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 hebben ernaar gestreefd een opvouwbaar en flexibel beeldscherm voor elektronica te ontwerpen apparaten zoals computers en mobiele telefoons. Het doel is een beeldscherm dat aanvoelt als papier, dat wil zeggen buigzaam is, maar ook elektronisch functioneert. Samsung, een van de grootste fabrikanten van mobiele telefoons ter wereld, zal naar alle waarschijnlijkheid zeer binnenkort een flexibele mobiele telefoon op de markt brengen. Ze hebben een flexibel ontwikkeld organisch Light Emitting Diode (OLED) paneel met een onbreekbaar oppervlak. Het is lichtgewicht maar sterk en robuust en is bestand tegen hoge temperaturen. Het meest opmerkelijke kenmerk zou zijn dat dit scherm niet kapot gaat of beschadigd raakt als het apparaat valt – de grootste uitdaging waarmee ontwerpers van mobiele telefoons tegenwoordig worden geconfronteerd. Een gewoon LCD-scherm blijft weergeven, zelfs als het gebogen is, maar de vloeistof erin raakt niet goed uitgelijnd en daardoor wordt een vervormd beeld weergegeven. Het nieuwe flexibele OLED-scherm kan worden gebogen of gebogen zonder het scherm te vervormen, maar het zal nog steeds niet volledig opvouwbaar zijn. De flexibiliteit kan verder worden vergroot door in de toekomst flexibelere nanodraden te gebruiken. Een quantum dot light-emitting diode-display is flexibeler vanwege het gebruik van nanokristallen om scherp licht van hoge kwaliteit te produceren. De displays moeten ter bescherming nog steeds in glas of ander materiaal worden ingekapseld.
Een nieuw materiaal om flexibele schermen te bouwen
In een recent onderzoek gepubliceerd in Geavanceerde materialen Ingenieurs van de Australian National University (ANU) hebben voor het eerst een halfgeleider ontwikkeld organisch en anorganisch materiaal dat elektriciteit efficiënt omzet in licht. Deze halfgeleider is ultradun en zeer flexibel waardoor hij uniek is. De organisch deel van het apparaat, een belangrijk deel van de halfgeleider heeft een dikte van slechts één atoom. Het anorganische deel is ook klein, ongeveer twee atomen dik. Het materiaal is geconstrueerd via een proces dat 'chemical vapour deposition' wordt genoemd, vergelijkbaar met het bouwen van een driedimensionale structuur op basis van een 3D-beschrijving. De halfgeleider kan niet met het blote oog worden gezien, hij rust tussen gouden elektroden op een chip van 2 cm x 1 cm met een functionele transistor. Eén zo’n chip kan duizenden transistorcircuits bevatten. De elektrode dient als elektriciteitsinvoer- en -uitvoerpunt. Eenmaal geconstrueerd werden de opto-elektronische en elektrische eigenschappen van het materiaal gekarakteriseerd. Deze hybride structuur van organisch en anorganische componenten zetten elektriciteit om in licht, dat vervolgens wordt weergegeven op mobiele telefoons, televisies en andere apparaten. De lichtemissie wordt gezien als scherper en beter voor 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
Er wordt geschat dat er in 2018 in totaal bijna 50 miljoen ton elektronisch afval (e-waste) zal worden geproduceerd, waarvan een zeer beperkte hoeveelheid zal worden gerecycled. E-waste bestaat uit elektronische apparaten en apparatuur die het einde van hun levensduur hebben bereikt en moeten worden weggegooid, inclusief oude computers, elektronische kantoor- of amusementsapparatuur, mobiele telefoons, televisie enz. De enorme hoeveelheid e-waste vormt een enorme bedreiging voor het milieu en zal ongetwijfeld onomkeerbare schade toebrengen aan onze natuurlijke hulpbronnen en omgeving. Deze ontdekking is een startpunt voor het ontwerpen van elektronische apparaten die hoge prestaties leveren, maar waarvan gemaakt zijn organisch 'bio'-materialen. Als mobiele telefoons van flexibel materiaal zouden zijn gemaakt, zouden ze gemakkelijker te recyclen zijn. Dit zal de hoeveelheid e-waste die jaarlijks over de hele wereld wordt gegenereerd, 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.
***
{U kunt de originele onderzoekspaper lezen door op de DOI-link hieronder in de lijst met geciteerde bron(nen) te klikken}
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
***
