Ricercatori negli Stati Uniti e in Corea hanno segnalato i primi diodi flessibili efficienti a emissione di luce con un MXene in carburo di titanio bidimensionale come elettrodo flessibile e trasparente. Questi diodi emettitori di luce basati su MXene (MX-LED) con elevata efficienza e flessibilità sono stati ottenuti tramite un'ingegneria di interfaccia precisa dalla sintesi del materiale all'applicazione.

I display flessibili si sono sviluppati a un ritmo veloce e il mercato globale dei display flessibili si è espanso rapidamente nel corso degli anni. Lo sviluppo di elettrodi conduttivi trasparenti flessibili (TCE) con eccezionale flessibilità e conduttività elettrica è uno dei requisiti chiave per i display di nuova generazione perché l'ossido di indio e stagno (ITO), il TCE convenzionale, è fragile. Diversi materiali come il grafene, sono stati suggeriti polimeri conduttori e nanofili metallici, ma la loro insufficiente conduttività elettrica, la bassa funzione di lavoro e la complicata fabbricazione degli elettrodi ne limitavano l'uso pratico.

MXene, una nuova famiglia di materiali bidimensionali

MXene, una nuova classe di materiali bidimensionali scoperta alla Drexel University nel 2011, sono costituiti da strati di pochi atomi di spessore di carburi o nitruri di metalli di transizione. Hanno mostrato proprietà impressionanti come la conduttività elettrica simile al metallo e la superficie sintonizzabile e le proprietà elettroniche, offrendo nuove possibilità ai vari campi della tecnologia. Dalla loro scoperta, il loro uso è stato esplorato in una serie di aree, come batterie agli ioni metallici, sensori, stoccaggio di gas ed elettrochimici, dispositivi energetici, catalizzatori e medicina. Gli MXene hanno mostrato potenziale come elettrodi flessibili grazie alla loro flessibilità superiore. Però, l'esplorazione di MXene negli elettrodi flessibili dei dispositivi optoelettronici è iniziata solo di recente perché i film MXene convenzionali non soddisfano i requisiti di funzione di lavoro e conduttività nei LED e nelle celle solari, e possono degradarsi quando sono esposti allo strato di iniezione del foro a base d'acqua acida (HIL).

MXene per applicazioni LED flessibili

Un team internazionale di scienziati della Seoul National University e della Drexel University, guidato da Tae-Woo Lee e Yury Gogotsi si è concentrato sulla modulazione della superficie e dell'interfaccia dei film MXene elaborati in soluzione per creare un sistema MXene/HIL ideale. Hanno messo a punto la superficie del film MXene per avere una funzione di lavoro elevata (WF) mediante ricottura sotto vuoto a bassa temperatura e l'HIL è progettato per essere a pH neutro e diluito con alcool, prevenendo l'ossidazione superficiale dannosa e la degradazione della pellicola dell'elettrodo. Il sistema MXene/HIL suggerito dal team offre vantaggi all'efficienza del dispositivo grazie all'efficace iniezione di fori nello strato emittente formando un contatto ohmico quasi ideale.

Utilizzando il sistema MXene/HIL, il team ha fabbricato LED organici verdi (OLED) ad alta efficienza superiori a 100 cd/A, che concorda bene con i valori massimi teorici ed è del tutto confrontabile con quello dei dispositivi convenzionali basati su ITO. Finalmente, i LED MXene flessibili su un substrato di plastica mostrano un'eccezionale stabilità alla flessione mentre i LED ITO non sopportano lo stress da flessione. È il primo rapporto che dimostra che gli OLED altamente efficienti utilizzano un singolo strato di MXene in carburo di titanio 2-D come elettrodo flessibile.

Questa ricerca è pubblicata sulla rivista di spicco Materiale avanzato . Gli autori spiegano ulteriormente:"I risultati del film MXene ingegnerizzato all'interfaccia e dei LED organici flessibili basati su elettrodi MXene mostrano il forte potenziale del MXene TCE elaborato in soluzione per l'uso in dispositivi optoelettronici di prossima generazione che possono essere prodotti utilizzando un basso costo tecnologia di elaborazione delle soluzioni."