```html
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 Autorë: 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 Jaeho Lee Tae-Hee Han Min-Ho Park Dae Yool Jung Jeongmin Seo Hong-Kyu Seo Hyunsu Cho Eunhye Kim Jin Chung Sung-Yool Choi Taek-Soo Kim Tae-Woo Lee Seunghyup Yoo Abstrakt Diode organike emetuese të dritës (OLED) bazuar në grafenë janë shfaqur kohët e fundit si një element kyç thelbësor në ekranet dhe ndriçimin e gjeneratës së ardhshme, kryesisht për shkak të premtimit të tyre për burime drite shumë fleksibël. Megjithatë, efikasiteti i tyre ka qenë, në rastin më të mirë, i ngjashëm me atë të homologëve konvencionalë, bazuar në oksid plumbi-tenë (ITO). Ne këtu propozojmë një strukturë ideale elektrore bazuar në një ndërveprim sinergjik të shtresave TiO2 me indeks të lartë dhe shtresave injektuese të vrimave me indeks të ulët që vendosen në mes të elektrodave grafenë, gjë që rezulton në një situacion ideal ku përforcimi nga rezonanca e kavitetit maksimizohet ndërsa humbja ndaj plazmon polaritonit të sipërfaqes (SPP) pakësohet. Qasja e propozuar çon në OLED që shfaqin efikasitet kuantik të jashtëm ultra të lartë prej 40.8 dhe 62.1% (64.7 dhe 103% me një lente gjysëm-globale) për pajisjet me një dhe shumë lidhje, respektivisht. OLED-të e bëra në plastike me ato elektroda janë të lakueshme përsëri në një rreze prej 2.3 mm, pjesërisht për shkak të shtresave TiO2 që i rezistojnë tendosjes f existuese deri në 4% përmes forcimit të devijimit të çarjes. Hyrje Avantazhet e formës si fleksibiliteti dhe shtrirja kanë sjellë diodat organike emetuese të dritës (OLED) vëmendje të madhe për përdorim në pajisjet e reja si ekrane të mbushura, të rrotullueshme ose të palosshme që kërkojnë lëvizshmëri, deformueshmëri dhe/ose zgjerueshmëri , . Megjithatë, realizimi i plotë i një potenciali të tillë nuk është trivial dhe kërkon përpjekje të konsiderueshme në aspekte të ndryshme si zhvillimi i teknologjive të transistorëve me film të hollë me temperaturë të ulët dhe/ose inkapsulim fleksibël . Një aspekt tjetër i rëndësishëm për t'u marrë parasysh për ekranet shumë fleksibël është gjetja e elektrodave transparente (TE) që mund të zëvendësojnë elektrodat e oksidit të Indium-Tenë (ITO), të cilat zakonisht vuajnë nga fleksibiliteti i kufizuar dhe çështjet e mundshme të kostos të lidhura me kërkesën e lartë dhe/ose furnizimin jo të qëndrueshëm . Në këtë drejtim, janë propozuar disa lloje elektrodash transparente fleksibël si nano-telat metalike, materialet bazuar në karbon (p.sh., nanotuba karboni ose grafenë) dhe rrjetet metalike të kombinuara me lloje të tjera të TE për OLED-et , , , , , . Midis tyre, grafeni—një fletë atomikisht e hollë e atomeve të karbonit të hibridizuar sp2—është konsideruar premtues sepse kombinimi unik i hollësisë së tij dhe karakteristikave superiore elektrike pritet të lejojë elektroda transparente ideale që kanë mjegull optike të ulët ose aspak, topologji sipërfaqësore të lëmuar që parandalon shkurtimet elektrike të shkaktuara nga ashpërsia dhe degradimin, transmetim të lartë, rezistencë të ulët fushore dhe një gradë të lartë fleksibiliteti në të njëjtën kohë , . Përgatitja e lehtë e grafenit me cilësi të lartë në substrate plastike të shkallës së gjerë është demonstruar kohët e fundit për elektroda transparente me metoda të pajtueshme me prodhimin masiv nga sektorët industrialë, duke treguar jetëgjatësinë e tyre praktike , . Si grafeni me një shtresë (SLG) ashtu edhe