نیوزویز – یک تیم تحقیقاتی به رهبری آزمایشگاه ملی لارنس برکلی (آزمایشگاه برکلی) “جوهر فوق مولکولی” را توسعه داده اند، یک فناوری جدید برای استفاده در نمایشگرهای OLED (دیود ساطع کننده نور آلی) یا سایر دستگاه های الکترونیکی. جوهر فوق مولکولی که از عناصر ارزان و فراوان زمین به جای فلزات کمیاب گران قیمت ساخته شده است، می تواند نمایشگرهای صفحه تخت و دستگاه های الکترونیکی مقرون به صرفه تر و سازگار با محیط زیست را ایجاد کند.
محقق اصلی پیدونگ یانگ، دانشمند ارشد در بخش علوم مواد آزمایشگاه برکلی و استاد شیمی و علوم مواد گفت: با جایگزینی فلزات گرانبها با مواد فراوان در زمین، فناوری جوهر فوق مولکولی ما می تواند قوانین صنعت نمایشگرهای OLED را تغییر دهد. مهندسی در UC Berkeley. او افزود: «چیزی که حتی هیجان‌انگیزتر است این است که این فناوری همچنین می‌تواند دامنه خود را به فیلم‌های قابل چاپ ارگانیک برای تولید دستگاه‌های پوشیدنی، و همچنین هنر و مجسمه‌سازی درخشان گسترش دهد.»
اگر یک تلفن هوشمند نسبتاً جدید یا تلویزیون صفحه تخت دارید، به احتمال زیاد صفحه نمایش OLED دارد. نمایشگرهای OLED به سرعت در حال گسترش در بازار نمایشگر هستند زیرا سبک‌تر، نازک‌تر، مصرف انرژی کمتر و کیفیت تصویر بهتری نسبت به سایر فناوری‌های صفحه تخت هستند. این به این دلیل است که OLED ها حاوی مولکول های آلی کوچکی هستند که مستقیماً نور را ساطع می کنند و نیاز به یک لایه نور پس زمینه اضافی موجود در نمایشگرهای کریستال مایع (LCD) را از بین می برند. با این حال، OLED ها می توانند فلزات کمیاب و گران قیمت مانند ایریدیوم را در خود جای دهند.
اما با مواد جدید – که تیم آزمایشگاه برکلی اخیراً در یک مطالعه جدید توضیح داده است در مجله منتشر شده است علوم پایه – تولیدکنندگان نمایشگرهای الکترونیکی به طور بالقوه می توانند فرآیند تولید ارزان تری را اتخاذ کنند.
این ماده جدید از پودرهای حاوی هافنیوم (Hf) و زیرکونیوم (Zr) تشکیل شده است که می توانند در دمای پایین – از دمای اتاق تا حدود 176 درجه فارنهایت (80 درجه سانتیگراد) – در محلول مخلوط شوند تا یک جوهر نیمه هادی تشکیل شود. .
ساختارهای کوچک مولکولی “بلوک ساختمانی” درون جوهر در محلول خود جمع می شوند، فرآیندی که محققان آن را مونتاژ فوق مولکولی می نامند. چنگ ژو، یکی از نویسندگان مقاله و دکترا گفت: «رویکرد ما را می توان با ساختن با بلوک های لگو مقایسه کرد. کاندیدای رشته علوم و مهندسی مواد در دانشگاه کالیفرنیا برکلی. ژو توضیح داد که این ساختارهای فوق مولکولی به مواد اجازه می دهد تا سنتز پایدار و با خلوص بالا را در دماهای پایین بدست آورند. او این مواد را در حین کار به عنوان همکار پژوهشی در بخش علوم مواد آزمایشگاه برکلی و یک دانشجوی تحقیقاتی فارغ التحصیل در گروه Peidong Yang در آزمایشگاه برکلی و دانشگاه کالیفرنیا برکلی توسعه داد.
آزمایش‌های طیف‌سنجی در دانشگاه کالیفرنیا برکلی نشان داد که جوهرهای کامپوزیت سوپرمولکولی ساطع‌کننده‌های بسیار کارآمد نور آبی و سبز هستند – دو نشانه از کاربرد بالقوه این ماده به عنوان یک فرستنده OLED با انرژی کارآمد در نمایشگرهای الکترونیکی و چاپ سه‌بعدی.
آزمایش‌های نوری بعدی نشان داد که ترکیبات جوهر فوق مولکولی ساطع‌کننده آبی و سبز چیزی را که دانشمندان کارآیی کوانتومی نزدیک به واحد نامیدند را نشان می‌دهند. ژو توضیح داد: «این توانایی خارق‌العاده آنها را در تبدیل تقریباً تمام نور جذب شده به نور مرئی در طول فرآیند انتشار نشان می‌دهد.
