Un additif plastique courant rend les écrans OLED extensibles plus lumineux et plus élastiques
Une étude montre qu'un plastifiant courant peut améliorer l'efficacité et l'extensibilité des films polymères électroluminescents
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La même catégorie d'additifs chimiques qui rend le film alimentaire souple et les revêtements de sol en vinyle souples pourrait bien être la clé pour ouvrir la voie à la prochaine génération d'écrans portables. Des chercheurs de la Pritzker School of Molecular Engineering (UChicago PME) de l’université de Chicago ont découvert qu’en incorporant un plastifiant courant dans des films polymères électroluminescents, ceux-ci devenaient à la fois plus lumineux et plus extensibles.
Ces travaux, menés par un étudiant de premier cycle de l’UChicago PME de la promotion 2025, offrent une solution étonnamment simple à l’un des principaux défis de la technologie OLED extensible : rendre les matériaux électroluminescents souples sans réduire leur efficacité d’émission lumineuse.
« Par le passé, nous avions essayé de mettre au point toutes sortes de nouvelles structures chimiques complexes pour les émetteurs extensibles », a déclaré Sihong Wang, maître de conférences en ingénierie moléculaire à l’UChicago PME et auteur principal de la nouvelle étude publiée dans *Nature Communications*. « Mais cette méthode est vraiment simple : il suffit de mélanger deux substances, dont l’une est un additif disponible dans le commerce que l’on utilise depuis des décennies pour assouplir les plastiques de tous les jours. »
Écarter les chaînes polymères
Les ingénieurs tentent depuis longtemps de créer des diodes électroluminescentes organiques (OLED) extensibles, particulièrement utiles dans l’électronique portable, les robots humanoïdes et les écrans 3D en général. Pour Wang, les OLED extensibles s’inscrivent dans une vision plus large : un ensemble de dispositifs électroniques compatibles avec le corps, capables de détecter, de calculer et de communiquer directement sur ou à l’intérieur du corps. Son laboratoire a développé des patchs informatiques extensibles et des biocapteurs dans cette optique, et les écrans extensibles, lumineux et efficaces, en constituent un élément essentiel. Mais trouver le juste équilibre entre luminosité et souplesse, à l’image de la peau, dans ces matériaux s’est avéré difficile.
Le laboratoire de Wang avait déjà travaillé au développement de polymères TADF (fluorescence retardée à activation thermique) extensibles, qui sont bien plus efficaces que les émetteurs classiques. Cependant, lorsque ces polymères sont disposés de manière très dense dans un film, les unités voisines peuvent interférer les unes avec les autres. Leurs énergies s’annulent avant même que la lumière ne soit émise, un phénomène connu sous le nom d’« extinction par concentration ».
Wang et ses collègues ont émis l’hypothèse que l’introduction de minuscules espaces physiques entre les polymères pourrait résoudre ce problème d’extinction. Parallèlement, ces espaces physiques créés entre les chaînes de polymères émettant de la lumière pourraient permettre à celles-ci de glisser plus facilement les unes sur les autres lors d’un étirement mécanique — tout comme les plastifiants assouplissent les polymères courants.
Pour tester cette hypothèse, l’étudiant de premier cycle Glingna Wang s’est tourné vers le phtalate de dioctyle (DOP), un plastifiant déjà largement utilisé dans les plastiques courants comme le vinyle.
« D’autres groupes avaient démontré que les plastifiants pouvaient apporter une certaine extensibilité, mais personne n’avait encore testé l’utilisation de plastifiants dans des polymères électroluminescents », a déclaré Glingna Wang.
Une solution simple aux effets considérables
Les résultats ont surpris l’équipe de recherche. Le DOP n’a pas seulement rendu les films TADF plus extensibles ; il a également amélioré leur efficacité fluorescente. L’efficacité est passée de 60 % pour le film non traité à près de 100 %, se rapprochant ainsi du maximum théorique. Parallèlement, l’extensibilité du film s’est considérablement améliorée, passant d’une déformation à l’apparition de fissures de seulement 5 % à plus de 110 %.
Point crucial : cet effet ne s’est pas limité à un seul polymère. Lorsque l’équipe a ajouté du DOP à quatre autres polymères TADF présentant des structures chimiques différentes, tous ont affiché des gains substantiels tant en termes d’efficacité que d’extensibilité. C’est cette large applicabilité qui distingue cette approche des stratégies conventionnelles, qui nécessitent généralement une synthèse chimique sur mesure pour chaque nouveau matériau.
« Nous avons découvert une méthode physique susceptible d’être largement applicable et qui pourrait fonctionner avec différents types d’émetteurs à base de polymères », a déclaré Sihong Wang.
Dans des dispositifs OLED fonctionnels, les films plastifiés ont permis une amélioration de 35 % du rendement par rapport aux dispositifs fabriqués sans DOP.
Sous la direction d’une étudiante de premier cycle
Glingna Wang, qui entame actuellement un doctorat à l’université Northwestern, a déclaré que lorsqu’elle a rejoint le laboratoire de M. Wang, elle ne s’attendait pas à devenir la première autrice d’un article.
« Je ne m’attendais pas, en tant qu’étudiante de premier cycle, à diriger un projet indépendant », a déclaré Glingna Wang. « Mais grâce à la grande confiance et aux conseils du professeur Wang, ainsi qu’à l’environnement favorable au sein du groupe Wang, j’ai progressivement appris à m’attaquer aux problèmes et à faire face seule à de véritables enjeux de recherche. »
Elle a ajouté que cette expérience l’avait bien préparée aux études de troisième cycle, où elle prévoit de poursuivre ses recherches sur les applications biomédicales de l’électronique.
Au sein du département PME de l’Université de Chicago, Sihong Wang et ses collègues continuent d’intégrer ces nouveaux émetteurs dans des matrices d’affichage et explorent leur utilisation dans les thérapies optiques et les dispositifs biomédicaux basés sur la lumière.
Note: Cet article a été traduit à l'aide d'un système informatique sans intervention humaine. LUMITOS propose ces traductions automatiques pour présenter un plus large éventail d'actualités. Comme cet article a été traduit avec traduction automatique, il est possible qu'il contienne des erreurs de vocabulaire, de syntaxe ou de grammaire. L'article original dans Anglais peut être trouvé ici.
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