ai me shtresa të shumta (MLG) janë treguar se kanë performancë adekuate për TE në OLED , . Në veçanti, OLED të efektshme bazuar në grafenë janë arritur me ndihmën e shtresave injektuese të vrimave (HILs) të përdorura për të kapërcyer funksionin relativisht të ulët të tyre të punës, i cili dihet të jetë rreth 4.5 eV. Shtresa të tilla injektuese përfshijnë polimerë përçues me veti elektronike gradienti të quajtur HIL gradient i vetë-organizuar (GraHIL) , dhe shtresa tampon MoO3 të holla të kombinuara me polimerë përçues të poli(3,4-etilendioksitiofen): polistiren sulfonate (PEDOT:PSS) . Megjithatë, efikasiteti i energjisë dhe efikasiteti kuantik i jashtëm (EQE) i këtyre OLED-eve bazuar në grafenë të gjendjes së artit ishin ende në nivelin e OLED-eve bazuar në ITO, nëse nuk përdorej një lente gjysëm-globale e trashë për përforcimin e daljeve . Sigurimi i efikasitetit më të lartë të mundshëm është veçanërisht i rëndësishëm për ekranet fleksibël të aplikuar në aplikime shumë portative ose të mbushura, pasi ato shpesh duhet të mbështeten në bateri me kapacitet energjie mjaft të kufizuar për shkak të kufizimeve në madhësi, peshë ose formë. Kjo kërkon zhvillimin e një arkitekture pajisjeje që mund të maksimizojë efikasitetin e OLED-eve bazuar në grafenë. Një sfidë kryesore është zhvillimi i një strukture ose metodologjie për të nxjerrë në pah potencialin e tyre të plotë optik, por duke ruajtur përfitimet e grafenit në forma sa më shumë të jetë e mundur. 1 2 3 4 4 5 6 7 8 9 10 11 11 12 13 14 13 14 14 Për këtë qëllim, ne eksplorojmë një arkitekturë të thjeshtë elektrore bazuar në shtresa TiO2 me indeks të lartë dhe HIL me indeks të ulët që vendosen në mes të elektrodave grafenë. Me dizajnin optik që shfrytëzon plotësisht bashkëpunimin sinergjik midis shtresave me indeks të lartë dhe të ulët që kontrollojnë si përforcimin e rezonancës së kavitetit ashtu edhe humbjen ndaj plazmon polaritonit të sipërfaqes (SPP), OLED-ët bazuar në grafenë të propozuar shfaqin EQE ultra të lartë që është e paprecedentë në ato që përdorin grafenë si elektrodë transparente. Për më tepër, zbulohet rezistenca jo zakonisht e lartë e TiO2 ndaj tendosjes f existuese, e cila mundëson OLED-e plastike që janë jo vetëm efikase, por edhe shumë fleksibël. Rezultatet Dizajni optik i OLED-eve bazuar në grafenë me efikasitet të lartë Efikasiteti i OLED-eve është i kufizuar përfundimisht nga një efikasitet i kufizuar i daljeve që zakonisht është rreth 20% në rastin më të mirë për pajisjet me emetues izotropikë. Midis skemave të ndryshme të përforcimit të daljeve të propozuara deri më sot , një metodë bazuar në rezonancën e mikro-kavitetit ka avantazhe në atë që ruan një gjeometri planare pa përdorur ndonjë strukturë mikro/nano ose strukturë lenti, kështu që OLED-ët e bëra prej tyre nuk i nënshtrohen shkurtimeve elektrike dhe artefakteve optike jo të favorshme për aplikimin e ekranit (p.sh., turbullim, difraksion e kështu me radhë), por mund të shfaqin ngjyra primare të kuqe (R), jeshile (G), blu (B) shumë të pastra, të ngopura me efikasitet të përforcuar , . Me një efekt mikro-kaviteti të dobët por ende të rëndësishëm, OLED-ët bazuar në ITO gjithashtu mund të optimizohen për efikasitet maksimal, pa shkaktuar ndonjë mjegull optike ose turbullim, thjesht duke rregulluar trashësinë e shtresave ITO; në këtë skemë, dizajni i kavitetit të rendit të parë, 3 /4, ku   i referohet gjatësisë së valës, arrihet me fundin e hapur të modalitetit të kavitetit të vendosur në ndërfaqen ITO/substrat , . Në rastin e OLED-eve pa ITO, bazuar në grafenë, megjithatë, elektrodat grafenë nuk mund të bëhen aq të trasha sa për të kontrolluar gjatësinë e kavitetit, gjë që e bën sfiduese për të rritur efikasitetin me efektin e rezonancës . 