《Nature Commun》：一种无衬底、柔性、防水的OLED！

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可以无缝集成并用于柔性显示器、可穿戴设备和生物植入的超薄和高度灵活的发光设备仍然难以实现。在这里，作者展示了一种高效、稳定的OLED，其总厚度约为12 µm，可以完全浸入水或细胞营养介质中数周而不会发生实质性降解。这些屏障还赋予OLED对重复弯曲和后处理的稳定性。这种前所未有的性质为超薄OLED开辟了广阔的发展空间。相关论文以题目为“A substrateless, flexible, and water-resistant organic light-emitting diode”发表在Nature Communications期刊上。

有机半导体的独特性质，特别是其非晶态和机械柔韧性，使一系列灵活的光电设备成为可能，包括有机发光二极管(OLED)、有机太阳能电池、有机传感器、电子皮肤和神经设备等。机械柔性有机发光二极管(OLED)的发展激发了曲面显示屏的智能手机和电视的灵感，第一批简单可折叠显示屏的产品现在正在进入市场。除了在显示器中使用外，柔性OLED还能实现许多有前途的新应用，例如用于可穿戴设备和生物医学设备。在所有这些情况下，超薄的外形系数是非常理想的，以减轻重量和体积，实现最终的机械灵活性和合规性，重要的是，最大限度地减少弯曲和折叠时设备中的机械应变。

超薄OLED具有令人印象深刻的灵活性，但对于这种超薄器件来说，还没有实现在常温甚至水溶液条件下的稳定工作，空气中的寿命通常只有几十个小时。制造可靠的柔性有机发光二极管的主要挑战是有机半导体对水分和氧气的极端敏感性。为了防止器件快速退化，需要一种薄膜封装(TFE)，这种封装既灵活又能提供坚固的密封。在TFE沉积或弯曲器件时可能形成的微观针孔或微裂纹会导致器件迅速失效。这种情况对有机发光二极管未来的生物医学应用尤其具有挑战性，因为这些应用经常需要生物植入，因此对水环境具有抵抗力。

由两种不同无机材料的超薄层交替形成的纳米层进一步提高了包封性。作为这一概念的延伸和改善与柔性衬底的兼容性，无机-聚合物多层结构已经被提出作为TFE阻挡层，并且这种结构确实被发现具有良好的阻隔性能。然而，到目前为止，文献中报道的柔性OLED要么由于TFE较弱或不存在TFE而在环境条件下表现出较差的稳定性，要么使用了相对较厚的具有嵌入阻挡层的塑料基板。

图1：具有防水混合TFE栅栏的柔性无基板OLED。

图2：角分辨EL光谱和效率表征。

图3：柔性OLED在空气和水环境中的稳定性。

图4：等离子体刻蚀TFE势垒的粗化及其对光输出耦合的影响。

在这项工作中，作者展示了超薄、灵活和高效的有机发光二极管，可以抵抗空气、水、各种溶剂和反应性气体等离子体。有机发光二极管的有源层被夹在两个完全相同的混合TFE势垒之间，这些TFE势垒由无机纳米层化合物和对二甲苯-C组成。由于不需要基板，因此该方法的器件总厚度为≈12 µm，与食品包装用保鲜膜的典型厚度相似。

原文链接
https://www.nature.com/articles/s41467-020-20016-3

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