صمام ثنائي عضوي باعث للضوء قابل للتمدد بطبيعته مع سطوع وقابلية تمدد عالية عبر باعث مهندَس بمرحلة مرنة وإلكترود مضمّن مزدوج

شاشات ساطعة يمكنها التمدد كالبشرة

تخيل سوارًا مضيئًا على المعصم ينحني ويلتف ويتمدد مع بشرتك دون أن يضعف توهجه أو ينكسر. هذه الدراسة تقرب تلك الرؤية أكثر إلى الواقع من خلال ابتكار نوع جديد من الصمامات الثنائية العضوية الباعثة للضوء (OLED) يكون ليس فقط قابلًا للانثناء، بل قابلًا للتمدد فعليًا. يبيّن الباحثون كيف يبنون أفلامًا باعثة للضوء وإلكترودات شفافة يمكنها تحمل تمددات كبيرة — تتجاوز بكثير ما تتعرض له أجسامنا أثناء الحركة — مع الحفاظ على سطوع مرتفع. قد تدعم هذه الطريقة شاشات قابلة للارتداء في المستقبل، ومراقبات طبية لينة، وإلكترونيات أخرى تُشعر وكأنها جزء من الملابس أكثر من كونها أجهزة صلبة.

لماذا لا تواكب الشاشات العاديّة

الشاشات التقليدية من نوع OLED، حتى تلك القابلة للانثناء في هواتفنا وساعاتنا الحالية، لم تُصمَّم لتحمّل تمددات تتراوح بين 40–100% التي قد تحدث عند المرفقين أو الركبتين أو حول المفاصل. المواد الباعثة للضوء عادة ما تكون صلبة، فتتشقق عند السحب، وإلكترودات الشفافية التي تزودها بالكهرباء تميل إلى الانكسار مثل الزجاج الرقيق. الهدف من OLEDs القابلة للتمدد بطبيعتها هو حل هذه المشكلة بجعل كل طبقة — من الفيلم الباعث إلى الأسلاك — ناعمة وقابلة للتمدد من البداية. حتى الآن، لم ينجح أي جهاز في الجمع بين سطوع عالٍ جدًا، وكفاءة طاقة جيدة، والقدرة على التمدد لأكثر من 100% دون تدهور سريع.

جعل طبقة الانبعاث أشبه بالمطاط

ركّز الفريق أولًا على الفيلم الباعث للضوء الأخضر في قلب الجهاز. مزجوا بوليمرًا باعثًا قياسيًا مع ثلاث مضافات مطاطية مختلفة، كل واحدة مصنوعة من وحدات بنائية متباينة قليلًا. كانت الفكرة الأساسية أن المطاط وحده لا يكفي؛ يجب أن يندمج أيضًا بسلاسة مع البوليمر الباعث على المستوى الجزيئي. عندما استُخدمت إحدى هذه المضافات المسماة SBS بكميات صغيرة، شكّلت بنية دقيقة ثلاثية الأبعاد داخل المادة الباعثة بدلًا من التكتل إلى كتل كبيرة. في هذه البنية، يُشكّل البوليمر الباعث شبكة مستمرة للشحنات الكهربائية، بينما تعمل مجالات SBS الصغيرة كأجهزة ممتصة للصدمات مدمجة تنشر الإجهاد الميكانيكي عند سحب الفيلم.

موازنة التمدد والقوة والضوء

حقق هذا الفيلم المختلط بعناية توازنًا نادرًا: أصبح أكثر قابلية للتمدد بينما حسّن في الواقع سلوكه الكهربائي والبصري. أظهرت الاختبارات أن الأفلام التي تحتوي على نحو 10% من SBS يمكن أن تُشد مرات عديدة أكثر من الأصل دون أن تتشقق. في الوقت نفسه، أكدت القياسات الكهربائية أن الإلكترونات والثقوب — النوعان من الشحنة اللذان يجب أن يلتقيا لإنتاج الضوء — يمكن أن يتحركا بتساوٍ أكبر عبر المادة. حافظ إخراج الضوء وكفاءته وثبات لونه على مستويات عالية، على عكس الخلائط مع المطاطيات الأخرى التي عانت من خلط سيء وفواصل داخلية كبيرة. أكدت دراسات المجاهر والأشعة السينية أن SBS ساعد البوليمر الباعث على التعبئة بشكل أنظف، مع تعزيز مسارات الشحنة والضوء بينما تشتّت مجالاته الناعمة الإجهاد الميكانيكي.

تصميم إلكترود شفاف قابل للتمدد

لا تقل أهمية عن طبقة الانبعاث هي الإلكترود الشفاف الذي يحمل التيار داخل الجهاز وخارجه. بنى الباحثون إلكترودًا جديدًا «مضمّنًا مزدوجًا» عن طريق نسج أسلاك النانو الفضية في بلاستيك مطاطي وإضافة طبقة رقيقة من البوليمر الموصّل تحته. بدلًا من تقشير هذه الشبكة الحساسة من سطح صلب — خطوة عادة ما تحدث فيها كسور — جعلوها تطفو بحرية في الماء لتنفصل بلطف. كانت الفيلم الناتج أملسًا، عالي الشفافية، وأكثر موصلية بكثير من التصاميم السابقة، ومع ذلك كان قابلًا للتمدد بشكل متكرر مع زيادات طفيفة فقط في المقاومة. كما أن المصفوفة البلاستيكية حمت الشبكة الفضية من التلف والتآكل على مدى أشهر في الهواء.

مصدر ضوء قابل للتمدد يسجل أرقامًا قياسية

بدمج فيلم الانبعاث المحسّن بـSBS مع الإلكترود المضمّن المزدوج، وباستخدام جهة اتصال علوية من سائل معدني يمكنها أيضًا التشوه، بنى الفريق OLED قابلًا للتمدد بالكامل. بلغ هذا الجهاز مستويات سطوع تفوق 30,000 شمعة لكل متر مربع — مماثل لأجهزة OLED المختبرية الصلبة — بينما تمكّن من التمدد حتى 120% من طوله الأصلي. وحتى بعد 100 دورة من التمدد والانكماش عند إجهاد 15%، حافظ على نحو 90% من سطوعه الابتدائي. للمستخدمين اليوميين، يعني هذا مستقبلًا حيث يمكن لرقع أو أشرطة مضيئة على الملابس أو الجلد أن تنثني وتتمدد أثناء النشاط الطبيعي دون أن تنطفئ أو تتفكك. يقدم العمل مخططًا لتصميم مصادر ضوئية وشاشات لينة أخرى تكون متينة ومريحة مثل الأنسجة التي نرتديها.

الاستشهاد: Lu, Z., Huang, J., Liang, Q. et al. Intrinsically stretchable organic light-emitting-diode with high brightness and stretchability via elastic-microphase-engineered emitter and dual-embedded electrode. Light Sci Appl 15, 182 (2026). https://doi.org/10.1038/s41377-026-02271-z

الكلمات المفتاحية: شاشات OLED قابلة للتمدد, شاشات قابلة للارتداء, إلكترونيات عضوية, إلكترودات أسلاك النانو الفضية, خليط المطاطيات