```html
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 Waandishi: 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 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 Muhtasari Diodi za mwanga zinazotoa kikaboni zinazotokana na grafiti (OLEDs) zimeibuka hivi karibuni kama kipengele muhimu kinachohitajika katika skrini za kizazi kijacho na taa, hasa kutokana na ahadi yao kwa vyanzo vya mwanga vinavyoweza kunyumbulika sana. Hata hivyo, ufanisi wao umekuwa, kwa ubora, sawa na vile vya kawaida, vinavyotokana na oksidi ya indium tin. Hapa tunapendekeza muundo bora wa elektrodi kulingana na mwingiliano wa pamoja wa tabaka za TiO2 za faharisi ya juu na tabaka za utoaji wa shimo za faharisi ya chini zinazojumuisha elektrodi za grafiti, ambayo husababisha hali bora ambapo ongezeko la mwangwi wa kasoro huongezeka huku hasara kwa polariton ya plazmon ya uso inapunguzwa. Njia iliyopendekezwa inasababisha OLEDs zinazoonyesha ufanisi wa juu sana wa quantum wa nje wa 40.8 na 62.1% (64.7 na 103% na lenzi ya nusu-mpira) kwa vifaa vya sehemu moja na vingi, mtawalia. OLEDs zilizotengenezwa kwa plastiki na elektrodi hizo zinaweza kukunjwa mara kwa mara kwa radius ya 2.3 mm, sehemu kutokana na tabaka za TiO2 zinazostahimili mkazo wa kukunjamana hadi 4% kupitia ugumu wa ulinzi wa ufa. Utangulizi Faida za umbo kama vile unyumbulifu na uwezo wa kunyoosha zimeleta vipengele vya mwanga vinavyotoa kikaboni (OLEDs) umakini mkubwa kwa ajili ya matumizi katika vifaa vinavyoibuka kama vile skrini zinazoweza kuvaliwa, za kukunja au za kukunja ambazo zinahitaji uhamaji, uharibifu na/au upanuzi , . Utimilifu kamili wa uwezo kama huo, hata hivyo, si rahisi na unahitaji juhudi kubwa katika nyanja mbalimbali kama vile maendeleo ya teknolojia za transistor za filamu nyembamba za joto la chini na/au vifuniko vinavyonyumbulika . Kipengele kingine muhimu cha kuzingatia kwa skrini zinazonyumbulika sana ni kutafuta elektrodi za uwazi (TEs) ambazo zinaweza kuchukua nafasi ya elektrodi za oksidi ya indium tin (ITO), ambazo kwa kawaida huathiriwa na unyumbulifu mdogo na masuala ya gharama yanayowezekana yanayohusiana na mahitaji makubwa na/au usambazaji usio thabiti . Kwa kuzingatia hili, aina kadhaa za elektrodi za uwazi zinazonyumbulika kama vile waya ndogo za chuma, vifaa vya msingi wa kaboni (kwa mfano, nanotube za kaboni au grafiti) na gridi za chuma zilizounganishwa na aina nyingine za TEs zimependekezwa kwa ajili ya OLEDs , , , , , . Kati ya hizi, grafiti—tabaka nyembamba sana ya atomi za kaboni zilizounganishwa kwa njia ya sp2—imekuwa ikizingatiwa kuwa yenye matumaini kwa sababu mchanganyiko wake wa kipekee wa uembamba wake wa ndani na sifa bora za umeme unatarajiwa kuruhusu elektrodi za uwazi zinazokamilika ambazo zina ukungu mdogo au hakuna wa macho, topografia ya uso laini inayozuia mshtuko wa umeme unaosababishwa na ukorofi na uharibifu, upitishaji wa juu, upinzani mdogo wa karatasi na kiwango cha juu cha unyumbulifu kwa wakati