Elektroda.pl
Elektroda.pl
X

Search our partners

Find the latest content on electronic components. Datasheets.com
Elektroda.pl
Please add exception to AdBlock for elektroda.pl.
If you watch the ads, you support portal and users.

Elastyczny wyświetlacz do elektroniki w dowolnym kształcie

ghost666 05 Apr 2022 09:15 462 0
IGE-XAO
  • Elastyczny wyświetlacz do elektroniki w dowolnym kształcie
    Zhitao Zhang z elastyczną folią emitującą
    światło z logo uniwersytetu Stanforda
    na palcu. Pokazuje to, jak folia może
    wytrzymać zginanie i marszczenie.
    Nikt nie wyobraża sobie zgniecenia swojego smartfona, telewizora czy innego urządzenia elektronicznego. Dzisiejsze wyświetlacze — płaskie, sztywne i delikatne — nie mają możliwości zmiany swojego kształtu tak, aby interaktywnie reagować na potrzeby użytkowników. W ramach dążenia do zbudowania: „inspirowanej skórą” elektroniki, która jest miękka i giętka, inżynier chemik z Uniwersytetu Stanforda Zhenan Bao i zespół badawczy opracowali wyświetlacz mający to zmienić. Teraz, po ponad trzech latach pracy, w nowym artykule opublikowanym 23 marca w prestiżowym czasopiśmie Nature pokazują oni wynik swoich wysiłków — rozciągliwy, potencjalnie możliwy do: „zgniecenia” wyświetlacz.

    Ich wynalazek opiera się na odkryciu metody wytwarzania elastycznego polimeru emitującego światło o wysokiej jasności, który działa jak włókno w żarówce. Powstały wyświetlacz jest wykonany w całości z ciągliwych polimerów — syntetycznych plastikowych materiałów. Urządzenie to ma maksymalną jasność co najmniej dwa razy większą niż typowy ekran w telefonie komórkowym i może być rozciągnięte do dwukrotności swojej pierwotnej długości bez rozrywania. „Plastyczne wyświetlacze mogą umożliwić nowy sposób interaktywnego interfejsu człowiek-maszyna” — zasugerowała profesor Bao pracująca w School of Engineering na uniwersytecie Stanforda. „Możemy zobaczyć obraz i wchodzić z nim w interakcję, przy czym wyświetlacz może się zmieniać zgodnie z naszą odpowiedzią”.

    Pouczające odkrycie

    Większość polimerów emitujących światło jest sztywna i pęka podczas rozciągania. Naukowcy mogą zwiększyć ich gibkość, dodając sprężyste materiały izolacyjne, takie jak guma. Jednakże te dodatki niestety zmniejszają przewodność elektryczną tworzywa, co z kolei wymaga od polimeru użycia niebezpiecznie wysokiego napięcia, aby wygenerować, nawet słabe światło. Redukuje to także możliwą do uzyskania intensywność.

    Około trzech lat temu członek zespołu Bao, realizujący w jej grupie staż postdoktorski, Zhitao Zhang odkrył, że żółty polimer o nazwie: „SuperYellow” nie tylko stał się miękki i giętki, ale także emitował jaśniejsze światło po zmieszaniu z rodzajem poliuretanu, rozciągliwego tworzywa sztucznego. „Jeśli dodamy poliuretan, zobaczymy, że SuperYellow tworzy nanostruktury” — wskazał Zhang, pierwszy autor wspominanej publikacji. „Są one naprawdę ważne. Powodują, że kruchy polimer jest rozciągliwy i zaczyna emitować jaśniejsze światło, ponieważ nanostruktury są połączone jak kabaretki”.

    W przeciwieństwie do dodawania gumy, połączona siatka włókien w nanoskali, które sprawiają, że SuperYellow jest sprężysty, nie hamuje przepływu prądu, co staje się kluczem do uzyskania jasnego wyświetlacza. Po tym odkryciu grupa stworzyła również elastyczne polimery emitujące światło w kolorze czerwonym, zielonym i niebieskim, korzystając z innych aktywnych kopolimerów.

