研究人员指出，这一新型器件延续了智能手机、曲面显示器和电视中已广泛应用的 OLED 技术思路，但目标从“可弯折、可卷曲”进一步推进到“可拉伸、可贴合皮肤”。 未来，这类器件有望直接贴在皮肤表面，动态显示体温、血流或压力等生理参数。
此次发表的工作中，团队设计了一种结合磷光聚合物发光层与 MXene 透明电极的新结构，使得器件在被拉伸至原始长度约 1.6 倍时仍能保持大部分亮度。 德雷塞尔大学工程学院教授 Yury Gogotsi 表示，柔性 OLED 的一大难题一直在于在反复弯折拉伸后保持发光耐久性，而透明导电层的机械与电学限制在过去十年内显著制约了延展性提升。
传统柔性 OLED 通常将有机发光层和电极沉积在可弯曲塑料基底上，通过电致发光过程产生光输出。 然而，随着反复弯曲，电极和有机层内部会逐渐出现裂纹和损伤，导致亮度和柔韧性下降；同时，为提高可拉伸性而掺入的绝缘弹性聚合物，会削弱载流子输运效率，从而降低发光。
为突破这一瓶颈，团队从发光层本身入手，引入所谓“外激发复合辅助磷光”（ExciPh）有机材料体系，通过调控能级结构，使更多载流子复合生成激子并高效辐射发光。 在该 ExciPh 层中，超过 57% 的激子被转化为可见光，而现有许多 OLED 聚合物发光层的这一数值通常仅约为 12% 至 22%。
研究人员还将 ExciPh 发光层嵌入热塑性聚氨酯弹性体基体中，在保持拉伸性的同时增强整体机械稳定性。 为改善电荷注入与分布，他们重新设计了电极结构，使电荷在器件内传输更加均匀，从而在反复形变时仍能保持稳定发光性能。
在电极材料方面，团队采用由德雷塞尔大学在 2011 年率先开发的二维高导电材料 MXene，并与银纳米线复合，制备出透明且可拉伸的电极网络。 这种网络不仅导电性优异，其层状结构和可调功函数也便于实现高效空穴或电子注入，显著提升了 OLED 在弯曲和拉伸状态下的亮度保持能力。
基于上述材料与结构设计，研究团队制作了心形和数字形状的柔性绿色 OLED 显示样品，用于测试电荷向激子转换的效率以及在反复拉伸应力下的耐久性。 首尔大学团队还在此基础上，通过在 ExciPh 层中加入四种不同掺杂材料，实现了全彩、全可拉伸的 OLED 显示面板，并展示了适合可穿戴电子的低功耗被动矩阵可拉伸 OLED 器件。
实验结果显示，这一新型可拉伸 OLED 在亮度和能效方面均优于先前报道的类似器件。 当被拉伸至最大应变的 60% 时，其性能仅下降约 10.6%；在 2% 应变下反复拉伸 100 次后，器件仍能保留 83% 的光输出，体现出显著的耐久性提升。
论文合著者、曾在德雷塞尔大学从事研究的 Teng Zhang 表示，该设计路线有望推动新一代高效柔性光电器件的发展，在实时健康监测和可穿戴通信技术等领域发挥重要作用。 展望未来，研究团队计划进一步探索更多类型的柔性基底，精细调控有机层以获得不同颜色和亮度，并简化制造工艺，以促进可拉伸 OLED 技术的更广泛应用。
编译自/ScitechDaily