Des chercheurs aux États-Unis et en Corée ont signalé les premières diodes électroluminescentes flexibles efficaces avec un carbure de titane bidimensionnel MXene comme électrode flexible et transparente. Ces diodes électroluminescentes à base de MXene (MX-LED) à haute efficacité et flexibilité ont été obtenues grâce à une ingénierie d'interface précise, de la synthèse du matériau à l'application.

Les écrans flexibles se sont développés à un rythme rapide et le marché mondial des écrans flexibles s'est développé rapidement au fil des ans. Le développement d'électrodes conductrices transparentes flexibles (ETC) avec une flexibilité et une conductivité électrique exceptionnelles est l'une des exigences clés pour les écrans de nouvelle génération car l'oxyde d'indium et d'étain (ITO), le TCE conventionnel, est cassant. Des matériaux divers comme le graphène, des polymères conducteurs et des nanofils métalliques ont été suggérés mais leur conductivité électrique insuffisante, la faible fonction de travail et la fabrication compliquée des électrodes limitaient leur utilisation pratique.

MXenes, une nouvelle famille de matériaux bidimensionnels

MXenes, une nouvelle classe de matériaux bidimensionnels découverts à l'Université Drexel en 2011, sont constitués de couches de quelques atomes d'épaisseur de carbures ou de nitrures de métaux de transition. Ils ont montré des propriétés impressionnantes telles que la conductivité électrique semblable à un métal et des propriétés de surface et électroniques accordables, offrant de nouvelles possibilités aux différents domaines de la technologie. Depuis leur découverte, leur utilisation a été explorée dans un certain nombre de domaines, tels que les batteries à ions métalliques, capteurs, stockage de gaz et électrochimique, appareils énergétiques, catalyseurs et médecine. Les MXenes ont présenté un potentiel en tant qu'électrodes flexibles en raison de leur flexibilité supérieure. Cependant, l'exploration des MXene dans les électrodes flexibles des dispositifs optoélectroniques n'a commencé que récemment car les films MXene conventionnels ne répondent pas aux exigences de fonction de travail et de conductivité dans les LED et les cellules solaires, et peuvent se dégrader lorsqu'ils sont exposés à la couche d'injection de trous à base d'eau acide (HIL).

MXene pour une application LED flexible

Une équipe internationale de scientifiques de l'Université nationale de Séoul et de l'Université Drexel, dirigé par Tae-Woo Lee et Yury Gogotsi se sont concentrés sur la modulation de surface et d'interface des films MXene traités en solution pour créer un système MXene/HIL idéal. Ils ont ajusté la surface du film MXene pour avoir une fonction de travail élevée (WF) par recuit sous vide à basse température et le HIL est conçu pour être à pH neutre et être dilué avec de l'alcool, empêchant l'oxydation de surface préjudiciable et la dégradation du film d'électrode. Le système MXene/HIL suggéré par l'équipe offre des avantages pour l'efficacité du dispositif en raison de l'injection efficace de trous dans la couche émettrice en formant un contact ohmique presque idéal.

En utilisant le système MXene/HIL, l'équipe a fabriqué des LED organiques vertes (OLED) à haut rendement dépassant les 100 cd/A, ce qui s'accorde bien avec les valeurs maximales théoriques et est tout à fait comparable à celui des dispositifs conventionnels à base d'ITO. Finalement, Les LED MXene flexibles sur un substrat en plastique présentent une stabilité à la flexion exceptionnelle tandis que les LED ITO ne supportent pas la contrainte de flexion. Il s'agit du premier rapport qui démontre des OLED hautement efficaces utilisant une seule couche de carbure de titane 2-D MXene comme électrode flexible.

Cette recherche est publiée dans la revue éminente Matériaux avancés . Les auteurs expliquent plus en détail :« Les résultats du film MXene conçu pour l'interface et des LED organiques flexibles à base d'électrodes MXene montrent le fort potentiel du MXene TCE traité en solution pour une utilisation dans les dispositifs optoélectroniques de nouvelle génération qui peuvent être fabriqués à l'aide d'un technologie de traitement des solutions."