```html
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 Autorët: 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 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 që emetojnë dritë (OLED) të bazuara në grafenë kohët e fundit janë shfaqur 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 të bazuar në oksid pluhur-Indi. Këtu ne propozojmë një strukturë ideale të elektrodës bazuar në një ndërveprim sinergjik të shtresave TiO2 me indeks të lartë dhe shtresave me indeks të ulët të injektimit të vrimave që rrethojnë elektrodat e grafenit, e cila rezulton në një situacion ideal ku përforcimi nga rezonanca e kavitetit maksimizohet ndërsa humbja në polaronin sipërfaqësor të plazmonit (surface plasmon polariton) zbutet. 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 gjysmë-topthi) për pajisjet me një dhe shumë-lidhje, respektivisht. OLED-të e bëra në plastika me këto elektroda janë të përthyeshme në mënyrë të përsëritur në një rreze prej 2.3 mm, pjesërisht për shkak të shtresave TiO2 që i rezistojnë tendosjes fleksurore deri në 4% përmes forcimit të devijimit të plasaritjeve. Hyrje Avantazhet e formës, si fleksibiliteti dhe shtrirja, i kanë sjellë diodave organike që emetojnë dritë (OLED) vëmendje të madhe për përdorim në pajisje të reja si ekrane të veshshme, të tipit të rrotullueshëm ose të palosshëm që kërkojnë lëvizshmëri, deformueshmëri dhe/ose zgjerueshmëri , . Megjithatë, realizimi i plotë i potencialit të tillë nuk është i thjeshtë dhe kërkon përpjekje të konsiderueshme në aspekte të ndryshme si zhvillimi i teknologjive të transistorëve me film të hollë në temperaturë të ulët dhe/ose incapsulimin 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 pluhur-Indi (ITO), të cilat zakonisht vuajnë nga fleksibiliteti i kufizuar dhe çështjet e mundshme të kostos të lidhura me kërkesën e lartë dhe/ose furnizimin e paqëndrueshëm . Në këtë drejtim, disa lloje të elektrodave transparente fleksibël si nano-telat metalike, materialet me bazë karboni (për shembull, nanotubat e karbonit ose grafeni) dhe rrjetat metalike të kombinuara me lloje të tjera të TE u propozuan për OLED , , , , , . 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 të brendshme dhe karakteristikave superiore elektrike pritet të lejojë elektroda transparente ideale që kanë mjegull optike të ulët ose pa mjegull, topologji sipërfaqësore të lëmuar që parandalon shkurtimet elektrike të shkaktuara nga ashpërsia dhe degradimi, transmetim të lartë, rezistencë të ulët të fletës dhe një shkallë të lartë fleksibiliteti, të gjitha në të njëjtën kohë , . Përgatitja e lehtë e grafenit me cilësi të lartë në substrate plastike në shkallë të gjerë kohët e fundit është demonstruar për elektroda transparente me metoda të përputhshme me prodhimin masiv nga sektorët industrialë, duke treguar jetëgjatësinë e tyre praktike , . Si grafeni me një shtresë (SLG) ashtu edhe ai me shumë shtresa (MLG) janë treguar të kenë performancë adekuate për TE në OLED , . Në veçanti, OLED të efikas të bazuar në grafenë janë arritur me ndihmën e shtresave të injektimit të vrimave (HIL) të përdorura për të kapërcyer funksionin e tyre relativisht të ulët të punës, i cili dihet se është rreth 4.5 eV. Këto shtresa injektimi përfshijnë polimerë përçues me veti elektronike gradiente të quajtura HIL gradient të vetë-organizuar (GraHIL) , dhe shtresa të holla tampon MoO3 të kombinuara me polimerë përçues të polid(3,4-etilendioksitiofenit): sulfat