mmoja , . Maandalizi rahisi ya grafiti ya ubora wa juu kwenye substrates za plastiki za kiwango kikubwa yameonyeshwa hivi karibuni kwa ajili ya elektrodi za uwazi na mbinu zinazotangamana na uzalishaji wa wingi na sekta za viwanda, zikionyesha uhalisia wao wa vitendo , . Grafiti ya safu moja (SLG) na grafiti ya safu nyingi (MLG) zimeonyeshwa kuwa na utendaji wa kutosha kwa TEs katika OLEDs , . Hasa, OLEDs zenye msingi wa grafiti zenye ufanisi zimepatikana kwa msaada wa tabaka za utoaji wa shimo (HILs) zinazotumiwa kushinda kazi yao ya chini sana, ambayo inajulikana kuwa karibu 4.5 eV. Tabaka kama hizo za kuingiza zinajumuisha polima zinazofanya umeme na sifa za kielektroniki zenye mabadiliko zinazoitwa GraHIL (Graphene-based Hole Injection Layer) inayojitengeneza yenyewe , na tabaka nyembamba za bafa za MoO3 zilizounganishwa na polima zinazofanya umeme za poly(3,4-ethylenedioxythiophene): polystyrene sulfonate (PEDOT:PSS) . Walakini, ufanisi wa nguvu na ufanisi wa quantum wa nje (EQE) wa OLEDs hizi za hali ya juu zinazotokana na grafiti bado zilikuwa sawa na zile za OLEDs zinazotokana na ITO, isipokuwa lenzi kubwa ya nusu-mpira ilitumika kwa ajili ya kuongeza utoaji. . Kuhakikisha ufanisi wa juu zaidi ni muhimu sana kwa skrini zinazonyumbulika zinazotumiwa katika programu za kubebeka sana au kuvaliwa, kwani mara nyingi hutegemea betri zenye uwezo mdogo wa nishati kutokana na vizuizi vya ukubwa, uzito au umbo. Hii inahitaji maendeleo ya usanifu wa kifaa ambao unaweza kuongeza ufanisi wa OLEDs zinazotokana na grafiti. Changamoto kuu ni kutengeneza muundo au mbinu ya kufungua uwezo wao kamili wa macho huku ukihifadhi faida za grafiti katika umbo iwezekanavyo. 1 2 3 4 4 5 6 7 8 9 10 11 11 12 13 14 13 14 14 Kwa lengo hili, tunachunguza usanifu rahisi wa elektrodi kulingana na tabaka za TiO2 za faharisi ya juu na HILs za faharisi ya chini zinazojumuisha elektrodi za grafiti. Kwa muundo wa macho unaochukua faida kamili ya ushirikiano wa pamoja kati ya tabaka za faharisi ya juu na ya chini zinazodhibiti mwangwi wa kasoro na hasara kwa polariton ya plazmon ya uso (SPP), OLEDs zinazotokana na grafiti zilizopendekezwa zinaonyesha EQE ya juu sana ambayo haijawahi kutokea katika zile zinazotumia grafiti kama elektrodi ya uwazi. Zaidi ya hayo, upinzani wa juu sana wa TiO2 kwa mkazo wa kukunjamana unafichuliwa ambao huwezesha OLEDs za plastiki ambazo sio tu zenye ufanisi lakini pia zina kunyumbulika sana. Matokeo Muundo wa macho wa OLEDs zenye ufanisi wa juu zinazotokana na grafiti Ufanisi wa OLEDs hatimaye unazuiwa na ufanisi wa utoaji wa mwanga ambao kwa kawaida huwa karibu 20% kwa vifaa vyenye vitoa mwanga vya isotropic. Kati ya mipango mbalimbali ya kuongeza utoaji iliyopendekezwa hadi sasa , mbinu inayotokana na mwangwi wa kasoro ndogo ina faida kwamba huhifadhi jiometri ya planar bila kutumia miundo yoyote ya micro/nano au miundo ya lenticular ili OLEDs zinazotokana nayo hazipati mshtuko wa umeme na kasoro za macho