    Elastyczny wyświetlacz do elektroniki w dowolnym kształcie
    Spontanicznie uformowane struktury z nanowłókien w różnych odcieniach w celu zwiększenia giętkości emitujących światło sprzężonych folii polimerowych (rysunek po lewej):
    a) Zarys samoistnie rozciągliwego APLED przymocowanego do ludzkiej skóry. Przedstawiono tam schematycznie strukturę plastycznego wyświetlacza APLED;
    b) Kompozycja chemiczna emitującego światło sprzężonego polimeru złożonego z SuperYelow (SY) i elastomeru — poliuretanu (PU);
    c) Schematyczna budowa jednorodnej warstwy emitującej światło SY/PU z równomiernie rozmieszczonymi strukturami nanowłókien zidentyfikowanymi za pomocą mikroskopu sił atomowych (AFM), profil głębokości XPS, kąta zwilżania i R-SoXS;
    d) Obraz fazowy z AFM dla folii SY/PU z 50% wagowym udziałem PU. Skala mierzy 100 nm;
    e, f) Profile R-SoXS warstw SY/PU o zwiększonych ilościach PU;
    g) Moduł Younga i odkształcenia uszkodzenia dla wolnostojących cienkich SY/PU określone techniką film-on-water;
    h) Reprezentatywne krzywe naprężenie-odkształcenie wolnostojących folii SY/PU ze zwiększonymi ilościami PU uzyskanymi metodą film-on-water. Wstawka: zdjęcie filmu SY/PU na wodzie przy naprężeniu 200%;
    i) Struktury chemiczne kopolimerów dla emisji kolorów: czerwonego, zielonego i niebieskiego;
    j) Krzywe naprężenia-odkształcenia dla folii emitujących światło w kolorze RGB otrzymanych techniką film-on-water dla folii wolnostojących. Czerwony polimer/PU (50% wagowo PU), zielony polimer/PU (60% wagowo PU), niebieski polimer/PU (50% wagowo PU);
    k) Zdjęcie fotoluminescencyjnego obrazu kliszy emitującej światło w kolorze RGB przymocowanej do ramienia;
    l–n) Schematy i fotografie obrazów fotoluminescencyjnych wzorzystej, emitującej światło folii polimerowej na palcu wytrzymującej różne odkształcenia.

    Układanie warstw

    Dzięki dostępnym obecnie rozciągliwym polimerom grupa mogła połączyć ze sobą pozostałe składniki wyświetlacza elektronicznego. „Wymyślenie odpowiednich materiałów do użycia było naprawdę trudne” — wyjaśnia Bao. „Elektronicznie muszą pasować do siebie, aby zapewnić nam wysoką jasność. Jednak muszą też mieć podobnie dobre właściwości mechaniczne, by wyświetlacz był giętki. I wreszcie, aby możliwe było jego wytworzenie, musieliśmy wymyślić sposób na ułożenie warstwy razem, tak, aby proces nie obniżył jasności powstałego urządzenia”.

    Ostateczny produkt zawiera w sobie siedem warstw. Dwie zewnętrzne mechanicznego podłoża, które otaczają sprzęt. A idąc do wewnątrz, znajdziemy tu dwie powłoki elektrod, po których występują te transportujące ładunek. Wreszcie w środku odkryjemy warstwę aktywną emitującą światło. Kiedy prąd przepływa przez wyświetlacz, jedna elektroda wprowadza ładunki dodatnie — zwane dziurami — do powłoki emitującej światło, podczas gdy druga umieszcza w niej, od przeciwległej strony, ujemnie naładowane nośniki — elektrony. Kiedy te dwa rodzaje ładunków spotykają się, łączą się i przechodzą w stan tzw. wzbudzenia energetycznego. Niemal natychmiast po tym, stan molekuł warstwy aktywnej wraca do normy, gdy para elektron-dziura rekombinuje, wytwarzając foton — cząsteczkę światła.

    Powstała całkowicie polimerowa folia może być przyklejona do ramienia czy też palca i nie pęka podczas zginania lub zaginania. Dzięki temu monitory do noszenia mogą mieć wyświetlacz bezpośrednio przymocowany do skóry. Bao dostrzega wiele dodatkowych potencjalnych zastosowań rozciągliwego wyświetlacza. Można go wykorzystać do tworzenia interaktywnych ekranów, które da się modyfikować, a nawet do budowania trójwymiarowych krajobrazów na elastycznej mapie. „Wyobraź sobie wyświetlacz, na którym możesz zarówno zobaczyć, jak i poczuć trójwymiarowy obiekt na ekranie” — powiedziała Bao. „Będzie to zupełnie nowy sposób interakcji z urządzeniami”.

    Źródło: https://techxplore.com/news/2022-03-stretchy-shapable-electronics.html

    Cool? Ranking DIY
    About Author
    ghost666
    Translator, editor
    Offline 
    Fizyk z wykształcenia. Po zrobieniu doktoratu i dwóch latach pracy na uczelni, przeszedł do sektora prywatnego, gdzie zajmuje się projektowaniem urządzeń elektronicznych i programowaniem. Od 2003 roku na forum Elektroda.pl, od 2008 roku członek zespołu redakcyjnego.
    ghost666 wrote 11093 posts with rating 9408, helped 157 times. Live in city Warszawa. Been with us since 2003 year.
  • IGE-XAO