polistireni (PEDOT:PSS) . Megjithatë, efikasiteti i energjisë dhe efikasiteti kuantik i jashtëm (EQE) i këtyre OLED-ve më të fundit të bazuar në grafenë ishin ende në nivelin e atyre të OLED-ve të bazuar në ITO, nëse nuk përdorej një lente hemisferike e madhe për përforcimin e daljeve . Sigurimi i efikasitetit më të lartë të mundshëm është veçanërisht i rëndësishëm për ekranet fleksibël të aplikuar në pajisje portative ose të veshshme, 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-ve të bazuara në grafenë. Një sfidë kryesore është zhvillimi i një strukture ose metodologjie për të nxjerrë potencialin e plotë optik duke ruajtur meritat e grafenit në format 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 këtu një arkitekturë të thjeshtë elektrode të bazuar në shtresa TiO2 me indeks të lartë dhe HIL me indeks të ulët që rrethojnë elektrodat e grafenit. Me dizajnin optik që përfiton plotësisht nga bashkëpunimi sinergjik midis shtresave me indeks të lartë dhe të ulët që kontrollojnë si përforcimin e rezonancës së kavitetit ashtu edhe humbjen në polaronin sipërfaqësor të plazmonit (SPP), OLED-të e propozuara të bazuara në grafenë shfaqin EQE ultra të lartë që është e paprecedentë në ato që përdorin grafenë si një elektrodë transparente. Për më tepër, rezistenca pazakonisht e lartë e TiO2 ndaj tendosjes fleksurore zbulohet, duke mundësuar OLED plastike që janë jo vetëm efikase, por edhe shumë fleksibël. Rezultatet Dizajni optik i OLED-ve të bazuara në grafenë me efikasitet të lartë Efikasiteti i OLED-ve kufizohet përfundimisht nga një efikasitet i kufizuar i daljes, i cili zakonisht është rreth 20% në rastin më të mirë për pajisjet me emetues izotropikë. Midis skemave të ndryshme të përforcimit të daljes të propozuara deri më sot , një metodë e bazuar në rezonancën e mikrokavitetit ka avantazhe pasi ruan një gjeometri planare pa përdorur ndonjë strukturë mikro/nano ose strukturë lentikulare, kështu që OLED-të e bëra prej saj nuk janë subjekt i shkurtërve elektrikë dhe artefakteve optike të pafavorshme për aplikimin e ekranit (për shembull, turbullim, difraksion etj.) dhe megjithatë mund të shfaqin ngjyra primare shumë të pastra, të ngopura të kuqe (R), jeshile (G), blu (B) me efikasitet të përforcuar , . Me një efekt të dobët, por megjithatë të rëndësishëm të mikrokavitetit, OLED-të e bazuara 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 modës së kavitetit të vendosur në ndërfaqen ITO/substrat , . Në rastin e OLED-ve të bazuara në grafenë pa ITO, megjithatë, elektrodat e grafenit nuk mund të bëhen aq të trasha sa për të kontrolluar gjatësinë e kavitetit, gjë që e bën sfiduese përforcimin e efikasitetit nga efekti i 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 elektrodat e grafenit siç tregohet në   në mënyrë të ngjashme me elektrodat e metaleve të holla të mbuluara me dielektrik , , , . Duke qenë se drita mund të kalojë nëpër grafit me një diferencë fazore të vogël për shkak të hollësisë së brendshme të një elektrodi grafeni, dizajni 3 /4 i kavitetit mund të arrihet lehtësisht, për shembull, me trashësinë optike të shtresave organike plus injektimit dhe shtresës me indeks të lartë të vendosur në rreth 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 reflektim të konsiderueshëm nga montimi i elektrodës së poshtme ( bot) për dritën që bie nga shtresat organike, siç mund të konfirmohet në grafikët e treguar në fund të  . Kjo u ofron OLED-ve të bazuara në grafenë mundësi 