科学家利用喷墨打印机制造伸缩性强的柔性LED

这项研究本月发表在《先进材料》杂志上。

用有机小分子或高分子材料制成的OLED，既便宜又灵活。王川说：“你可以弯曲或拉伸它们--但它们的性能相对较低，寿命也短。无机LED，如microLEDs，性能高，超亮，非常可靠，但不灵活，而且非常昂贵。”

“我们所做的是一种有机-无机化合物，”他说。“它具有这两个世界的最佳特性。”他们使用了一种特殊类型的晶体材料，称为有机金属卤化物钙钛矿-尽管有一个新的转折。创造一层薄薄的钙钛矿的传统方法是将其滴在一个平坦的、旋转的基底上，就像一个旋转的艺术玩具，这个过程被称为旋转涂层。随着基底的旋转，液体扩散开来，最终以一个薄层覆盖它。在那里，它可以被回收并制成钙钛矿LED，或称PeLEDs。

然而，就像旋转艺术一样，在这个过程中浪费了很多材料--当基材以几千转的速度旋转时，一些滴落的钙钛矿飞溅并飞走，没有粘在基材上。

王川说：“因为它是以液体形式出现的，我们想象我们可以使用喷墨打印机 来代替旋转涂层。”

喷墨制造节省了材料，因为过氧化物可以只沉积在需要的地方，就像在一张纸上打印字母和数字的精确性一样；没有飞溅，减少浪费。这个过程也快得多，制作时间从5个多小时缩短到25分钟以内。

使用喷墨打印方法的另一个好处有可能重塑电子产品的未来：钙钛矿可以被打印到各种非常规的基材上，包括那些在旋转时不稳定的材料--如橡胶。王川说："想象一下，有一种设备开始时只有手机大小，但可以拉伸到平板电脑大小。

然而，为了使显示器具有灵活性，在橡胶上印刷坚硬的LED并不能起到作用。LED本身需要有弹性。钙钛矿不是。

研究人员能够通过将无机钙钛矿晶体嵌入由聚合物粘合剂制成的有机聚合物矩阵来解决这个问题。这使得过氧化物和PeLED本身具有弹性和可拉伸的性质。这个过程并不完全是简单的。研究人员同意，最大的障碍是确保不同层的材料不会混合。

因为PeLED的所有部分都是由液体制成的--钙钛矿层以及两个电极和一个缓冲层--一个主要的问题是保持所有的层不混合。

LED的构造类似于三明治，至少有一个发射层、一个阳极层和一个阴极层。有时还可能使用其他层。研究人员必须保持钙钛矿层不与其他任何层混合，就像用荧光笔在新写的墨水上涂抹一样。他们需要找到一种合适的聚合物，一种可以插在过氧化物和其他层之间的聚合物，在保护它的同时又不会过多地干扰PeLED的性能。

“我们找到了最佳材料和最佳厚度，以平衡设备的性能和保护，”研究人员说。之后，他继续打印了第一个弹性PeLEDs。

该大学的技术管理办公室正在申请该技术和制造方法的专利。这些PeLEDs可能只是电子革命的第一步。它们可以用来制作可穿戴设备，甚至是智能可穿戴设备，如测量血氧的脉搏血氧仪。研究人员认为，最令人兴奋的是，能够廉价而快速地打印出有弹性的PeLED，可能会带来尚未梦想的新技术。