برای نشان دادن قابلیت تنظیم رنگ و درخشندگی این ماده به عنوان یک تابشگر OLED، محققان نمونه اولیه نمایشگر لایه نازک را از جوهر کامپوزیت ساختند. در یک نتیجه هیجان انگیز، آنها دریافتند که این ماده برای نمایشگرهای الکترونیکی قابل برنامه ریزی مناسب است.
” الفبای فیلم ژو گفت که به عنوان یک مثال قانع‌کننده است که کاربرد لایه‌های نازک تابشی را به‌عنوان یک جوهر فوق مولکولی در ایجاد نمایشگرهایی با سوئیچ سریع نشان می‌دهد.
آزمایش‌های اضافی در دانشگاه کالیفرنیا برکلی نشان داد که جوهر فوق مولکولی با فناوری‌های چاپ سه بعدی، مانند طراحی نورپردازی تزئینی OLED، نیز سازگار است.
زو اضافه کرد که سازندگان همچنین می توانند از جوهر سوپرامولکولی برای تولید دستگاه های پوشیدنی یا لباس های با تکنولوژی بالا که برای ایمنی در شرایط کم نور می درخشند، یا دستگاه های پوشیدنی که اطلاعات را از طریق ساختارهای ساطع کننده نور فوق مولکولی نمایش می دهند، استفاده کنند.
جوهر فوق مولکولی نمایش دیگری توسط آزمایشگاه Peidong Yang از مواد پایدار جدید است که می تواند تولید نیمه هادی های مقرون به صرفه و کم مصرف را امکان پذیر کند. سال گذشته، یانگ و تیمش گزارش جدیدی را گزارش کردند.جوهر چند عنصری– اولین نیمه هادی با آنتروپی بالا که می تواند در دمای پایین یا اتاق پردازش شود.
ترکیبات جوهر فوق مولکولی با پایداری و ماندگاری نشان‌داده‌شده‌شان، می‌توانند به پیشرفت تجاری پروسکیت‌های هالید یونی، یک ماده خورشیدی لایه نازک که صنعت نمایش برای دهه‌ها به آن توجه داشته است، کمک کند. پروسکایت هالید یونی با سنتز محلول در دمای پایین خود به طور بالقوه می توانند فرآیندهای تولید ارزان تری را برای تولید نمایشگرها فعال کنند. اما پروسکایت هالید با کارایی بالا حاوی عنصر سرب است که برای محیط زیست و سلامت عمومی خطرناک است. در مقابل، جوهر فوق مولکولی جدید – که متعلق به خانواده پروسکایت هالید یونی است – فرمول بدون سرب را بدون به خطر انداختن عملکرد ارائه می دهد.
اکنون که آنها با موفقیت پتانسیل جوهر فوق مولکولی را در لایه های نازک OLED و الکترونیک چاپ سه بعدی نشان داده اند، اکنون محققان در حال بررسی پتانسیل الکترولومینسانس این ماده هستند. ژو گفت: “این شامل تحقیقات هدفمند و تخصصی در مورد اینکه مواد ما چقدر می توانند با استفاده از تحریک الکتریکی نور ساطع کنند، می شود.” “این مرحله برای درک پتانسیل کامل مواد ما برای ایجاد دستگاه های کارآمد ساطع کننده نور ضروری است.”
سایر نویسندگان مطالعه عبارتند از: جیانبو جین (همکار)، ژن وانگ، ژنپنگ ژو، ماریا سی. فولگوئراس، یوشین جیانگ، کان بی اوزوندال، هان کی دی لی، فنگ وانگ و شیائیو (راین) ژنگ.
این کار توسط دفتر علوم وزارت نیرو پشتیبانی شد.
این فناوری برای صدور مجوز یا تحقیقات مشترک از طریق آزمایشگاه برکلی در دسترس است دفتر مالکیت معنوی. مخاطب [email protected] برای اطلاعات بیشتر.
###
آزمایشگاه ملی لارنس برکلی (آزمایشگاه برکلی) متعهد به ارائه راه حل هایی برای بشریت از طریق تحقیقات انرژی پاک، سیاره ای سالم و اکتشافات علمی است. آزمایشگاه برکلی و دانشمندانش در سال 1931 با این باور که بزرگترین مشکلات به بهترین وجه توسط تیم ها حل می شود، تأسیس شد و برنده 16 جایزه نوبل شده است. محققان از سراسر جهان برای تحقیقات پیشگامانه خود به امکانات علمی در سطح جهانی آزمایشگاه متکی هستند. آزمایشگاه برکلی یک آزمایشگاه ملی چند برنامه ای است که توسط دانشگاه کالیفرنیا برای دفتر علوم وزارت انرژی ایالات متحده اداره می شود.
دفتر علوم DOE بزرگترین حامی تحقیقات پایه در علوم فیزیکی در ایالات متحده است و برای رسیدگی به برخی از مهم ترین چالش های زمان ما کار می کند. برای اطلاعات بیشتر لطفا مراجعه کنید به Energy.gov/science.