ambazo hazipatikani kwa matumizi ya skrini (kwa mfano, ukungu, ubaguzi n.k.) lakini bado zinaweza kuonyesha rangi safi, zilizojaa sana za msingi nyekundu (R), kijani (G), bluu (B) na ufanisi ulioongezeka , . Kwa athari dhaifu lakini bado muhimu ya kasoro ndogo, OLEDs zinazotokana na ITO pia zinaweza kuendeshwa kwa ufanisi wa juu zaidi, bila kusababisha ukungu wowote wa macho au ukungu, kwa kurekebisha tu unene wa tabaka za ITO; katika mpango huu, muundo wa kasoro wa kwanza, 3 /4, ambapo   huashiria wavelength, hupatikana na ncha iliyo wazi ya modi ya kasoro iliyo kwenye kiolesura cha ITO/substrate , . Kwa upande wa OLEDs zinazotokana na grafiti bila ITO, hata hivyo, elektrodi za grafiti haziwezi kufanywa nene vya kutosha kudhibiti urefu wa kasoro, jambo ambalo hufanya iwe vigumu kuongeza ufanisi kwa athari ya mwangwi . 15 16 17 λ λ 18 19 20 Kama hatua mbadala, mtu anaweza kuweka tabaka nyembamba yenye faharisi ya juu ya refractive ( H) chini ya tabaka za grafiti kama inavyoonyeshwa kwenye   kwa njia sawa na elektrodi za chuma zenye tabaka za dielectri , , , . Kwa sababu mwanga unaweza kupita kwenye grafiti na tofauti ndogo ya awamu kutokana na uembamba wa ndani wa elektrodi ya grafiti, muundo wa kasoro wa 3 /4 unaweza kupatikana kwa urahisi, kwa mfano, na unene wa macho wa tabaka za kikaboni pamoja na zile za kuingiza na tabaka ya faharisi ya juu ya refractive kuwekwa takriban 2 /4 na  /4, mtawalia ( ). Hasa, tabaka ya faharisi ya juu ' /4-nene' pia hufanya kazi kama kioo cha dielectri kisicho na metali ambacho huwezesha mguso wa kutosha kutoka kwa mkusanyiko wa elektrodi ya chini ( bot) kwa mwanga unaoingia kutoka tabaka za kikaboni, kama inavyoweza kuthibitishwa katika grafu zilizoonyeshwa chini ya  . Hii inatoa fursa kwa OLEDs zinazotokana na grafiti kuongeza ufanisi wao kupitia athari ya mwangwi, ambayo vinginevyo isingewezekana. Inaonyeshwa kuwa  bot na ongezeko la mwangwi linalofanana huongezeka na  H ( ). Faharisi ya juu ya refractive pia ni ya manufaa kwa upande wa unyumbulifu kwa sababu unene wa macho unaolengwa ( H*d*H) unaweza kufikiwa na unene mdogo wa kimwili  H, na kwa sababu ufa unaosababishwa na kukunjamana kwa filamu fulani kwa ujumla huunda kwa kiwango cha chini cha mkazo cha chini na unene mkubwa zaidi wa kimwili . Tabaka ya mafanikio ya faharisi ya juu katika mpango huu inapaswa kuwa na  H kubwa iwezekanavyo. Zaidi ya hayo, inapaswa kuwa ya uwazi, na zaidi ya yote, haipaswi kuharibiwa na mchakato fulani wa uhamishaji wa grafiti. Kati ya wagombea mbalimbali, tabaka ya TiO2 iliyopulizwa ni ya uwazi katika wigo wa mawimbi ya mwanga unaoonekana na ina faharisi ya juu ya refractive ( =2.5). Tofauti na tabaka zingine za faharisi ya juu tulizojaribu, tabaka ya TiO2 inageuka kuwa na uimara wa kemikali unaostahimili michakato ya uhamishaji wa grafiti inayotumia vimumunyisho, kama vile asetoni au pombe ya isopropyl (IPA), ikiruhusu kuunda elektrodi ya grafiti ya ubora wa juu juu yake ( ). n Mchoro 1a 