Figura 1. Un dispositivo TFT fabbricato su film di poli(ammide-immide):A) Struttura schematica del TFT IGZO trasparente e flessibile fabbricato su PAI (s-u). B) Caratteristiche elettriche e C) Spettri di trasmittanza dei TFT IGZO. D) Prestazioni TFT in funzione del raggio di curvatura. Credito:Korea Advanced Institute of Science and Technology
La prossima generazione di display flessibili e trasparenti richiederà un materiale polimerico flessibile e ad alte prestazioni che abbia le proprietà ottiche e termiche del vetro. Il materiale deve essere trasparente alla luce visibile e avere un basso coefficiente di espansione termica (CTE). Sfortunatamente, tale materiale polimerico non era disponibile. Un team di ricerca KAIST è riuscito a realizzare un nuovo materiale polimerico con un valore CTE eccezionalmente basso, pur mantenendo un'elevata trasparenza ed eccellenti proprietà termiche e meccaniche. Il metodo sviluppato per i polimeri amorfi con un CTE controllato può essere applicato anche per controllare l'espansione termica dei materiali organici.
La maggior parte degli oggetti si espande per riscaldamento e si restringe per raffreddamento, e i polimeri organici hanno un CTE relativamente grande rispetto a quello delle ceramiche o dei metalli. Magro, substrati planari leggeri per dispositivi a semiconduttore dovrebbero avere un CTE simile della ceramica. Altrimenti, il dispositivo può rompersi a causa dello stress causato dall'espansione e dalla contrazione termica. Perciò, la corrispondenza tra il CTE del dispositivo a semiconduttore e il substrato è fondamentale per la produzione di successo dei dispositivi di visualizzazione. La formazione di una struttura a rete collegando catene polimeriche è un metodo ben noto per ridurre il CTE dei polimeri amorfi. Però, i polimeri con una struttura reticolare alla fine perdono la loro flessibilità e diventano fragili.
Come metodo alternativo, Il professor Sang Youl Kim del Dipartimento di Chimica e il suo team hanno scelto di regolare la distanza e l'interazione tra le catene polimeriche. L'espansione e la contrazione termica dei film polimerici possono essere minimizzate introducendo forze di interazione tra le catene polimeriche e disponendo la direzione della forza perpendicolarmente. Il team ha implementato con successo questo approccio progettando in modo appropriato la struttura chimica di un materiale polimerico trasparente. Si chiama film di poli (ammide-immide), che è trasparente, flessibile, e materiale polimerico ad alte prestazioni. È termicamente abbastanza stabile da essere utilizzato nel processo di fabbricazione AMOLED (diodo organico a emissione di luce a matrice attiva) (stabile a> 400℃) con un CTE basso (4ppm/℃).
Figura 2. Poli(ammide-immide) trasparente e termostabile a basso CTE:A) Percorso sintetico verso i PAI. B) Foto di film autoportante PAI(s-u) e C) relazione di trasmittanza e CTE in funzione del contenuto di u diammina nel PAI. Credito:Korea Advanced Institute of Science and Technology
Il team ha realizzato dispositivi IGZO TFT (Indium Gallium Zinc Oxide Thin Film Transistor) sul film di poli(ammide-immide) trasparente di nuova sintesi, e ha confermato che il dispositivo potrebbe effettivamente funzionare normalmente anche quando è piegato fino a un raggio di 1 mm.
Il professor Kim ha detto, "I nostri risultati suggeriscono un modo per controllare l'espansione termica dei polimeri amorfi simile a un livello di vetro senza reticolazione chimica, che è stato a lungo considerato un problema impegnativo. Allo stesso tempo, siamo riusciti a rendere il polimero trasparente e flessibile. Ci aspettiamo che possa essere applicato per controllare l'espansione termica di vari materiali organici".