15 16 17 λ λ 18 19 20 Si masë alternative, mund të vendoset një shtresë e hollë me indeks të lartë refraktiv ( H) nën shtresat grafenë siç tregohet në    në mënyrë të ngjashme me elektrodat metalike të holla të mbuluara me dielektrik , , , . Për shkak se drita mund të kalojë nëpër grafenë me diferencë të vogël fazore për shkak të hollësisë së brendshme të një elektrore grafeni, dizajni 3 /4 i kavitetit mund të arrihet lehtësisht, për shembull, me trashësinë optike të shtresave organike plus injektuese dhe shtresën me indeks të lartë refraktiv të vendosur në afërsisht 2 /4 dhe  /4, respektivisht (  ). Në veçanti, shtresa me indeks të lartë ' /4 e trashë' funksionon gjithashtu si një pasqyrë dielektrike pa metal që mundëson reflektancë të konsiderueshme nga montimi i elektrodës së poshtme ( bot) për dritën që bie nga shtresat organike, siç mund të konfirmohet në grafet e treguara në fund të  . Kjo ofron mundësi për OLED-et bazuar në grafenë për të rritur efikasitetin e tyre përmes efektit të rezonancës, gjë që ndryshe nuk do të ishte e mundur. Tregohet se  bot dhe përforcimi shoqërues i rezonancës rriten me  H (  ). Indeksi i lartë refraktiv është gjithashtu i dobishëm në drejtim të fleksibilitetit sepse trashësia optike e synuar ( H H) mund të arrihet me trashësi fizike të ulët  H, dhe sepse çarja e shkaktuar nga lakimi e një filmi të caktuar zakonisht formohet në një tendosje fillestare më të ulët me trashësi fizike më të madhe . Një shtresë e suksesshme me indeks të lartë në këtë skemë duhet pra të ketë  H sa më të madh të jetë e mundur. Për më tepër, ajo duhet të jetë transparente, dhe mbi të gjitha, nuk duhet të dëmtohet nga procesi i dhënë i transferimit të grafenit. Midis kandidatëve të ndryshëm, një shtresë TiO2 e spërkatur është transparente në një gamë spektrale të dukshme dhe ka një indeks të lartë relativisht refraktiv ( =2.5). Ndryshe nga shtresat e tjera me indeks të lartë që provuam, shtresa TiO2 rezulton të ketë qëndrueshmëri kimike rezistente ndaj proceseve të transferimit të grafenit që përdorin tretës, si acetoni ose alkooli izopropilik (IPA), duke lejuar formimin e një elektrore grafeni me cilësi të lartë mbi të (  ). n Fig. 1a 17 20 21 22 λ λ λ Fig. 1b λ R Fig. 1c,d R n Figurë Plotësuese 1 n d d 23 n n Figurë Plotësuese 2   ( ) Strukturë skematike e pajisjes së OLED-eve të propozuara. ( ) Shpërndarja e intensitetit të fushës elektromagnetike (vija të ndërprera) të OLED-eve nën studim për dizajnin e tyre përkatës të kavitetit të rendit të parë. Shpërndarja e intensitetit të fushës së OLED-eve bazuar në grafenë pa TiO2 gjithashtu tregohet për krahasim për rastin kur vlerat e trashësisë së shtresave organike janë të njëjta si ato të OLED-eve me TiO2 por pa HIL me indeks të ulët. ( , ) Efikasiteti maksimal kuantik i jashtëm i llogaritur ( EQE) i OLED-eve bazuar në grafenë me nën-shtresë TiO2 si funksion i trashësisë së TiO2 dhe shtresës organike ( TiO2 dhe  org, respektivisht). Vizat e ndërprera tregojnë vija konture për  EQE prej 10, 20, 30 ose 40% siç tregohet në grafik. ( ) Pa një HIL me indeks të ulët; ( ) me GraHIL si një HIL me indeks të ulët. Në fund të secilit rast, reflektanca ( bot) nga