17 20 21 22 λ λ λ Mchoro 1b λ R Mchoro 1c,d R n Kielelezo 1 cha ziada n d 23 n n Kielelezo 2 cha ziada   ( ) Muundo wa kifaa wa skematiki wa OLEDs zilizopendekezwa. ( ) Usambazaji wa nguvu za uga wa sumakuumeme (mistari iliyokatika) za OLEDs zinazochunguzwa kwa muundo wao wa kasoro wa kwanza. Usambazaji wa nguvu-uwanja wa OLED isiyo na TiO2 pia imeonyeshwa kwa kulinganisha kwa hali ambapo maadili ya unene wa tabaka za kikaboni ni sawa na OLEDs zenye TiO2 lakini bila HIL za faharisi ya chini. ( , ) Ufanisi wa juu zaidi wa quantum wa nje ( EQE) wa OLEDs zinazotokana na grafiti na TiO2 chini ya tabaka kama kazi ya unene wa TiO2 na kikaboni ( TiO2 na  org, mtawalia). Mistari iliyokatika huwakilisha mistari ya contour kwa  EQE ya 10, 20, 30 au 40% kama ilivyoonyeshwa kwenye grafu. ( ) Bila HIL ya faharisi ya chini; ( ) na GraHIL kama HIL ya faharisi ya chini. Chini ya kila kisa, mguso ( bot) kutoka kwa mkusanyiko wa elektrodi ya chini (TiO2/graphene/(HIL)) kwa ujumla huwasilishwa kama kazi ya  TiO2 kwa mwanga unaoingia kutoka tabaka za kikaboni. a b c d η d d η c d R d Inafaa kumbuka kuwa muundo wa kasoro wa juu zaidi (kwa mfano, utaratibu wa pili, kasoro ya 5 /4) kulingana na rundo kubwa la kikaboni pia linaweza kuwawezekana. Katika kazi hii, hata hivyo, muundo wa kasoro wa kwanza uliteuliwa kwanza kwa sababu unasababisha athari kali zaidi ya Purcell na njia chache za wimbi kuliko muundo wa utaratibu wa juu, hatimaye kusababisha ufanisi mkubwa wa utoaji na EQE , . Changamoto bado zinabaki kwa muundo wa kasoro wa kwanza kwa sababu eneo bora la eneo la utoaji limezuiwa kwenye nodi ya kwanza kutoka kwa kiolesura cha kikaboni/chuma, na kuifanya iwe vigumu kupunguza njia za SPP kupitia umbali mrefu wa kitoa-na-metali , . Njia mbadala inayotumiwa kwa kupunguza SPP ni kujumuisha miundo ya ndani yenye umbo la wimbi au mikunjo , lakini uvumilivu kwa mshtuko wa umeme mara nyingi unaweza kuathiriwa na njia kama hizo. Njia tunayotumia hapa ni kujumuisha tabaka yenye faharisi ya chini ya refractive, ambayo imeonyeshwa kupunguza kwa ufanisi njia za SPP , . Kwa bahati nzuri, GraHIL au safu ya utoaji wa shimo yenye mabadiliko inayojitengeneza yenyewe inayojumuisha PEDOT:PSS na kopolima ya asidi ya tetra-fluoroethylene-perfluoro-3, 6-dioxa-4-methyl-7-octenesulphonic (PFI), ambayo hapo awali ilipendekezwa na waandishi na kuonyeshwa kuwa yenye ufanisi sana katika kuboresha utoaji wa shimo katika OLEDs zinazotokana na grafiti , ina faharisi ya refractive karibu 1.42 kwa   ya 550 nm ( ), ambayo ni ya chini sana kuliko ile ya tabaka za kawaida za kikaboni ( =1.8). Kwa mwingiliano wa pamoja wa tabaka za faharisi ya juu na ya chini zinazojumuisha tabaka za grafiti, uboreshaji wa athari ya mwangwi wa kasoro na upunguzaji wa njia za SPP vinaweza kufanywa kwa wakati mmoja ili EQE iweze kuongezeka kwa kiasi kikubwa hata bila miundo ya utoaji. λ 24 25 25 26 27 28 29 13 λ Kielelezo 3 cha ziada n  unawasilisha matokeo ya simulizi ya macho kulingana na nadharia ya juu ya juu ya sumakuumeme ya classical iliyofupishwa na Furno  .  