Fabrican leds elásticos, plegables y flexibles

También son más baratos, más rápidos y se fabrican con una impresora de inyección de tinta.

Claro, podría colocar dos pantallas con una bisagra y llamarlo un teléfono celular “plegable”, pero ¿y si pudiera enrollarlo y guardarlo en su billetera? ¿O estirarlo alrededor de su muñeca para usarlo como reloj?

El siguiente paso en las pantallas digitales que se están desarrollando en la Escuela de Ingeniería McKelvey de la Universidad de Washington en St. Louis podría hacer eso una realidad.

Primero, estaban los diodos emisores de luz o LED.

Luego, LED orgánicos u OLED.

Ahora, investigadores del laboratorio de Chuan Wang, profesor asistente en el Departamento de Ingeniería Eléctrica y de Sistemas de Preston M. Green, han desarrollado un nuevo material que tiene lo mejor de ambas tecnologías y una forma novedosa de fabricarlo: utilizando una impresora de inyección de tinta.

Los LED orgánicos, fabricados con pequeñas moléculas orgánicas o materiales poliméricos, son baratos y flexibles.

“Puede doblarlos o estirarlos, pero tienen un rendimiento relativamente bajo y una vida útil corta“, dijo Wang.

“Los LED inorgánicos como los microLED son de alto rendimiento, superbrillantes y muy fiables, pero no flexibles y muy caros“.

“Lo que hemos hecho es un compuesto orgánico-inorgánico”, dijo. “Tiene lo mejor de ambos mundos”.

Utilizaron un tipo particular de material cristalino llamado perovskita de haluro organometálico, aunque con un giro novedoso.

La forma tradicional de crear una capa delgada de perovskita, que está en forma líquida, es gotearla sobre un sustrato plano y giratorio, como un juguete de arte giratorio, en un proceso conocido como revestimiento giratorio.

A medida que el sustrato gira, el líquido se esparce y eventualmente lo cubre con una capa delgada.

A partir de ahí, se puede recuperar y convertir en LED de perovskita o PeLED.

Sin embargo, al igual que en el arte del hilado, en ese proceso se desperdicia una gran cantidad de material: a medida que el sustrato gira a varios miles de RPM, parte de la perovskita que gotea se salpica y sale volando, sin adherirse al sustrato.

“Debido a que viene en forma líquida”, dijo Wang,

“imaginamos que podríamos usar una impresora de inyección de tinta” en lugar del recubrimiento por rotación.

La fabricación por inyección de tinta ahorra materiales, ya que la perovskita se puede depositar solo donde se necesita, de manera similar a la precisión con la que se imprimen letras y números en una hoja de papel; sin salpicaduras, menos desperdicio.

El proceso también es mucho más rápido, reduciendo el tiempo de fabricación de más de cinco horas a menos de 25 minutos.

Otro beneficio de utilizar el método de impresión por inyección de tinta tiene el potencial de remodelar el futuro de la electrónica: la perovskita se puede imprimir en una variedad de sustratos no convencionales, incluidos aquellos que no se prestan a la estabilidad durante el hilado: materiales como el caucho.

“Imagínese tener un dispositivo que comienza con el tamaño de un teléfono celular, pero que puede extenderse hasta el tamaño de una tableta”, dijo Wang.

Sin embargo, para que una pantalla sea flexible, imprimir LED rígidos en goma no funcionará.

Los propios LED deben ser flexibles. La perovskita no lo es.

El primer autor, Junyi Zhao, candidato a doctorado en el laboratorio de Wang, pudo resolver el problema incrustando los cristales inorgánicos de perovskita en una matriz polimérica orgánica hecha de aglutinantes poliméricos.

Esto hizo que la perovskita y, por asociación, los PeLED, en sí mismos, fueran elásticos y estirables por naturaleza.

El proceso no fue exactamente sencillo.

Pasaron muchos días, y algunas noches, en el laboratorio antes de hacerlo bien.

Wang y Zhao estuvieron de acuerdo en que el mayor obstáculo era asegurarse de que las diferentes capas de material no se mezclaran.

Debido a que todas las partes del PeLED estaban hechas de líquido (la capa de perovskita, así como los dos electrodos y una capa amortiguadora), una de las principales preocupaciones era evitar que todas las capas se mezclaran.

Los LED se construyen en una configuración tipo sándwich, con al menos una capa emisora, una capa de ánodo y una capa de cátodo.

A veces también se pueden usar capas adicionales, como capas transportadoras de electrones y huecos.

Zhao tuvo que mantener la capa de perovskita a salvo de que se mezclara con cualquiera de las otras, de la misma forma en que pasar un resaltador sobre tinta recién escrita podría mancharla.

Necesitaba encontrar un polímero adecuado, uno que pudiera insertarse entre la perovskita y las otras capas, protegiéndola de ellas sin interferir demasiado con el rendimiento del PeLED.

“Encontramos el mejor material y el mejor grosor para equilibrar el rendimiento y la protección del dispositivo“, dijo Zhao.

Después de eso, pasó a imprimir los primeros PeLED elásticos.

La Oficina de Gestión de Tecnología de la universidad tiene una patente pendiente sobre la tecnología y el método de fabricación.

Estos PeLED pueden ser solo el primer paso en una revolución electrónica: las paredes podrían proporcionar iluminación o incluso mostrar el periódico del día.

Se pueden usar para fabricar dispositivos portátiles, incluso dispositivos portátiles inteligentes, como un oxímetro de pulso para medir el oxígeno en sangre.

Fuente: Advanced Materials