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 për sa i përket fleksibilitetit, sepse trashësia optike e synuar ( H H) mund të arrihet me trashësi fizike të ulët  H, dhe sepse çarja e shkaktuar nga përthyerja e një filmi të dhënë 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 refraktiv relativisht të lartë ( =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 izopropil (IPA), duke lejuar formimin e një elektrodi 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   ( ) Struktura skematike e pajisjes së OLED-ve të propozuara. ( ) Shpërndarja e intensitetit të fushës elektromagnetike (vija të ndërprera) të OLED-ve nën studim për dizajnin e tyre përkatës të kavitetit të rendit të parë. Shpërndarja e intensitetit të fushës së OLED-it të bazuar në grafenë pa TiO2 gjithashtu tregohet për krahasim për rastin ku vlerat e trashësisë së shtresave organike janë të njëjta me ato të OLED-ve me TiO2, por pa HIL me indeks të ulët. ( , ) Efikasiteti kuantik i jashtëm maksimal i llogaritur ( EQE) i OLED-ve të bazuara në grafenë me shtresë nën TiO2 si funksion i trashësisë së shtresës TiO2 dhe organike ( TiO2 dhe  org, respektivisht). Vizat e ndërprera tregojnë vija kontur për  EQE prej 10, 20, 30 ose 40% siç tregohet në grafik. ( ) Pa HIL me indeks të ulët; ( ) me GraHIL si HIL me indeks të ulët. Në pjesën e poshtme të secilit rast, reflekimi ( 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 mikrokaviteti me rend të lartë (për shembull, rendi i dytë, 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 me rend të lartë, duke çuar përfundimisht në një efikasitet më të madh dalës dhe EQE , . Sfidat mbeten për dizajnin e kavitetit të rendit të parë sepse vendndodhja ideale e një zone emetuese është e kufizuar në antinodin 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 që zakonisht përdoret për reduktimin e SPP është përfshirja e strukturave të brendshme të valëzuara ose korrugimeve , por toleranca ndaj shkurtërve elektrikë shpesh mund të komprometohet nga qasje të tilla. Metoda që ne adoptojmë këtu është përfshirja e një shtrese me indeks të ulët refraktiv, e cila është treguar se redukton në mënyrë efektive modat SPP , . Fatmirësisht, GraHIL ose një shtresë gradiente e vetë-organizuar e injektimit të vrimave e përbërë nga PEDOT:PSS dhe kopolimeri i acidit tetra-fluoroetileni-përfluoro-3,6-dioksa-4-metil-7-oktensulfonik (PFI), i cili më parë u propozua nga autorët dhe u tregua të jetë shumë efektiv në përmirësimin e injektimit të vrimave në OLED-të e bazuara në grafenë , ka një indeks refraktiv rreth 1.42 në   prej 550 nm ( ), i cili është shumë më i ulët se ai i shtresave organike tipike ( =1.8). Me ndërveprimin sinergjik të shtresave me indeks të lartë dhe të ulët që rrethojnë shtresat e grafenit, përforcimi i efektit rezonant të kavitetit dhe reduktimi i modave SPP mund të bëhen njëkohësisht në mënyrë që EQE të mund të rritet ndjeshëm edhe pa struktura dalëse. λ 24 25 25 26 27 28 29 13 λ Figurë plotësuese 3 n  paraqesin rezultatet e simulimit optik bazuar në një teori klasike të avancuar elektromagnetike të përmbledhur nga Furno  .  