katika wigo wa mawimbi ya mwanga unaoonekana, na kwa   ya 550 nm. Muundo huo unazingatia kipengele cha Purcell, athari ya mwelekeo wa dipoli, na msisimko kwa njia za SPP na wimbi. Ujumuishaji kamili wa vipengele hivi vyote unageuka kuwa muhimu kwa uchanganuzi sahihi na muundo wa kwantitatifivile upunguzaji wa chini au wa juu unaweza kutokea wakati mtu anatumia njia iliyorahisishwa ambayo haizingatii moja au zaidi ya athari hizo (tazama  ;   na   kwa mifano). Matokeo yanaonyesha kuwa matumizi ya GraHIL yanasambaza tena maudhui ya nguvu ya jamaa kati ya njia mbalimbali kuelekea mawimbi madogo ya ndege ya ndani ili nguvu inayounganishwa na njia za SPP ipunguzwe na sehemu zinazotolewa kwa nje ziongezwe zaidi ( ). Inaweza pia kuonekana katika   kwamba matumizi ya tabaka ya TiO2 chini ya grafiti hupunguza kwa ufanisi kiasi cha nguvu kinachounganishwa na njia za mawimbi na substrate kupitia uboreshaji wa mwangwi. Hii husababisha ongezeko kubwa la ufanisi wa utoaji, ingawa hasara kwa njia za mawimbi pia huonyeshwa kuongezeka kutokana na mabadiliko ya njia za mawimbi za transverse-umeme kuelekea mawimbi ya ndege ya ndani yenye kiwango cha juu zaidi ( ). Matumizi ya pamoja ya tabaka za faharisi ya juu (H) TiO2 na faharisi ya chini (L) GraHIL, husababisha hali bora ambapo mwangwi wa kasoro ni mkubwa, lakini hasara kwa njia za SPP/mawimbi hupunguzwa. Zaidi ya hayo, matumizi ya pamoja huunda hali sawa na miundo ya HL, inayotumiwa kwa kawaida kwa mipako ya filamu nyembamba ya safu nyingi , na hata huongeza zaidi  bot ( ), ikiruhusu uboreshaji zaidi katika athari ya mwangwi wa Fabry–Perot. Kinachofanya teknolojia iliyopendekezwa kuwa ya kipekee na ya juu ikilinganishwa na teknolojia za kawaida ni ushirikiano wa pamoja wa tabaka hizi za faharisi ya juu na ya chini zinazowezesha usimamizi wa macho wa athari ya mwangwi na hasara ya SPP kwa faida ya utoaji wa juu zaidi; na uboreshaji wa ziada wa mwangwi kupitia upakaji wa HL. Pamoja na utangamano wao wa asili na sifa zinazohitajika za umeme (kwa mfano, utoaji wa shimo wenye ufanisi), faida hizi zote za macho huruhusu mtu kufungua kikamilifu hata uwezo uliofichwa ambao OLEDs za planar zinaweza kutoa kwa kweli. Grafu za contour zilizopatikana kwa EQE ya juu zaidi ya macho inayopatikana ( EQE (max)) kama kazi ya unene wa kikaboni ( org) na TiO2 ( TiO2) zilizowasilishwa kwenye   zinaonyesha kuwa  EQE (max) inaweza kufikia 44% katika vifaa vyenye tabaka zote za GraHIL na TiO2 wakati ingekuwa imezuiliwa hadi 38% bila GraHIL au hadi 31% bila TiO2. Masharti bora yanalingana na hali ambapo  H (na H ikiwa TiO2) inakaribia  /(4*n*H) (55 nm kwa  =550 nm). Inaweza pia kusemwa kuwa  EQE (max) ya 44% ni ya juu kuliko ile inayotarajiwa kwa OLEDs zilizowekwa sawa, za kawaida zinazotokana na metali zilizowekwa ndani na kitoa mwanga sawa. Hii inaweza kuhusishwa na ukweli kwamba usanifu uliopendekezwa hauathiriwi