Công nghệ OLED (Organic Light-Emitting Diode) vốn quen thuộc trên smartphone màn hình gập, màn hình cong máy tính hay TV hiện đại, nay có thể trở thành nền tảng cho các cảm biến gắn trực tiếp lên da. Những thiết bị này hứa hẹn hiển thị tức thì các thông số như nhiệt độ cơ thể, lưu lượng máu hay áp suất ngay trên bề mặt da.

Đây là kết quả nghiên cứu của nhóm khoa học quốc tế do các nhà nghiên cứu tại Đại học Quốc gia Seoul (Hàn Quốc) và Đại học Drexel (Mỹ) dẫn đầu. Công trình vừa được công bố trên tạp chí Nature ngày 14/1, mô tả thiết kế OLED mới kết hợp lớp polymer phát quang linh hoạt với điện cực trong suốt làm từ vật liệu nano MXene. Nhờ cấu trúc này, màn hình có thể kéo giãn tới 1,6 lần chiều dài ban đầu mà vẫn giữ được độ sáng ổn định.

OLED phát sáng nhờ hiện tượng điện phát quang: khi dòng điện đi qua, các hạt mang điện gặp nhau trong lớp polymer hữu cơ, tạo thành exciton và phát ra ánh sáng. Tuy nhiên, khi tích hợp trên nền nhựa dẻo để uốn cong, độ sáng thường giảm dần sau nhiều lần gập, do điện cực và lớp hữu cơ bị tổn thương.

Theo các nhà nghiên cứu, việc bổ sung polymer co giãn thường làm giảm khả năng dẫn điện, dẫn đến ánh sáng yếu hơn. Ngoài ra, điện cực phổ biến hiện nay dễ bị giòn và nứt khi kéo giãn nhiều lần. Vấn đề này được giải quyết bằng cách sử dụng điện cực MXene, vốn có độ bền cơ học cao và khả năng điều chỉnh linh hoạt, giúp duy trì hiệu quả dẫn điện.

Để tăng hiệu suất, nhóm nghiên cứu đã phát triển lớp hữu cơ đặc biệt gọi là Exciplex-assisted phosphorescent (ExciPh). Vật liệu này giúp nhiều exciton hơn được tạo ra và chuyển đổi thành ánh sáng.

• Tỷ lệ chuyển đổi exciton thành ánh sáng đạt 57%, cao hơn nhiều so với mức 12–22% của OLED truyền thống.
• Lớp ExciPh được nhúng trong ma trận polyurethane đàn hồi, tăng độ co giãn và độ bền.

Điện cực MXene: “vũ khí” nâng hiệu suất

MXene – vật liệu nano hai chiều do Đại học Drexel phát triển năm 2011 – được kết hợp với silver nanowires để tạo mạng lưới dẫn điện trong suốt và co giãn. Nhờ đó, dòng điện di chuyển hiệu quả hơn vào lớp phát sáng, giúp OLED duy trì độ sáng ngay cả khi bị kéo giãn nhiều lần.

Các nhà khoa học đã chế tạo màn hình OLED xanh lá hình trái tim và các ký tự số, thử nghiệm khả năng phát sáng khi kéo giãn:

• Khi kéo giãn tới 60%, độ sáng chỉ giảm khoảng 10,6%.
• Sau 100 lần kéo giãn ở mức 2%, thiết bị vẫn giữ được 83% độ sáng ban đầu.

Ngoài ra, nhóm nghiên cứu tại Seoul còn phát triển màn hình OLED đủ màu và ma trận thụ động co giãn, phù hợp cho thiết bị đeo tiết kiệm năng lượng.

Theo các nhà khoa học, công nghệ này sẽ mở đường cho thế hệ màn hình đeo và thiết bị hiển thị biến dạng, phục vụ theo dõi sức khỏe thời gian thực và giao tiếp di động.

Trong tương lai, nhóm nghiên cứu sẽ tiếp tục thử nghiệm các loại nền linh hoạt khác, tinh chỉnh lớp hữu cơ để tạo màu sắc và độ sáng đa dạng hơn, đồng thời tối ưu quy trình sản xuất để thương mại hóa rộng rãi.