në të gjithë gamën spektrale të dukshme, dhe në   prej 550 nm. Formalizmi merr parasysh faktorin Purcell, efektin e orientimit të dipolit dhe eksitimet në moda SPP dhe waveguide, të cilat janë kritike për një analizë të saktë dhe dizajn kuantitativ, pasi nën- ose mbivlerësimet mund të ndodhin kur përdoret një qasje e thjeshtëzuar që nuk merr parasysh një ose më shumë nga këto efekte (shihni  ;   dhe   për shembuj). Rezultatet tregojnë se përdorimi i GraHIL ridistribon përmbajtjet relative të fuqisë midis modave të ndryshme drejt valëzuesve planorë më të vegjël, në mënyrë që fuqia e lidhur me modat SPP të reduktohet dhe pjesët e daljes të përforcohen më tej ( ). Gjithashtu mund të shihet në   se përdorimi i shtresës TiO2 nën grafit efektivisht shtyp sasinë e fuqisë së lidhur me modat e udhëzuara dhe të mbyllura në substrat përmes përforcimit të rezonancës. Kjo çon në një rritje të konsiderueshme të efikasitetit të daljes, megjithëse humbja në moda të zhvlerësuara gjithashtu tregohet të rritet për shkak të zhvendosjes së modave të valëve elektrike-tranverse drejt valëzuesve planorë më të lartë ( ). Përdorimi i kombinuar i shtresave me indeks të lartë (H) TiO2 dhe me indeks të ulët (L) GraHIL, rezulton në një situacion ideal ku përforcimi i rezonancës është i madh, por humbja në moda SPP/zhvlerësuara zbutet. Për më tepër, përdorimi i kombinuar krijon një situacion të ngjashëm me grumbullimet HL, të cilat zakonisht përdoren për veshje me film të hollë shumë-shtresore , dhe madje më tej rrit  bot ( ), duke lejuar përforcim shtesë në efektin e rezonancës Fabry–Perot. Ajo që e bën teknologjinë e propozuar unike dhe të avancuar 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 avantazh të daljes maksimale; dhe përforcim shtesë rezonant përmes grumbullimit HL. Së bashku me përputhshmërinë e tyre native me vetitë elektrike të dëshiruara (për shembull, injektim efikas i vrimave), të gjitha këto përfitime optike ju lejojnë të nxirrni plotësisht edhe potencialin e fshehur që mund të ofrojnë vërtet OLED-të planare. Grafikët kontur të marrë për EQE maksimalin optik të disponueshëm ( EQE (max)) si funksion i trashësisë organike ( org) dhe TiO2 ( TiO2) të paraqitur 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 përkojnë me një situacion ku  H (me H duke qenë TiO2) afrohet  /(4 H) (55 nm për  =550 nm). Gjithashtu mund të vihet re se  EQE (max) prej 44% është më e lartë se ato që priten për OLED-të e optimizuara, konvencionale të bazuara në metale të holla me të njëjtin emetues. Kjo mund t'i atribuohet faktit se arkitektura e propozuar është më pak subjekt ndaj humbjes për shkak të absorbimit të fotoneve dhe/ose eksitimit të modës SPP brenda elektrodave gjysmë-transparente (shihni   dhe   për krahasim me ato të OLED-ve konvencionale të bazuara në metale të holla). Fig. 2a,b et al 19 λ Figurë plotësuese 4 Tabela plotësuese 1 Shënim plotësues 1 Figurë plotësuese 5a Tabela 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 dissipimit të fuqisë së llogaritur të peshuar me spektrin e emetuesit në njësi arbitrare (të hartuara si ngjyrë e definuar në shiritat e ngjyrave.) kundrejt valëzuesit planor: ( ) me TiO2, por pa GraHIL; ( ) me si TiO2 ashtu edhe GraHIL. Vizat e ndërprera të zeza tregojnë vijat kufizuese që ndajnë modat optike përfaqësuese duke përfshirë modat e dalura, të mbyllura në substrat (subs), të udhëzuara (wg) dhe të zhvlerësuara. ( ) Fuqia e dissipuar e llogaritur kundrejt valëzuesit planor të normalizuar në  =550 nm për struktura të ndryshme elektrodi nën studim. Për pajisjet me TiO2,  TiO2 ishte fiksuar në 55 nm dhe  org u zgjodh a b a b c λ 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 Ekranet Fleksibël Ultra-Efikase duke Përdorur Grafenin dhe Dioksidin e Titanit

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