na hasara kutokana na ngozi ya fotoni na/au msisimko wa modi ya SPP ndani ya elektrodi za nusu-uwazi (tazama   na   kwa kulinganisha na zile za OLEDs za kawaida zinazotokana na metali zilizo na kasoro). Mchoro 2a,b et al 19 λ Kielelezo 4 cha ziada Jedwali 1 la ziada Dokezo 1 la ziada Kielelezo 5a cha ziada Jedwali 2 la ziada Kielelezo 5b cha ziada 30 R Mchoro 1d η d d Mchoro 1c,d η d λ λ η Kielelezo 6 cha ziada Jedwali 3 la ziada   ( , ) Mahesabu ya mienendo ya uharibifu wa nguvu iliyopimwa na mienendo ya utoaji wa kitoa mwanga katika vitengo vya kiholela (vilivyowekwa kama rangi iliyofafanuliwa katika baa za rangi.) dhidi ya wimbi la ndege: ( ) na TiO2 lakini bila GraHIL; ( ) na zote TiO2 na GraHIL. Mistari iliyokatika ya nyeusi huashiria mistari ya mpaka inayotenganisha njia za macho zinazowakilisha ikiwa ni pamoja na njia za nje, zilizofungwa na substrate (subs), zilizofungwa na wimbi (wg) na njia za mawimbi. ( ) Uharibifu wa nguvu uliohesabiwa dhidi ya wimbi la ndege lenye kiwango cha juu kwa  =550 nm kwa miundo mbalimbali ya elektrodi inayochunguzwa. Kwa vifaa vilivyo na TiO2,  TiO2 ilikuwa imewekwa kwa 55 nm na  org ilichaguliwa kwa masharti bora katika kila kisa. Kwa vifaa visivyo na TiO2,  org iliwekwa kwa thamani sawa na ile ya kishirikishi husika katika vifaa vyenye TiO2. a b a b c λ d d d Utendaji wa kifaa cha OLEDs zilizotengenezwa zinazotokana na grafiti Kwa kuongozwa na matokeo ya simulizi yaliyoonyeshwa hapo juu, tulitengeneza OLEDs za kijani kibichi kulingana na vitoa mwanga vya fosforescent vya bis(2-(2-pyridinyl- )phenyl-C)(acetylacetonato) iridium (III) (Ir(ppy)2acac) katika usanidi wa glasi/anode/(HIL)/OS1/LiF/Al na miundo tofauti ya anode/(HIL) ya TiO2/graphene/GraHIL; graphene/GraHIL; na ITO (185 nm)/GraHIL, ambapo OS1 inarejelea rundo la tabaka nyingi za kikaboni zilizofafanuliwa katika Mbinu. Matokeo ya majaribio yaliyowasilishwa kwenye   zinaonyesha kuwa EQE ya juu zaidi, ufanisi wa nguvu na ufanisi wa sasa unaopatikana kwa kifaa kinachotokana na TiO2/graphene/GraHIL ni juu kama 40.8%, 160.3 lm W−1 na 168.4 cd A−1, mtawalia, wakati maadili hayo yanazuiwa hadi 31.7%, 112.6 lm W−1 na 119.0 cd A−1 kwa kifaa kinachotokana na graphene/GraHIL, na 27.4%, 104.3 lm W−1 na 106.2 cd A−1  N Mchoro 3

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

Sauti hii imetolewa katika lugha asilia ya hadithi!

Wanasayansi Wafungua Skrini Zinazonyumbulika kwa Ufanisi Mkuu kwa Kutumia Graphene na Titanium Dioxide

About Author

MAONI

HANG TAGS

MAKALA HII ILIWASILISHWA NDANI

Related Stories

#ellenBrain Turns a Long Weekend Into: HackerNoon Swag Around the World

Speed up Swift compile time

Details of the Aerial Voyage.—Kennedy silenced

A PENDENT WORLD

#ellenBrain Turns a Long Weekend Into: HackerNoon Swag Around the World

Speed up Swift compile time

Details of the Aerial Voyage.—Kennedy silenced

A PENDENT WORLD

Light-Mode

Classic

Newspaper

Minty

Dark-Mode

Neon Noir

Minty

HN StartUps