montimi i elektrodës së poshtme (TiO2/graphene/(HIL)) si një e tërë paraqitet si funksion i  TiO2 për dritën që bie nga shtresat organike. a b c d η d d η c d R d Vlen të theksohet se një strukturë mikro-kaviteti i rendit më të lartë (p.sh., rendi i dytë, kavitet 5 /4) bazuar në një grumbull organik të trashë mund të jetë gjithashtu e mundur. Në këtë punë, megjithatë, dizajni i kavitetit të rendit të parë u zgjodh fillimisht sepse rezulton në një efekt Purcell më të fortë dhe më pak moda vale sesa dizajni i rendit më të lartë, duke çuar përfundimisht në efikasitet daljeje dhe EQE më të lartë , . Sfidat ende mbeten për dizajnin e kavitetit të rendit të parë sepse vendndodhja ideale e një zone emetuese është e kufizuar në antenën e parë nga ndërfaqja organik/metal, duke e bërë të vështirë reduktimin e modave SPP përmes një distance më të gjatë emetues-metal , . Një metodë alternative e përdorur zakonisht për reduktimin e SPP është përfshirja e strukturave të brendshme me onde ose korrugime , por toleranca ndaj shkurtimeve elektrike mund të komprometohet shpesh nga qasje të tilla. Metoda që ne miratojmë këtu është përfshirja e një shtrese me indeks të ulët refraktiv, e cila është treguar se redukton në mënyrë efektive modat SPP , . Përshtatshëm, GraHIL ose një shtresë injektuese vrimash gradienti vetë-organizuar e përbërë nga PEDOT:PSS dhe kopolimeri i acidit tetra-fluoroetileno-përfluoro-3, 6-dioksa-4-metil-7-oktensulfonik (PFI), i cili u propozua më parë nga autorët dhe u tregua se është shumë efektiv në përmirësimin e injektimit të vrimave në OLED-et bazuar në grafenë , ka një indeks refraktiv rreth 1.42 në    prej 550 nm (  ), i cili është shumë më i ulët se ai i shtresave tipike organike ( =1.8). Me ndërveprimin sinergjik të shtresave me indeks të lartë dhe të ulët që vendosen në mes të shtresave grafenë, përforcimi i efektit të rezonancës së kavitetit dhe reduktimi i modave SPP mund të bëhen njëkohësisht në mënyrë që EQE të mund të rritet ndjeshëm edhe pa struktura daljeje. λ 24 25 25 26 27 28 29 13 λ Figurë Plotësuese 3 n  paraqet rezultatet e simulimit optik bazuar në një teori të avancuar elektromagnetike klasike të përmbledhur nga Furno  .  gjatë gjithë gamës spektrale të dukshme, dhe në    prej 550 nm. Formalizmi merr parasysh faktorin Purcell, efektin e orientimit të dipolit dhe eksitimet në moda SPP dhe valë, duke u kujdesur siç duhet për të shmangur rritjen ose nënvlerësimin e saj kur përdoren qasje të thjeshtuara që nuk marrin parasysh një ose më shumë nga këto efekte (shih  ;   dhe   për shembuj). Rezultatet tregojnë se përdorimi i GraHIL ri-shpërndan përmbajtjet relative të fuqisë midis modave të ndryshme drejt valeve me vektor të brendshëm më të vegjël, kështu që fuqia e lidhur me modat SPP zvogëlohet dhe pjesët e dalura përforcohen më tej (  ). Gjithashtu mund të shihet në   se përdorimi i shtresës TiO2 nën grafenë pengon në mënyrë efektive sasinë e fuqisë së lidhur me modat valëzuese dhe substratit përmes përforcimit të rezonancës. Kjo çon në një rritje të konsiderueshme të efikasitetit të daljeve, megjithëse humbja ndaj modave evaneshente gjithashtu tregohet të rritet për shkak të zhvendosjes së modave valeve tërthore elektrike drejt valeve me vektorë të brendshëm më të lartë të normalizuar (  ). Përdorimi i kombinuar i shtresave me indeks të lartë (H) TiO2 dhe indeks të ulët (L) GraHIL, rezulton në një situacion ideal ku përforcimi i rezonancës është i madh, por humbja