Oleds zonder zeldzame metalen binnen bereik (video)

Een onderzoeksteam heeft een ‘supramoleculaire inkt’ gemaakt van goedkope overvloedig aanwezige elementen, die zeldzame, dure metalen kan vervangen in organische lichtgevende diodes (Oleds).

Dit zou betaalbare en ecologisch duurzamere platte beeldschermen en elektronische apparaten binnen bereik kunnen brengen.

“Door edele metalen te vervangen door materialen die overvloedig aanwezig zijn op aarde, zou onze supramoleculaire inkttechnologie een game changer kunnen zijn voor de Oled-display-industrie”, zegt hoofdonderzoeker Peidong Yang (Berkeley Lab). “Wat nog spannender is, is dat de technologie haar bereik ook zou kunnen uitbreiden naar organische printbare films voor de vervaardiging van draagbare apparaten, maar ook naar lichtgevende kunst en beeldhouwkunst.”

Oled’s zijn lichter, dunner, verbruiken minder energie en hebben een betere beeldkwaliteit dan andere flatpaneltechnologieën. Dat komt omdat Oleds kleine organische moleculen bevatten die direct licht uitstralen, waardoor er geen extra achtergrondverlichtingslaag nodig is die te vinden is in een liquid crystal display (LCD). Oleds kunnen echter zeldzame, dure metalen zoals iridium bevatten. Maar met het nieuwe materiaal – dat het Berkeley Lab-team onlangs beschreef in een nieuwe studie gepubliceerd in het tijdschrift Science – zouden fabrikanten van elektronische beeldschermen mogelijk een goedkoper fabricageproces kunnen toepassen.

Het nieuwe materiaal bestaat uit poeders met hafnium (Hf) en zirkonium (Zr) die bij lage temperaturen – van kamertemperatuur tot zo’n 80 graden Celsius – in oplossing kunnen worden gemengd om een halfgeleider-‘inkt’ te vormen.

Near-unity efficient

Kleine moleculaire ‘bouwsteen’-structuren in de inkt assembleren zichzelf in een oplossing – een proces dat de onderzoekers supramoleculaire assemblage noemen. Co-eerste auteur Cheng Zhu: “Deze supramoleculaire structuren zorgen ervoor dat het materiaal bij lage temperaturen een stabiele en zeer zuivere synthese kan bereiken.”

In spectroscopie-experimenten bleken de inktcomposieten zeer efficiënte emitters van blauw en groen licht. Daaropvolgende optische experimenten onthulden dat de blauw- en groen-emitterende supramoleculaire inktverbindingen vertonen wat wetenschappers ‘near-unity quantum efficiency’ noemen. Zhu: “Dit demonstreert hun uitzonderlijke vermogen om tijdens het emissieproces bijna al het geabsorbeerde licht om te zetten in zichtbaar licht.”

De kleurafstembaarheid en luminescentie van het materiaal als Oled-emitter zijn aangetoond, evenals de geschiktheid ervan voor programmeerbare elektronische displays. De supramoleculaire inkt is compatibel met 3D-printtechnologieën zoals voor het ontwerp van decoratieve Oled-verlichting.

Zhu: “De supramoleculaire inkt zou ook kunnen dienen voor het vervaardigen van draagbare apparaten of hightech kleding die verlicht voor de veiligheid bij weinig licht, of draagbare apparaten die informatie weergeven via de supramoleculaire lichtgevende structuren.”