Никому и в голову не придет скомкать свой смартфон, телевизор или другое электронное устройство. Современные дисплеи — плоские, жесткие и хрупкие — не имеют возможности изменять форму, чтобы интерактивно реагировать на действия пользователей.
В рамках всеобъемлющего стремления создать мягкую и эластичную электронику, напоминающую кожу, инженер-химик из Стэнфордского университета Женан Бао и ее исследовательская группа разработали дисплей, который изменит эту ситуацию. Теперь, после более чем трех лет работы, они демонстрируют доказательство принципа растягиваемого, потенциально изменяемого дисплея в новой статье, опубликованной 23 марта в журнале Nature.
Их изобретение основано на открытии метода производства эластичного светоизлучающего полимера высокой яркости, который действует как нить накаливания в лампочке. Получившийся в результате дисплей группы полностью сделан из эластичных полимеров — синтетических пластиковых материалов. Устройство имеет максимальную яркость как минимум в два раза выше, чем у мобильного телефона, и его можно растянуть в два раза по сравнению с первоначальной длиной без разрыва.
«Растягивающиеся дисплеи могут обеспечить новый способ интерактивного интерфейса человек-машина», — сказал Бао, профессор К. К. Ли в Инженерной школе и старший автор статьи. «Мы можем видеть изображение и взаимодействовать с ним, а затем отображение может меняться в соответствии с нашей реакцией».
Яркое открытие
Большинство светоизлучающих полимеров жесткие и трескаются при растяжении. Ученые могут повысить их гибкость, добавив в них эластичные изоляционные материалы, такие как резина. Но эти добавки снижают электропроводность , что требует от полимера использования опасно высокого напряжения для получения даже тусклого света.
Однако около трех лет назад докторант Житао Чжан обнаружил, что светоизлучающий полимер желтого цвета под названием SuperYellow не только становится мягким и податливым, но и излучает более яркий свет при смешивании с полиуретаном, эластичным пластиком.
«Если мы добавим полиуретан, мы увидим наноструктуры SuperYellow», — сказал Чжан, первый автор исследования. «Эти наноструктуры действительно важны. Они делают хрупкий полимер эластичным и заставляют полимер излучать более яркий свет, потому что наноструктуры связаны как рыболовная сеть».
В отличие от добавления резины, взаимосвязанная сеть наноразмерных волокон, которые делают SuperYellow эластичным, не препятствует потоку электричества, что является ключом к созданию яркого дисплея. После этого открытия группа также создала эластичные полимеры , излучающие красный, зеленый и синий свет.
Укладка слоев
Теперь, когда появились растяжимые светоизлучающие полимеры, группе нужно было сложить вместе оставшиеся компоненты электронного дисплея.
«Было действительно сложно определить, какие материалы использовать», — объяснил Бао. «С точки зрения электроники они должны соответствовать друг другу, чтобы обеспечить высокую яркость. Но также они должны иметь такие же хорошие механические свойства, чтобы дисплей можно было растягивать. И, наконец, для изготовления Zhitao пришлось найти способ сложите слои вместе, чтобы процесс не ухудшил яркость».
Окончательный дисплей содержит семь слоев. Два внешних слоя — это две подложки, которые инкапсулируют устройство. Внутрь движутся два электродных слоя, за каждым из которых следуют слои, переносящие заряд. Наконец, светоизлучающий слой находится в центре.
Когда электричество проходит через дисплей, один электрод вводит положительные заряды, называемые дырками, в светоизлучающий слой, а другой вводит в него отрицательно заряженные электроны. Когда два типа зарядов встречаются, они соединяются и переходят в энергетически возбужденное состояние . Почти сразу после этого состояние возвращается к норме, производя фотон — частицу света.
Полученная полностью полимерная пленка может быть приклеена к руке или пальцу и не рвется при сгибании или сгибании. Это позволит носимым трекерам напрямую прикреплять свой дисплей к коже.
Бао видит множество дополнительных потенциальных применений для растягивающегося дисплея. Его можно использовать для создания изменяемых интерактивных экранов или даже для создания трехмерных ландшафтов на карте.
«Представьте себе дисплей , на котором вы можете одновременно видеть и чувствовать трехмерный объект на экране», — сказал Бао. «Это будет совершенно новый способ удаленного взаимодействия друг с другом».
Теги: гибкий, дисплей, Новости Hi-Tech, полимеры