ndaj modave SPP/evaneshente pakësohet. Për më tepër, përdorimi i kombinuar krijon një situacion të ngjashëm me grumbullimet HL, zakonisht të përdorura për veshje filmi të hollë me shtresa të shumta , dhe madje më tej përforcon  bot (  ), duke lejuar përforcim shtesë në efektin e rezonancës Fabry–Perot. Ajo që e bën teknologjinë e propozuar unike dhe të përparuar në lidhje me teknologjitë konvencionale është pikërisht bashkëpunimi sinergjik i këtyre shtresave me indeks të lartë dhe të ulët që mundësojnë menaxhimin optik si të efektit të rezonancës ashtu edhe të humbjes SPP në avantazhin e daljeve maksimale; dhe përforcimi shtesë i rezonancës përmes grumbullimit HL. Së bashku me përputhshmërinë e tyre natyrore me vetitë elektrike të dëshiruara (p.sh., injektim efikas i vrimave), të gjitha këto përfitime optike ju lejojnë të nxirrni plotësisht edhe potencialin e fshehur të asaj që OLED-ët planarë mund të ofrojnë vërtet. Grafiket konture të marra për EQE maksimalisht optikisht të disponueshëm ( EQE (max)) si funksion i trashësisë organike ( org) dhe TiO2 ( TiO2) të paraqitura në   tregojnë se  EQE (max) mund të jetë deri në 44% në pajisjet me shtresa si GraHIL ashtu edhe TiO2 ndërsa do të kufizohej në 38% pa GraHIL ose në 31% pa TiO2. Kushtet optimale korrespondojnë me një situacion ku  H (me H që është TiO2) afrohet me  /(4 H) (55 nm për  =550 nm). Gjithashtu mund të vihet re se  EQE (max) prej 44% është më e lartë se ato të pritura për OLED-e kaviteti të optimizuar, bazuar në metal të hollë, me të njëjtin emetues. Kjo mund t'i atribuohet faktit se arkitektura e propozuar është më pak e prekur nga humbja për shkak të absorbimit të fotoneve dhe/ose eksitimit të modës SPP brenda elektrodave gjysmë-transparente (shih   dhe   për krahasim me ato të OLED-eve kaviteti konvencionalë bazuar në metal të hollë). Figurë 2a,b et al 19 λ Figurë Plotësuese 4 Tabela Plotësuese 1 Shënim Plotësues 1 Figurë Plotësuese 5a Tabelën Plotësuese 2 Figurë Plotësuese 5b 30 R Fig. 1d η d d Fig. 1c,d η d λ n λ η Figurë Plotësuese 6 Tabela Plotësuese 3   ( , ) Spektra të llogaritura të shpërndarjes së fuqisë të peshuara me spektrin e emetuesit në njësi arbitrare (të hartuara si ngjyrë e përcaktuar në shiritat e ngjyrave) kundrejt vektorit të brendshëm të valës: ( ) me TiO2 por pa GraHIL; ( ) me si TiO2 ashtu edhe GraHIL. Vizat e ndërprera të zeza tregojnë viza kufitare që ndajnë modat optike përfaqësuese duke përfshirë modat e dalura, të bllokuara në substrat (subs), valëzuese (wg) dhe evaneshente. ( ) Fuqia e shpërndarë e llogaritur kundrejt vektorit të brendshëm të valës të normalizuar në  =550 nm për struktura të ndryshme elektrore nën studim. Për pajisjet me TiO2,  TiO2 ishte fiksuar në 55 nm dhe  org u zgjodh për kushte optimale në çdo rast. Për pajisjet pa TiO2,  org u vendos në të njëjtën vlerë si ajo a b a b c λ d d d

Part of HackerNoon's growing list of open-source research papers, promoting free access to academic material.

Kjo audio është prodhuar në gjuhën origjinale të tregimit!

Shkencëtarët zbulojnë ekrane fleksibile ultra-efikase duke përdorur grafen dhe dioksid titani

About Author

KOMENTE

VARUR TAGS

KY ARTIKU U PARAQIT NË

Related Stories

Rrjeti SQD sapo vrau emetimet e tokenëve.Ja çfarë paguan 16 miliardë dollarë në DeFi TVL

Rrjeti SQD sapo vrau emetimet e tokenëve.Ja çfarë paguan 16 miliardë dollarë në DeFi TVL

Light-Mode

Classic

Newspaper

Minty

Dark-Mode

Neon Noir

Minty

HN StartUps