورگسیل، بررسی کردند که آیا افزودن نرمکننده پلاستیک در دسترس، میتواند هم انعطافپذیری و هم روشنایی را افزایش دهد یا خیر.
این گروه روی پلیمرهای دارای «فلورسانس تاخیری فعالشونده با گرما» (TADF) تمرکز کرد که گروهی از مواد نورگسیل با کارایی بالا هستند. هنگامی که این پلیمرها بیش از حد به یکدیگر نزدیک میشوند، با یکدیگر تداخل پیدا میکنند. در این حالت، بخشی از انرژی به جای آنکه به شکل نور آزاد شود، از طریق نوعی فرایند از بین میرود.
پژوهشگران تصور کردند که افزودن یک نرمکننده پلاستیک میتواند زنجیرههای پلیمری را اندکی از یکدیگر جدا کند. این فاصله اضافی، هم تداخل میان مولکولهای مجاور را کاهش خواهد داد و هم به ماده اجازه میدهد راحتتر کشیده شود.
برای آزمایش این فرضیه، گلینگنا وانگ، پژوهشگر این پژوهش، دیاکتیل فتالات (DOP) را به لایههای پلیمری اضافه کرد. دیاکتیل فتالات، نرمکننده پلاستیک است که بهطور گسترده برای نرمکردن پلاستیکها استفاده میشود.
نتایج فراتر از انتظار پژوهشگران بود؛ لایههای پلیمری حاوی این ماده هم بسیار روشنتر شدند و هم انعطافپذیری بیشتری پیدا کردند. کارایی نورگسیلی از حدود ۶۰ درصد در نمونههای معمولی به نزدیک ۱۰۰ درصد رسید که به حداکثر نظری نزدیک است. همزمان، قابلیت کشسانی ماده پیش از ترک خوردن نیز بهشدت افزایش یافت و از تنها ۵ درصد به بیش از ۱۱۰ درصد رسید.
گروه پژوهشی همچنین همین روش را روی چهار نوع دیگر از پلیمرهای دارای «فلورسانس تاخیری فعالشونده با گرما» با ساختارهای شیمیایی متفاوت آزمایش کرد. در تمام موارد، مواد هم کارایی بالاتر و هم قابلیت کشسانی بیشتری پیدا کردند. این نتیجه نشان میدهد که روش کنونی میتواند برای طیف گستردهای از پلیمرهای نورگسیل کاربرد داشته باشد و محدود به یک ماده خاص نیست.
هنگامی که لایههای حاوی نرمکننده در ساخت نمونههای عملیاتی نمایشگرهای OLED به کار گرفته شدند، کارایی دستگاه حدود ۳۵ درصد نسبت به نمونههای فاقد دیاکتیل فتالات افزایش یافت.
ساینس گزارش کرد، گروه پژوهشی اکنون در حال ادغام این مواد بهبودیافته در آرایههای کامل نمایشگرهای کشسان است. آنان همچنین کاربرد این مواد را در فناوریهای زیستپزشکی، ازجمله درمانهای پوشیدنی مبتنی بر نور و تجهیزات پزشکی انعطافپذیری بررسی میکنند که در آینده میتوانند بهطور مستقیم با بدن انسان تعامل داشته باشند.
نتایج این پژوهش در نشریه Nature Communications منتشر شده است.
انتهای پیام
