在韩国,研究人员开发出一种无变形(负泊松比)可拉伸显示器,即使将画面尺寸在原始大小的1/4范围内放大或缩小,图像性能也能稳定保持。
负泊松比是指材料在一个方向拉伸时,横向和纵向以相同比例一起伸长,这一比例以负值表示。相反,像一般物质那样,横向拉伸时纵向收缩的情况则用正值表示。
KAIST表示,新材料工程系Bae Byeongsu教授(可穿戴平台材料技术中心主任)研究团队与韩国机械研究院联合研究,开发出一种用于可拉伸显示器的基板材料,即使在拉伸状态下也能抑制图像畸变,从而在任意方向拉伸和收缩时都能保持性能稳定。
可拉伸显示器是一种新一代显示器,具有空间利用率高、设计自由度大以及类似人体的柔韧性等优点。
目前,大多数可拉伸显示器技术都是基于弹性优异的弹性体(elastomer,高分子橡胶材料)制成。然而,这类材料具有正泊松比,在拉伸显示器时不可避免会产生图像畸变。
为解决这一问题,引入奥克赛特超构结构的方案备受关注。奥克赛特结构不同于一般材料,其在一个方向被拉伸时,会在所有方向同时伸长,具有独特的“负泊松比”特性。
但传统的奥克赛特结构由于由图案构成的空隙较多,稳定性和空间利用率较低,因此在基板中的应用极为有限。
联合研究团队为解决这一问题,开发出一项技术:在保证具有负泊松比的奥克赛特超构结构的最大难题——多孔表面——能够无缝平滑连续的同时,实现最理想的泊松比极限值-1。
为解决弹性模量(材料受力时发生变形的程度和比例)问题,研究团队将构成奥克赛特结构部分的直径25微米(约为头发丝粗细的1/4)的玻璃纤维束(织物)嵌入弹性体材料内部,再用同一种弹性体材料填充空隙,制成平整且稳定的一体化薄膜。
通过这一方法,联合研究团队从理论上阐明了奥克赛特结构与空隙中弹性体材料之间的弹性模量差异会对负泊松比产生直接影响,并实现了超过23万倍的弹性模量差,首次在国内制备出表现出理论极限值-1泊松比的薄膜。
基于这一成果实现的可拉伸显示器,即使将画面最多拉伸至原尺寸的25%范围内,也能在无图像畸变的情况下保持清晰画质。研究团队实际验证发现,在以15%拉伸比例进行5000次拉伸和回弹后,可拉伸显示器的性能依然稳定。
Bae教授表示:“利用奥克赛特结构来防止图像畸变,被视为可拉伸显示器领域的核心技术,但由于表面空隙较多,在用作基板时一直存在困难。通过本次研究,我们实现了充分利用整个表面、无畸变的高分辨率可拉伸显示器,这有望通过后续应用研究,加速实现商业化。”
此次研究得到了韩国研究财团先导研究中心——可穿戴平台材料技术中心、韩国机械研究院以及LG Display的支持。
KAIST新材料工程系Lee Yung博士和韩国机械研究院Jang Bonggyun博士作为共同第一作者参与的本项研究,已于8月20日发表于国际学术期刊《Nature Communications》。
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