斯坦福大学的研究人员开发出用于可穿戴显示器的弹性发光聚合物

作为构建柔软而有弹性的“皮肤启发”电子产品的总体追求的一部分……

张志涛的指节上戴着带有斯坦福标志的柔性发光薄膜。这显示了薄膜如何能够承受弯曲和起皱。 (图片来源:鲍氏集团研究室张志涛和赖建成)

没有人会想像弄皱他们的智能手机、电视或其他电子设备。今天的显示器——扁平、僵硬和脆弱——缺乏重塑以交互响应用户的能力。

斯坦福大学化学工程师鲍哲南和她的研究团队一直在开发一种显示器来改变这种情况,作为构建柔软而有弹性的“仿皮肤”电子产品的总体追求的一部分。现在,经过三年多的工作,他们在 3 月 23 日发表在 自然.

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他们的发明取决于发现了一种生产高亮度弹性发光聚合物的方法,该聚合物的功能类似于灯泡中的灯丝。该小组的最终显示器完全由弹性聚合物——合成塑料材料制成。据报道,该设备的最大亮度至少是手机的两倍,并且可以拉伸到原来长度的两倍而不会撕裂 麦肯齐·普里拉曼 in Stanford News.

“可伸缩显示器可以提供一种新的交互式人机界面方式,”该论文的高级作者、工程学院李国光教授鲍说。 “我们可以看到图像并与之交互,然后显示可以根据我们的反应而改变。”

一个启发性的发现

大多数发光聚合物在拉伸时是僵硬的和破裂的。科学家可以通过添加弹性绝缘材料(例如橡胶)来增加它们的灵活性。但是这些添加剂会降低导电性,这需要聚合物使用危险的高电压来产生甚至昏暗的光。

然而,大约三年前,博士后学者张志涛发现,一种名为 SuperYellow 的黄色发光聚合物与一种弹性塑料聚氨酯混合后,不仅变得柔软柔韧,而且发出更亮的光。

“如果我们添加聚氨酯,我们会看到 SuperYellow 形成纳米结构,”该研究的第一作者张说。 “这些纳米结构非常重要。它们使脆性聚合物具有可拉伸性,并使聚合物发出更亮的光,因为纳米结构像鱼网一样连接在一起。”

与添加橡胶不同,使 SuperYellow 具有弹性的纳米级纤维互连网不会抑制电流 - 这是开发明亮显示器的关键。在这一发现之后,该小组还创造了弹性红色、绿色和蓝色发光聚合物。

图片来源:Andrew Brodhead(斯坦福大学)

堆叠图层

现在有了可拉伸的发光聚合物,该小组需要将电子显示器的其余成分层叠在一起。

“找出合适的材料使用真的很有挑战性,”鲍解释说。 “在电子方面,它们必须相互匹配才能为我们提供高亮度。但是,它们还需要具有类似的良好机械性能,以使显示器具有可拉伸性。最后,为了制造,智涛必须想办法把这些层堆叠在一起,这样这个过程就不会降低亮度。”

最终显示包含七层。两个外层是封装器件的两个基板。向内移动的是两个电极层,每个电极层后面都是电荷传输层。最后,发光层夹在中间。

当电流通过显示器时,一个电极将正电荷(称为空穴)注入发光层,而另一个电极将带负电荷的电子注入其中。当这两种电荷相遇时,它们结合并进入能量激发状态。几乎紧接着,状态通过产生一个光子(一种光粒子)恢复正常。

得到的全聚合物薄膜可以粘附在手臂或手指上,并且在弯曲或弯曲过程中不会撕裂。这将允许可穿戴追踪器将其显示器直接连接到皮肤上。

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Bao 看到了可拉伸显示器的多种其他潜在用途。它可以用来制作可变形的交互式屏幕,甚至可以在地图上形成三维景观。

“想象一个显示器,你可以在屏幕上看到和感觉到三维物体,”鲍说。 “这将是一种全新的远程互动方式。”

山姆·德雷珀
2022 年 4 月 12 日

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