没有人会想象把自己的智能手机、电视或其他电子设备弄皱。如今的显示屏——扁平、僵硬、易碎——缺乏改造能力,无法与用户互动响应。
斯坦福大学(Stanford University)化学工程师鲍哲安(Zhenan Bao)和她的研究团队一直在研发一种能改变这一现状的显示器,他们的目标是打造柔软而有弹性的“皮肤灵感”电子产品。现在,经过三年多的工作,他们在3月23日发表的一篇新论文中证明了一种可拉伸的、潜在可重塑的显示器的原理自然.
他们的发明在于发现了一种生产高亮度弹性发光聚合物的方法,这种聚合物的功能就像灯泡中的灯丝。该团队制作的显示器完全由可拉伸的聚合物——合成塑料材料制成。据报道,这款设备的最大亮度至少是手机的两倍,可以拉伸到原来长度的两倍而不撕裂麦肯齐Prillaman在斯坦福大学的新闻。
工程学院K. K. Lee教授和该论文的高级作者Bao说:“可拉伸显示器可以实现一种新的人机交互界面方式。”“我们可以看到图像,并与它互动,然后显示可以根据我们的反应改变。”
大多数发光聚合物在拉伸时是僵硬的,会破裂。科学家们可以通过添加橡胶等弹性绝缘材料来增加它们的灵活性。但是这些添加剂降低了导电性,这就需要聚合物使用危险的高电压来产生微弱的光。
然而,大约三年前,博士后学者张志涛发现,一种名为SuperYellow的黄色发光聚合物在与一种聚氨酯(一种有弹性的塑料)混合时,不仅变得柔软柔韧,还能发出更明亮的光。
“如果我们添加聚氨酯,我们会看到SuperYellow形成纳米结构,”该研究的第一作者张说。“这些纳米结构真的很重要。它们使脆性聚合物可拉伸,并使聚合物发出更明亮的光,因为纳米结构像渔网一样连接在一起。”
与添加橡胶不同的是,使“超黄”具有弹性的纳米级纤维互连网不会抑制电流流动——这是开发明亮显示屏的关键。在这一发现之后,该团队还创造了具有弹性的红色、绿色和蓝色发光聚合物。
有了可拉伸的发光聚合物,该团队需要将电子显示器的其余成分叠合在一起。
“找到合适的材料真的很有挑战性,”鲍解释道。“在电子方面,它们必须相互匹配,才能给我们提供高亮度。但是,它们还需要同样良好的机械性能,以使显示器具有可拉伸性。最后,对于制作,智涛必须想出一种方法,将层堆叠在一起,这样这个过程不会降低亮度。”
最后的展示包含七层。两个外层是封装器件的两个衬底。向内移动的是两个电极层,每个电极层后面是电荷传输层。最后,发光层夹在中间。
当电流通过显示屏时,一个电极向发光层注入正电荷(称为空穴),而另一个电极向发光层注入负电荷电子。当这两种电荷相遇时,它们结合在一起,进入能量激发态。几乎在此之后,通过产生光子(一种光粒子),状态恢复正常。
由此产生的全聚合物薄膜可以附着在手臂或手指上,在弯曲或屈曲时不会撕裂。这将使可穿戴追踪器的显示屏直接附着在皮肤上。
Bao看到了可拉伸显示器的各种其他潜在用途。它可以用来制造可重塑的互动屏幕,甚至可以在地图上形成三维景观。
鲍说:“想象一下,在屏幕上,你既能看到也能感受到三维物体。”“这将是一种全新的远程交互方式。”