Gängiger Kunststoffzusatz macht dehnbare OLED-Displays heller und elastischer
Forschungsergebnisse zeigen, dass ein alltäglicher Weichmacher die Effizienz und Dehnbarkeit von lichtemittierenden Polymerfolien steigern kann
Anzeigen
Die gleiche Klasse chemischer Zusatzstoffe, die Frischhaltefolie geschmeidig und Vinylbodenbeläge weich macht, könnte der Schlüssel zur Entwicklung der nächsten Generation tragbarer Displays sein. Forscher der Pritzker School of Molecular Engineering (UChicago PME) der University of Chicago haben entdeckt, dass die Beimischung eines gängigen Kunststoffweichmachers in lichtemittierende Polymerfolien diese sowohl heller als auch dehnbarer macht.
Die Arbeit, die von einem Bachelor-Studierenden der UChicago PME des Jahrgangs 2025 geleitet wurde, bietet eine überraschend einfache Lösung für eine der zentralen Herausforderungen in der Technologie dehnbarer OLEDs: lichtemittierende Materialien flexibel zu machen, ohne dabei ihre Lichtausbeute zu verringern.
„In der Vergangenheit haben wir versucht, alle möglichen komplizierten, neuen chemischen Strukturen für dehnbare Emitter zu entwickeln“, sagte Sihong Wang, außerordentlicher Professor für Molekulartechnik an der UChicago PME und leitender Autor der neuen Studie, die in „Nature Communications“ veröffentlicht wurde. „Diese Methode ist jedoch wirklich einfach: Man mischt einfach zwei Stoffe zusammen, von denen einer ein handelsübliches Additiv ist, das seit Jahrzehnten zur Erweichung von Alltags-Kunststoffen verwendet wird.“
Polymerketten auseinanderziehen
Ingenieure versuchen schon seit Langem, dehnbare organische Leuchtdioden (OLEDs) zu entwickeln – die insbesondere in tragbarer Elektronik, humanoiden Robotern und 3D-Displays im Allgemeinen nützlich sind. Für Wang sind dehnbare OLEDs Teil einer größeren Vision: einer Reihe von körperverträglichen elektronischen Bauteilen, die direkt am oder im Körper messen, rechnen und kommunizieren können. Sein Labor hat zu diesem Zweck dehnbare Computer-Patches und Biosensoren entwickelt, wobei helle, effiziente dehnbare Displays eine entscheidende Komponente darstellen. Allerdings war es bisher eine Herausforderung, bei diesen Materialien ein Gleichgewicht zwischen Helligkeit und hautähnlicher Weichheit herzustellen.
Wangs Labor hat zuvor an der Entwicklung dehnbarer TADF-Polymere (thermisch aktivierte verzögerte Fluoreszenz) gearbeitet, die weitaus effizienter sind als herkömmliche Emitter. Wenn diese Polymere jedoch in einer Folie dicht aneinander gepackt sind, können benachbarte Einheiten sich gegenseitig stören. Ihre Energien heben sich gegenseitig auf, bevor überhaupt Licht freigesetzt wird – ein Phänomen, das als Konzentrationslöschung bekannt ist.
Wang und seine Kollegen vermuteten, dass das Einfügen winziger physikalischer Zwischenräume zwischen den Polymeren dieses Löschungsproblem lösen könnte. Gleichzeitig könnte ein solcher physikalischer Zwischenraum zwischen den lichtemittierenden Polymerketten dazu beitragen, dass diese bei mechanischer Dehnung leichter aneinander vorbeigleiten – genau wie Weichmacher handelsübliche Polymere weicher machen.
Um diese Idee zu testen, griff der Student Glingna Wang auf Dioctylphthalat (DOP) zurück, einen Weichmacher, der bereits weit verbreitet in Alltags-Kunststoffen wie Vinyl zum Einsatz kommt.
„Andere Forschungsgruppen hatten bereits gezeigt, dass Weichmacher eine gewisse Dehnbarkeit verleihen können, aber noch niemand hatte zuvor den Einsatz von Weichmachern in lichtemittierenden Polymeren getestet“, sagte Glingna Wang.
Eine einfache Lösung mit enormen Auswirkungen
Die Ergebnisse überraschten das Forschungsteam. DOP machte die TADF-Filme nicht nur dehnbarer, sondern steigerte auch ihre Fluoreszenzleistung. Die Effizienz stieg von 60 % bei der unbehandelten Folie auf fast 100 % und näherte sich damit dem theoretischen Maximum. Gleichzeitig verbesserte sich die Dehnbarkeit der Folie dramatisch – von einer Rissbeginn-Dehnung von nur 5 % auf über 110 %.
Entscheidend ist, dass der Effekt nicht auf ein einziges Polymer beschränkt war. Als das Team vier weiteren TADF-Polymeren mit unterschiedlichen chemischen Strukturen DOP zusetzte, zeigten alle erhebliche Verbesserungen sowohl bei der Effizienz als auch bei der Dehnbarkeit. Diese breite Anwendbarkeit unterscheidet diesen Ansatz von herkömmlichen Strategien, die in der Regel für jedes neue Material eine maßgeschneiderte chemische Synthese erfordern.
„Wir haben eine potenziell breit anwendbare physikalische Methode gefunden, die bei verschiedenen Arten von polymerbasierten Emittern funktionieren könnte“, sagte Sihong Wang.
In funktionierenden OLED-Bauelementen führten die plastifizierten Folien zu einer Effizienzsteigerung von 35 % gegenüber Bauelementen, die ohne DOP hergestellt wurden.
Unter der Leitung einer Bachelor-Studentin
Glingna Wang, die nun ein Doktoratsstudium an der Northwestern University beginnt, sagte, dass sie bei ihrem Einstieg in das Wang-Labor nicht damit gerechnet habe, Erstautorin einer wissenschaftlichen Arbeit zu werden.
„Ich hatte nicht erwartet, als Bachelor-Studentin ein eigenständiges Projekt zu leiten“, sagte Glingna Wang. „Aber dank des großen Vertrauens und der Anleitung von Prof. Wang sowie des unterstützenden Umfelds in der Wang-Gruppe konnte ich nach und nach lernen, Probleme anzugehen und mich eigenständig mit konkreten Forschungsfragen auseinanderzusetzen.“
Sie fügte hinzu, dass diese Erfahrung sie gut auf das Doktoratsstudium vorbereitet habe, in dem sie sich weiterhin mit biomedizinischen Anwendungen der Elektronik beschäftigen wolle.
Am PME der UChicago arbeiten Sihong Wang und seine Kollegen weiterhin daran, die neuen Emitter in Display-Arrays zu integrieren, und untersuchen deren Einsatz in optischen Therapien und lichtbasierten biomedizinischen Geräten.
Hinweis: Dieser Artikel wurde mit einem Computersystem ohne menschlichen Eingriff übersetzt. LUMITOS bietet diese automatischen Übersetzungen an, um eine größere Bandbreite an aktuellen Nachrichten zu präsentieren. Da dieser Artikel mit automatischer Übersetzung übersetzt wurde, ist es möglich, dass er Fehler im Vokabular, in der Syntax oder in der Grammatik enthält. Den ursprünglichen Artikel in Englisch finden Sie hier.
Originalveröffentlichung
Weitere News aus dem Ressort Wissenschaft
