اختصاصی شبکه علمی ثریا- یک صفحه نمایش دیجیتال نازک و انعطاف پذیر را تصور کنید که بتوانید آن را به دور مچ دست خود بپیچید، آن را در هر جهتی تا کنید یا روی فرمان ماشین خود خم کنید. محققان دانشکده مهندسی مولکولی پریتزکر (PME) در دانشگاه شیکاگو دقیقاً چنین ماده ای را طراحی کرده اند که می تواند خم شود یا تا بیش از دو برابر طول اصلی خود کشیده شود. این ماده کاربردهای گسترده‌ای دارد، از لوازم الکترونیکی پوشیدنی و حسگرهای سلامت گرفته تا صفحه‌نمایش رایانه تاشو. یکی از محققین این پروژه گفت : یکی از مهم‌ترین اجزای هر وسیله الکترونیکی مصرفی که امروزه استفاده می‌کنیم، نمایشگر است و ما دانش بسیاری از زمینه‌های مختلف را برای ایجاد یک فناوری نمایشگر کاملاً جدید ترکیب کرده‌ایم. وی افزود: این همان موادی است که شما به آن نیاز دارید تا در نهایت بتوانید صفحه نمایش های واقعا انعطاف پذیر را تولید کنید. این کار واقعاً بنیادی است و ما انتظار داریم که روی بسیاری از فناوری‌هایی که ما حتی به آنها فکر نکرده‌ایم هم جواب دهد.
ساخت پلیمرهای انعطاف پذیر و روشن
نمایشگرهای اکثر گوشی‌های هوشمند رده بالا و همچنین تعداد فزاینده‌ای از تلویزیون‌ها، از فناوری OLED (دیود ساطع نور ارگانیک) استفاده می‌کنند که مولکول‌های آلی کوچک را بین رساناها قرار می‌دهد. وقتی یک جریان الکتریکی روشن می‌شود، مولکول‌های کوچک نور درخشانی از خود ساطع می‌کنند. این فناوری نسبت به نمایشگرهای ال‌ای‌دی و ال‌سی‌دی قدیمی‌تر از نظر انرژی کارآمدتر است و به خاطر تصاویر واضح آن تحسین شده است. با این حال، بلوک های ساختمان مولکولی OLED دارای پیوندهای شیمیایی و ساختارهای محکم هستند. موادی که در حال حاضر در این نمایشگرهای OLED پیشرفته استفاده می‌شوند، بسیار شکننده هستند و قابلیت کشش ندارند. هدف ما ایجاد چیزی بود که الکترولومینسانس OLED را حفظ کند اما با پلیمرهای قابل کشش.
این گروه می دانستند که برای القای کشش پذیری مواد ، پلیمرهای بلند با زنجیره های مولکولی قابل خم شدن چه چیزی لازم است و همچنین می دانستند که چه ساختارهای مولکولی لازم است تا یک ماده آلی نور را به طور بسیار موثر ساطع کند. آنها تصمیم گرفتند پلیمرهای جدیدی بسازند که هر دو ویژگی را یکپارچه کنند. وی خاطر نشان کرد: ما توانسته‌ایم مدل‌های اتمی پلیمرهای جدید مورد علاقه را بسازیم و با این مدل‌ها، شبیه‌سازی کردیم که وقتی این مولکول‌ها را می‌کشید و سعی می‌کنید آنها را خم کنید، چه اتفاقی می‌افتد. اکنون که این ویژگی‌ها را در سطح مولکولی درک می‌کنیم، چارچوبی برای مهندسی مواد جدید داریم که در آن انعطاف‌پذیری و درخشندگی بهینه می‌شوند.
آنها با پیش بینی های محاسباتی برای پلیمرهای الکترولومینسانس انعطاف پذیر جدید، چندین نمونه اولیه ساختند. همانطور که مدل پیش‌بینی کرده بود، مواد منعطف، کشش‌پذیر، روشن، بادوام و کارآمد بودند. یکی از ویژگی های کلیدی در طراحی آنها استفاده از "فلورسانس تاخیری فعال شده با حرارت" بود که به مواد اجازه می داد انرژی الکتریکی را به روشی بسیار کارآمد به نور تبدیل کنند. این مکانیسم نسل سوم برای ساطع کننده های آلی می تواند موادی را با عملکردی برابر با فناوری های تجاری OLED ارائه دهد.
چشم اندازی برای لوازم الکترونیکی پوشیدنی
این تیم قبلا تراشه‌های محاسباتی نورومورفیک قابل کشش را توسعه داده بودند که می‌تواند داده‌های سلامتی را بر روی نوعی نوار چسب انعطاف‌پذیر جمع‌آوری و تجزیه و تحلیل کند. اکنون توانایی ایجاد نمایشگرهای قابل کشش به مجموعه ابزارهای رو به رشد او برای وسایل الکترونیکی پوشیدنی نسل بعدی اضافه می کند. به گفته آنها، مواد قابل انعطافی که نور ساطع می کنند، نه تنها می توانند برای نمایش اطلاعات استفاده شوند، بلکه می توانند در حسگرهای پوشیدنی که به نور نیاز دارند، ادغام شوند. برای مثال، حسگرهایی که اکسیژن خون و ضربان قلب را اندازه‌گیری می‌کنند، معمولاً نوری را از طریق رگ‌های خونی می‌تابانند تا جریان خون را حس کنند. یک ماده روشن‌کننده خم‌شونده نیز می‌تواند در نهایت در دستگاه‌های قابل کاشت، مانند دستگاه‌هایی که از نور برای کنترل فعالیت نورون‌های مغز استفاده می‌کنند، ادغام شود (این نوع به اصطلاح اپتوژنتیک در حال حاضر فقط در آزمایش‌های حیوانی برای درک بهتر مغز و بیماری های مغزی استفاده می شود).