Ingenieurs hebben een halfgeleider uitgevonden die is gemaakt van een dun flexibel hybride materiaal dat in de nabije toekomst kan worden gebruikt voor displays op elektronische apparaten.
Ingenieurs bij grote bedrijven zijn al langer bezig met het ontwerpen van een opvouwbaar en flexibel scherm voor elektronische apparaten zoals computers en mobiele telefoons. Het doel is een scherm dat aanvoelt als papier, oftewel buigbaar is, maar ook elektronisch functioneert. Samsung, een van de grootste fabrikanten van mobiele telefoons ter wereld, zal naar alle waarschijnlijkheid binnenkort een flexibele mobiele telefoon op de markt brengen. Ze hebben een flexibel OLED-paneel ( Organic Light Emitting Diode) ontwikkeld met een onbreekbaar oppervlak. Het is lichtgewicht, maar tegelijkertijd sterk en robuust en bestand tegen hoge temperaturen. De meest opmerkelijke eigenschap is dat dit scherm niet breekt of beschadigd raakt als het apparaat valt – de grootste uitdaging waar ontwerpers van mobiele telefoonschermen momenteel voor staan. Een gewoon LCD-scherm blijft beeld weergeven, zelfs wanneer het gebogen is, maar de vloeistof erin raakt ontregeld, waardoor een vervormd beeld ontstaat. Het nieuwe flexibele OLED-scherm kan worden gebogen zonder dat het beeld vervormt, maar het is nog steeds niet volledig opvouwbaar. De flexibiliteit kan in de toekomst verder worden vergroot door het gebruik van flexibelere nanodraden. Een LED-display met kwantumstippen is flexibeler dankzij het gebruik van nanokristallen voor de productie van scherp, hoogwaardig licht. De displays moeten echter nog steeds in glas of ander materiaal worden ingekapseld ter bescherming.
Een nieuw materiaal om flexibele schermen te bouwen
In een recent onderzoek, gepubliceerd in Advanced Materials, hebben ingenieurs van de Australian National University (ANU) voor het eerst een halfgeleider ontwikkeld, gemaakt van organisch en anorganisch materiaal, die elektriciteit efficiënt omzet in licht. Deze halfgeleider is ultradun en zeer flexibel, wat hem uniek maakt. Het organische deel van het apparaat, een belangrijk onderdeel van de halfgeleider, is slechts één atoom dik. Het anorganische deel is ook klein, ongeveer twee atomen dik. Het materiaal werd geconstrueerd met behulp van een proces genaamd 'chemische dampafzetting', vergelijkbaar met het bouwen van een driedimensionale structuur op basis van een tweedimensionale beschrijving. De halfgeleider is niet met het blote oog te zien; hij bevindt zich tussen gouden elektroden op een chip van 1 cm x 1 cm met een functionele transistor. Zo'n chip kan duizenden transistorcircuits bevatten. De elektroden dienen als in- en uitgangspunt voor de elektriciteit. Na de constructie werden de opto-elektronische en elektrische eigenschappen van het materiaal gekarakteriseerd. Deze hybride structuur van organische en anorganische componenten zet elektriciteit om in licht, dat vervolgens wordt weergegeven op mobiele telefoons, televisies en andere apparaten. De lichtuitstraling blijkt scherper en beter te zijn bij beeldschermen met een hogere resolutie.
Dergelijk materiaal kan in de nabije toekomst worden gebruikt om apparaten buigbaar te maken, bijvoorbeeld mobiele telefoons. Scherm- of beeldschermschade komt veel voor bij mobiele telefoons en dit materiaal kan uitkomst bieden. Nu de populariteit en de vraag naar smartphones met grotere schermen groeien, is de noodzaak van het uur om duurzaamheid te hebben, zodat het scherm niet vatbaar is voor krassen of breuken of vallen enz. De hybride structuur is voordelig in termen van efficiëntie ten opzichte van traditionele halfgeleiders die volledig gemaakt van silicium. Dit materiaal zou kunnen worden gebruikt om schermen voor mobiele telefoons, televisie, digitale consoles enz. te bouwen en misschien ooit computers te bouwen en of een mobiele telefoon te maken die zo sterk is als een supercomputer. Onderzoekers zijn al bezig om deze halfgeleider op grotere schaal te produceren, zodat deze kan worden gecommercialiseerd.
Elektronisch afval aanpakken
Naar schatting zal er in 2018 in totaal bijna 50 miljoen ton elektronisch afval (e-waste) worden geproduceerd, waarvan slechts een zeer beperkt deel zal worden gerecycled. E-waste bestaat uit elektronische apparaten en uitrusting die het einde van hun levensduur hebben bereikt en moeten worden afgedankt, zoals oude computers, kantoor- of entertainmentapparatuur, mobiele telefoons, televisies, enzovoort. De enorme hoeveelheid e-waste vormt een grote bedreiging voor het milieu en zal onherstelbare schade toebrengen aan onze natuurlijke hulpbronnen en omgeving. Deze ontdekking biedt een startpunt voor het ontwerpen van elektronische apparaten met hoge prestaties, die echter zijn gemaakt van organische 'bio'-materialen. Als mobiele telefoons van flexibel materiaal zouden zijn gemaakt, zouden ze gemakkelijker te recyclen zijn. Dit zou de jaarlijkse hoeveelheid e-waste wereldwijd aanzienlijk verminderen.
De toekomst van opvouwbare en flexibele elektronische apparaten zal zeer opwindend zijn. Ingenieurs denken al aan oprolbare displays waar apparaten als een scroll kunnen worden opgerold. Het meest geavanceerde type scherm zou zijn dat kan vouwen, buigen of zelfs verpletteren als papier, maar toch nette afbeeldingen kan blijven weergeven. Een ander gebied is het gebruik van 'auxtetische' materialen die dikker worden wanneer ze worden uitgerekt en die schokken met hoge energie kunnen absorberen en zichzelf opnieuw kunnen uitlijnen om eventuele vervorming te corrigeren. Dergelijke apparaten zouden lichtgewicht en toch flexibel zijn.
***
Bron (nen)
Sharma A et al. 2018. Efficiënte en laagafhankelijke excitatie die over atomair dunne organisch-anorganische type I heterostructuren pompen. Geavanceerde materialen. 30 (40).
https://doi.org/10.1002/adma.201803986
***
