Creato un OLED capace di allungarsi più del doppio delle sue dimensioni originali

I ricercatori della Pritzker School of Molecular Engineering (PME) dell'Università di Chicago hanno creato un display OLED così flessibile da poter essere piegato a metà o allungato fino a più del doppio della sua lunghezza originale pur emettendo un motivo fluorescente.

Il materiale, di cui i ricercatori parlano su Nature Materials, potrebbe trovare applicazione in un'ampia gamma di scenari, dai dispositivi indossabili ai sensori per la salute, fino ai computer pieghevoli. Chiamato TADF-OLED per via dei polimeri che lo formano, questo materiale nasce dall'unione di "conoscenze da molti differenti settori per creare una tecnologia per display completamente nuova", ha spiegato Sihong Wang, assistente del professore di ingegneria molecolare Juan de Pablo.

"Questa è la classe di materiali di cui hai bisogno per essere finalmente in grado di sviluppare schermi veramente flessibili", ha aggiunto de Pablo. "Questo lavoro è davvero fondamentale e mi aspetto che permetterà di realizzare molte tecnologie a cui non abbiamo ancora pensato".

Sempre più schermi adottano la tecnologia OLED, basata sul confinamento di piccole molecole organiche tra conduttori. Il passaggio della corrente elettrica fa sì che le piccole molecole emettano una luce brillante, consentendo una visione dell'immagine migliore delle precedenti tecnologie e con consumi inferiori, dato che il nero è generato da pixel spenti.

Il problema per un'applicazione nell'elettronica flessibile è che i blocchi molecolari fondanti degli OLED hanno forti legami chimici e strutture rigide. "I materiali usati attualmente nei migliori display OLED sono molto fragili; non hanno alcuna elasticità", ha detto Wang. "Il nostro obiettivo era creare qualcosa che mantenesse l'elettroluminescenza dell'OLED ma con polimeri elastici".

Wang e de Pablo sapevano cosa serviva per infondere elasticità nei materiali - lunghi polimeri con catene molecolari pieghevoli - e anche quali strutture molecolari erano necessarie affinché un materiale organico emettesse luce in modo molto efficiente. Perciò hanno deciso di creare nuovi polimeri che integrassero entrambe le proprietà.

"Siamo stati in grado di sviluppare modelli atomici dei nuovi polimeri di interesse e, con questi modelli, abbiamo simulato cosa succede a queste molecole quando le tiri e provi a piegarle", ha spiegato de Pablo. "Ora che comprendiamo queste proprietà a livello molecolare, abbiamo una struttura per progettare nuovi materiali con flessibilità e luminescenza ottimizzati".

Forti di previsioni computazionali per nuovi polimeri elettroluminescenti flessibili, i ricercatori hanno costruito diversi prototipi. Proprio come previsto dal modello, i materiali erano flessibili, estensibili, luminosi, durevoli ed efficienti dal punto di vista energetico.

Una caratteristica chiave del loro design era l'uso della "fluorescenza ritardata attivata termicamente", che consente ai materiali di convertire l'energia elettrica in luce in modo altamente efficiente. Questo meccanismo permette di avere materiali con prestazioni pari alle tecnologie OLED commerciali. 

I materiali pieghevoli che emettono luce possono essere usati non solo per visualizzare informazioni, ma integrati in sensori indossabili che richiedono luce. I sensori che misurano l'ossigenazione del sangue e la frequenza cardiaca, ad esempio, in genere emettono una luce attraverso i vasi sanguigni per rilevare il flusso sanguigno.

Wang ritiene che un materiale luminoso pieghevole potrebbe trovare applicazione anche nel settore dei dispositivi impiantabili, come quelli che usano la luce per controllare l'attività dei neuroni nel cervello (optogenetica, attualmente usata solo negli esperimenti sugli animali per comprendere meglio il cervello e le malattie cerebrali).

In futuro i ricercatori di Chicago hanno intenzione di sviluppare nuove iterazioni del display, integrando colori aggiuntivi nella fluorescenza (attualmente può visualizzare solo due colori verde e bianco) e migliorando l'efficienza e le prestazioni. "L'obiettivo è raggiungere lo stesso livello di prestazioni delle tecnologie commerciali esistenti", ha affermato Wang.