Un écran extensible pour des appareils électroniques façonnables

Un écran extensible pour des appareils électroniques façonnables

Zhitao Zhang porte le film flexible émettant de la lumière, avec un logo de Stanford, sur l’articulation de son doigt. Cela montre comment le film peut résister à la flexion et au froissement. Crédit : Zhitao Zhang et Jiancheng Lai du laboratoire de recherche du groupe Bao

Personne n’imaginerait jamais froisser son smartphone, sa télévision ou un autre appareil électronique. Les écrans d’aujourd’hui, qui sont plats, rigides et fragiles, n’ont pas la capacité de se remodeler pour répondre de manière interactive aux utilisateurs.

Dans le cadre d’une quête globale visant à créer des appareils électroniques “inspirés de la peau” qui sont doux et extensibles, l’ingénieur chimiste de l’Université de Stanford Zhenan Bao et son équipe de recherche ont développé un écran pour changer cela. Maintenant, après plus de trois ans de travail, ils montrent la preuve de principe vers un affichage extensible et potentiellement remodelable dans un nouvel article publié le 23 mars dans Nature.

Leur invention repose sur la découverte d’une méthode pour produire un polymère électroluminescent élastique à haute luminosité, qui fonctionne comme un filament dans une ampoule. L’affichage résultant du groupe est entièrement composé de polymères extensibles, des matières plastiques synthétiques. L’appareil a une luminosité maximale au moins deux fois supérieure à celle d’un téléphone portable et peut être étiré jusqu’à deux fois sa longueur d’origine sans se déchirer.

“Les écrans extensibles peuvent permettre une nouvelle façon d’interface homme-machine interactive”, a déclaré Bao, professeur KK Lee à la School of Engineering et auteur principal de l’article. “Nous pouvons voir l’image et interagir avec elle, puis l’affichage peut changer en fonction de notre réponse.”

Une découverte éclairante

La plupart des polymères électroluminescents sont rigides et se fissurent lorsqu’ils sont étirés. Les scientifiques peuvent augmenter leur flexibilité en ajoutant des matériaux isolants élastiques, tels que le caoutchouc. Mais ces additifs diminuent la conductivité électrique, ce qui oblige le polymère à utiliser une tension dangereusement élevée pour générer une lumière même faible.

Il y a environ trois ans, cependant, le chercheur postdoctoral Zhitao Zhang a découvert qu’un polymère électroluminescent de couleur jaune appelé SuperYellow devenait non seulement doux et souple, mais émettait également une lumière plus brillante lorsqu’il était mélangé à un type de polyuréthane, un plastique extensible.

“Si nous ajoutons du polyuréthane, nous voyons SuperYellow former des nanostructures”, a déclaré Zhang, le premier auteur de l’étude. “Ces nanostructures sont vraiment importantes. Elles rendent le polymère fragile extensible, et elles font que le polymère émet une lumière plus brillante parce que les nanostructures sont connectées comme un filet de pêche.”

Contrairement à l’ajout de caoutchouc, le réseau interconnecté de fibres nanométriques qui rend le SuperYellow extensible n’inhibe pas le flux d’électricité, ce qui est essentiel pour développer un écran lumineux. Après cette découverte, le groupe a également créé des polymères élastiques émettant de la lumière rouge, verte et bleue.

Empiler les couches

Avec des polymères électroluminescents extensibles désormais disponibles, le groupe devait superposer les ingrédients restants d’un écran électronique.

“C’était vraiment difficile de trouver les bons matériaux à utiliser”, a expliqué Bao. “Électroniquement, ils doivent correspondre les uns aux autres pour nous donner une luminosité élevée. Mais ensuite, ils doivent également avoir de bonnes propriétés mécaniques similaires pour permettre à l’affichage d’être extensible. Et enfin, pour la fabrication, Zhitao a dû trouver un moyen de empiler les couches ensemble afin que le processus ne dégrade pas la luminosité.”

L’affichage final contient sept couches. Deux couches externes sont deux substrats qui encapsulent le dispositif. Se déplaçant vers l’intérieur se trouvent deux couches d’électrodes, chacune suivie de couches de transport de charge. Enfin, la couche électroluminescente est prise en sandwich au centre.

Lorsque l’électricité traverse l’écran, une électrode injecte des charges positives, appelées trous, dans la couche électroluminescente tandis que l’autre y injecte des électrons chargés négativement. Lorsque les deux types de charges se rencontrent, elles se lient et entrent dans un état énergétiquement excité. Presque immédiatement après, l’état revient à la normale en produisant un photon, une particule de lumière.

Le film tout polymère qui en résulte peut être collé sur un bras ou un doigt et ne se déchire pas lors de la flexion ou de la flexion. Cela permettra aux trackers portables d’avoir leur écran directement attaché à la peau.

Bao voit une variété d’utilisations potentielles supplémentaires pour un écran extensible. Il pourrait être utilisé pour produire des écrans interactifs remodelables ou même former des paysages en trois dimensions sur une carte.

“Imaginez un affichage où vous pouvez à la fois voir et sentir l’objet tridimensionnel sur l’écran”, a déclaré Bao. “Ce sera une toute nouvelle façon d’interagir les uns avec les autres à distance.”


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Plus d’information:
Zhenan Bao, LED extensible tout polymère haute luminosité avec dilution de piégeage de charge, Nature (2022). DOI : 10.1038 / s41586-022-04400-1. www.nature.com/articles/s41586-022-04400-1

Fourni par l’Université de Stanford

Citation: A stretchy display for shapable electronics (2022, 23 mars) récupéré le 23 mars 2022 sur https://techxplore.com/news/2022-03-stretchy-shapable-electronics.html

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