數十年來，工程師們一直致力于研發可彎折、扭曲、拉伸，且能保持亮度穩定的有機發光二極管（OLED）。這類顯示屏可集成于全新品類的設備中 —— 例如織入衣物面料，實時顯示跑步者的速度、心率等信息，且不會出現破損或亮度衰減。

但工程師們始終面臨一個技術取舍難題：這類材料的拉伸幅度越大，亮度就越低。如今，由美國德雷塞爾大學材料科學家尤里?戈戈齊（Yury Gogotsi）聯合主導的研究團隊，找到了破解這一難題的方法。他們采用了一類名為MXene的特殊材料（戈戈齊正是這種材料的共同發現者），讓顯示屏在大幅拉伸的同時，仍能保持亮度穩定。

該團隊研發的 OLED 顯示屏，可拉伸至原始尺寸的 2 倍，且發光亮度保持穩定。同時，其電光轉換效率也創下新高，外量子效率達到 17%—— 這一指標用于衡量器件將電能轉化為光能的效率，遠超此前所有可拉伸 OLED。

“理想替代材料”

大約五年前，受折疊屏手機等柔性電子設備日益普及的推動，戈戈齊與首爾國立大學材料科學家李泰宇（Tae-Woo Lee）展開合作，致力于研發性能更優的柔性 OLED。彼時，戈戈齊在 OLED 領域的研究經驗尚淺。

傳統 OLED 顯示屏由多層堆疊結構組成：底層是陰極，負責向相鄰的有機功能層注入電子，這些有機層經過特殊設計，具備高效傳導電荷的能力；電子在有機層中移動時，會與由氧化銦錫（ITO）薄膜注入的正電荷相遇；正負電荷結合的瞬間，有機材料會以光的形式釋放能量，形成構成圖像的發光像素；整個結構的頂層由一層玻璃封裝保護。

附著在玻璃上的 ITO 薄膜充當陽極，既允許電流通過有機層，又不會阻擋器件產生的光線。“但 ITO 本質上是陶瓷材料，質地脆硬”，戈戈齊解釋道，因此它適用于平面器件，卻無法承受彎折。此前，科研人員曾多次嘗試研發柔性 OLED，但始終未能同時突破柔韌性與亮度的雙重技術瓶頸。

戈戈齊的學生團隊率先用 MXene 材料制備出了透明導電薄膜。MXene 是一類超薄柔性材料，具備類金屬的導電性能，其獨特之處在于，材料內部的二維片層結構可相對滑動而不發生斷裂。這種厚度僅為 10 納米的薄膜，“堪稱 ITO 的理想替代材料”，戈戈齊評價道。

通過進一步實驗，戈戈齊與李泰宇的聯合團隊發現，MXene 與銀納米線的復合材料，在拉伸性能與穩定性之間實現了最優平衡。“我們成功實現了 200% 的拉伸幅度，且器件性能沒有任何損失”，戈戈齊表示。

沉積在小型可拉伸基底上的雙軸向扭曲激基復合物輔助磷光薄膜。這種新型材料即使發生扭曲，也不會停止發光。

這款新型 MXene 薄膜不僅比 ITO 更具柔韌性，還通過優化頂層發光有機層與薄膜的接觸效率，將顯示屏亮度提升了近一個數量級。

與 ITO 不同，MXene 的表面可進行化學修飾，從而降低電子從電極注入發光層的阻力。更高效的電子傳輸效率大幅提升了顯示屏亮度，17% 的外量子效率就是最好的證明，該團隊稱這是可拉伸 OLED 的紀錄級數據。

“在高拉伸幅度下，本征可拉伸 OLED 能達到這樣的性能指標，意義十分重大”，韓國科學技術院（KAIST）集成有機電子實驗室負責人劉勝燁（Seunghyup Yoo）評價道。劉勝燁解釋，20% 的外量子效率是這類器件的關鍵性能閾值，這是由光產生的物理特性決定的效率上限。

為進一步提升發光亮度，研究團隊的創新不止于 MXene 材料的應用。李泰宇的團隊在 OLED 結構中間新增了兩層有機功能層：一層用于引導正電荷精準流向發光層，確保電能得到更高效的利用；另一層可回收原本會損耗的能量，進一步提升整體亮度。

MXene 導電層與新增的兩層有機功能層協同作用，讓這款 OLED 顯示屏即便處于拉伸狀態，也能實現超高亮度與穩定性。戈戈齊認為，這款 OLED 的研發非常成功，因為它打破了此前 “柔韌性與亮度不可兼得” 的技術桎梏。

“這項研究實現的性能突破，是該領域的重要進展”，美國芝加哥大學分子工程師王思泓（Sihong Wang）表示，他同樣致力于可拉伸 OLED 材料的研發。王思泓還指出，該團隊實現的 200% 拉伸性能，完全能夠滿足可穿戴設備的應用需求。

可穿戴設備與醫療健康領域的應用前景

戈戈齊表示，這種可拉伸且亮度穩定的 OLED，可應用于工業環境、機器人、可穿戴服裝與設備、通信等多個領域，不過他最期待的是其在健康監測設備中的落地。他構想了一個近未來場景：用于診斷和治療的顯示屏，可嵌入衣物或制成 “表皮電子設備”，功能與智能手表類似，但使用方式更加自然無感。

不過，王思泓指出，這類顯示屏要實現商業化，首先需要解決所有可拉伸 OLED 都存在的穩定性問題。目前的材料無法保證長時間穩定發光，難以滿足消費者的實際使用需求。

此外，尋找合適的封裝材料也是一大難題。“我們需要一種可拉伸的封裝材料，既能保護核心器件，又能阻止氧氣和濕氣滲入”，王思泓補充道。

劉勝燁也認同這一觀點，他表示這是一個極具挑戰性的難題，因為性能最佳的防護層往往質地堅硬，不具備可拉伸性。他還提出了商業化進程中的另一項挑戰，即 “研發不會出現圖像畸變的可拉伸顯示屏”。

盡管存在諸多待解難題，戈戈齊仍對可拉伸 OLED 的未來充滿信心。“計算機最初占據整間屋子，隨后演變為臺式機、筆記本電腦，再到如今的智能手機和平板電腦，但我們始終需要隨身攜帶這些設備”，他說，“而柔性顯示屏可以織在夾克袖子上，卷成筒狀或折疊起來放進口袋，真正實現‘萬物皆可顯示’”。