导语:该器件在拉伸至原尺寸200%的情况下,仍能保持稳定的高亮度发光,并实现了17%的外部量子效率。
费城德雷塞尔大学(Drexel University)与首尔大学的联合研究团队在《Nature》期刊发表最新成果,利用MXene纳米材料成功开发出一种新型OLED显示器。该器件在拉伸至原尺寸200%的情况下,仍能保持稳定的高亮度发光,并实现了17%的外部量子效率(EQE)。这一突破解决了长期制约柔性电子发展的“亮度-延展性”互斥难题,为下一代医疗级电子皮肤与软体机器人的交互界面提供了关键的显示层解决方案。
MXene重构柔性电极,打破脆性桎梏
在柔性电子领域,实现可弯曲(Flexible)与可拉伸(Stretchable)是两个维度的技术挑战。当前的折叠屏手机主要依赖于柔性基底的弯折,而一旦受到拉伸力,传统的电极材料――氧化铟锡(ITO)因其陶瓷般的脆性物理结构,极易发生断裂或导致发光层性能急剧下降。
此次德雷塞尔大学Yury Gogotsi团队与首尔大学Tae-Woo Lee团队的创新在于摒弃了传统的ITO电极,转而采用一种名为MXene的二维过渡金属碳化物纳米材料。
MXene材料具有类似金属的高导电性,同时由多层二维薄片构成。这种微观结构允许层与层之间发生相对滑动而不破坏导电网络,使其在大幅度形变下仍能维持电流传输。
通过将MXene与银纳米线(AgNWs)复合,构建了新型透明可拉伸电极。实验数据显示,该器件在拉伸至200%(即两倍长度)时,不仅未发生机械失效,反而通过优化电子注入层结构,将外部量子效率提升至17%。这一数据逼近了理论极限(约20%),且远超此前同类可拉伸器件的能效水平。
产业前景:医疗健康领域的隐形监护
这一技术的成熟将首先在医疗健康领域引发形态变革,推动可穿戴设备从佩戴式向贴附式演进。
当前的智能手表或手环,受限于刚性电池和屏幕组件,难以实现对人体复杂曲面(如关节、颈部)的无感贴合,导致生物信号采集存在噪点。MXene可拉伸OLED的出现,补齐了电子皮肤在信息反馈环节的短板。未来的健康监测贴片将不再需要蓝牙传输至手机查看数据,而是直接在皮肤表面显示实时心率、血氧或血糖趋势。
在康复医学中,贴附于受损肌肉或关节处的柔性显示器,可以实时呈现肌肉电信号(EMG)的活动强度,帮助患者进行可视化的康复训练。这种一体化设计符合精准医疗对数据实时性的极高要求。
产业前景:机器人与工业的人机共融界面
在工业4.0与具身智能(Embodied AI)的浪潮下,机器人的形态正从坚硬的机械臂转向具有触觉和柔性的仿生结构。
对于服务型机器人或协作机器人(Co-bot),刚性的显示屏限制了其外壳设计的自由度。可拉伸OLED可以作为机器人的发光皮肤,覆盖在非平面的机械结构表面,用于显示工作状态、表情交互或安全警示。
同时,该技术也为智能织物(Smart Textiles)的发展提供了极大的想象空间:高延展性使其能够被编织进纤维中。在工业防护服或特种作业服装中,嵌入式显示层可直接在袖口或胸前显示环境毒气读数、辐射水平等关键信息,解放作业人员的双手。
商业化挑战
尽管实验室数据令人振奋,但从工程化落地的角度审视,该技术走向大规模商业化仍需跨越两道门槛:
一是、 OLED有机材料对氧气和水分极度敏感。当前的刚性封装(玻璃/金属)无法拉伸,而柔性薄膜封装(TFE)在拉伸状态下的阻隔性能往往大幅下降。寻找一种既能阻隔水氧又能随器件同步拉伸的封装材料,是产业链上下游(如3M、康宁等材料巨头)亟需攻克的下一课题。
二是、寿命与稳定性扔有待评估。 在反复的高频拉伸(如人体关节运动)场景下,MXene层的导电稳定性以及发光像素的均一性(避免图像扭曲)仍需长周期的可靠性验证。
艾瑞视点
MXene可拉伸OLED的问世,标志着显示技术正从平面视窗向泛在界面跨越。对于显示面板厂商(如BOE、LG Display)而言,很可能是高附加值材料产业链(MXene合成与应用)的一次洗牌机会。在十五五规划强调新材料与智能终端融合的背景下,此类具备核心知识产权的柔性电子技术,将成为未来三到五年科技产业值得关注的重点。