一款新型超弹性有机发光二极管（OLED）的问世，让可发光、可穿戴的显示屏以及实时健康传感器离成为现实又近了一步。

柔性智能手机、曲面电脑显示器以及现代电视所采用的有机发光二极管（OLED）技术，或许很快将在可穿戴、贴附于皮肤的传感器领域大展身手。这些未来设备能够直接在皮肤上实时显示体温、血流或压力的变化。由韩国首尔国立大学和德雷塞尔大学的科学家领衔的国际研究团队，已研发出一种新型柔性可拉伸OLED，让这一设想离现实更近了一步。

今日（1月14日）发表于《自然》杂志的研究成果，介绍了一种有机发光二极管（OLED）设计方案。该方案将柔性磷光聚合物层与由MXene纳米材料制成的透明电极相结合，这一新型结构使器件在拉伸至原始长度1.6倍的情况下，仍能保持大部分亮度。

德雷塞尔大学工程学院杰出大学教授、巴赫教授尤里·戈戈特西（Yury Gogotsi）博士表示：“本研究旨在攻克柔性有机发光二极管（OLED）技术领域长期存在的一大难题，即其在反复机械弯曲后发光性能的持久性。”“尽管在柔性发光二极管领域已取得重大进展，但近十年来，由于透明导电层带来的限制，其拉伸性能受到制约，导致进展停滞不前。”

为何柔性OLED显示屏亮度会衰减

有机发光二极管（OLED）通过电致发光原理产生光线。当电流流经该器件时，正负电荷在电极间移动，并穿过一层有机聚合物。这些电荷相遇时会发光，并形成一种被称为激子的粒子，随后进入稳定的电学状态。所发出的具体颜色取决于有机层的化学成分。

柔性有机发光二极管（OLED）是通过将这些材料分层堆叠在可弯曲的塑料基底上制成的，使其能够在折叠、弯曲或卷曲的状态下正常工作。尽管这项技术可追溯至20世纪90年代，但直到21世纪10年代三星在曲面屏手机中引入了柔韧且抗摔的显示屏后，它才真正进入大众视野。然而，随着时间的推移，研究人员发现，反复弯曲会导致显示屏亮度降低、柔韧性减弱。这种性能衰退与电极和有机材料内部的渐进性损伤有关。

东北大学博士后研究员、共同作者张丹珍博士（此前在德雷塞尔大学戈戈特西实验室攻读博士学位期间，曾针对透明导电MXene薄膜开展过关键研究）表示：“要让导电材料具备柔韧性，通常需要加入一种绝缘但可拉伸的聚合物，而这种聚合物会阻碍电荷传输，进而降低发光效率。此外，电极中最常用的材料会随着OLED弯曲和拉伸的时间变长而变脆，更易断裂。而使用具有高机械强度和可调功函数的MXene接触可拉伸电极，则解决了这一问题，确保了空穴或电子的有效注入。”

一种新型发光材料

为克服这些局限，研究团队重新设计了发光层本身。他们采用了一种特殊的有机材料，该材料可促使更多电荷对形成激子，从而提高发光效率。

这种名为激基复合物辅助磷光（ExciPh）层的材料，天然具有延展性，且经化学工程处理后，可调节移动电荷的能级。这种调节使电荷更易结合并发光，其原理就好比放缓旋转游乐设施的速度，让更多人能安全地参与其中。

在ExciPh层中生成的激子，有超过57%可转化为光。相比之下，当前有机发光二极管（OLED）中常用的聚合物层，仅能将12%-22%的激子转化为可见光发射。

为进一步提升灵活性，研究人员将 ExciPh 层嵌入热塑性聚氨酯弹性体基质中。他们还重新设计了电极，以改善电荷在整个装置中的传导情况。

MXene电极提升性能

该团队将2011年德雷克塞尔大学研发的一种高导电性二维纳米材料——MXene与银纳米线相结合，研制出了透明且可拉伸的电极。这些材料共同构成了一个导电网络，有助于电荷在形成激子前高效地传输至发光聚合物层。

这一设计改善了电荷注入效果，使有机发光二极管（OLED）即便在反复拉伸或弯曲的情况下，仍能保持亮度。

戈果特西表示：“由于MXenes具有卓越的导电性和层状结构，因此它为柔性有机发光二极管（OLED）提供了非凡的电极材料。我们已在多种应用中展示了柔性透明MXene电极的性能；因此，将其纳入改进OLED技术的研究工作中，是我们研究进程中顺理成章的一步。”

应力条件下OLED器件测试

借助这些综合改进，研究人员打造出了心形和数字形状的柔性绿色有机发光二极管（OLED）显示屏。他们评估了这些设备将电荷转化为激子的效率，并测试了其在反复拉伸情况下的耐用性。

为彰显该技术应用的广泛性，首尔国立大学的研究团队还通过在激基复合物层（ExciPh layer）中添加四种不同的掺杂材料，研制出了一款全彩、可完全拉伸的有机发光二极管（OLED）显示屏。此外，他们还开发了可完全拉伸的被动矩阵式OLED，其设计简单、功耗低，适用于可穿戴电子设备。

新型有机发光二极管（OLED）在亮度和能效方面均优于先前报道的设计。当拉伸至最大应变的60%时，其性能仅下降10.6%。在2%应变条件下反复拉伸100次后，器件仍能保持83%的光输出，凸显了其耐用性的显著提升。

迈向可穿戴健康显示器时代

“我们预期，这种设计柔性高效光电器件的方法若能成功，将推动新一代可穿戴和可变形显示器的诞生，”论文共同作者、戈戈特西实验室前博士后研究员张腾博士表示，“这项技术将在实时医疗监测和可穿戴通信技术领域发挥重要作用。”

展望未来，研究人员计划探索更多柔性基底材料，对有机层进行精细调控以呈现不同色彩与亮度，同时简化制造工艺，推动可拉伸有机发光二极管（OLED）技术实现更广泛应用。

参考文献：《借助激基复合物实现高效、全可拉伸有机发光二极管（OLEDs）》，作者：周焕宇、金炫旭、韩申正、张丹珍、郑宇镇、于浩淼、土屋洋一、胡斌、June Huh、张腾、赵承妍、金柱成、金东赫、尹亨中、朴振宇、张敬妍、尹娥珍、阿米特·库马尔·哈里特、闵俊成、安有成、陈浩、曾庆森、朴灿烈、金宽宁、兰德普·阿尤宁提亚斯、杨会昌、金钟赞、金允熙、吴汉荣、千叶智也、尤里·戈戈特西、李泰宇，发表于2026年1月14日《自然》期刊。DOI：10.1038/s41586-025-09904-0