Publié le 14 janvier 2026. Des chercheurs ont mis au point une nouvelle génération de diodes électroluminescentes organiques (OLED) flexibles et extensibles, ouvrant la voie à des capteurs portables capables de surveiller en temps réel des paramètres physiologiques tels que la température, le flux sanguin et la pression.
- Une nouvelle couche de polymère flexible et phosphorescent, combinée à des électrodes en nanomatériau MXene, permet d’étirer les OLED jusqu’à 1,6 fois leur taille initiale sans perte significative de luminosité.
- Cette avancée résout un problème de longue date lié à la durabilité des OLED flexibles, en particulier la dégradation de leur luminescence après des flexions répétées.
- Les applications potentielles incluent des écrans portables, des dispositifs de surveillance de la santé et des technologies de communication innovantes.
La technologie des diodes électroluminescentes organiques (OLED), déjà présente dans les smartphones pliables, les écrans incurvés et les téléviseurs, pourrait bientôt dépasser le domaine de l’affichage pour intégrer des applications biomédicales et portables. Une collaboration internationale entre l’Université nationale de Séoul en Corée du Sud et l’Université Drexel aux États-Unis a permis de développer une OLED flexible et extensible aux performances améliorées.
Les résultats de cette recherche, récemment publiés dans la revue Nature, reposent sur l’intégration d’une couche de polymère flexible et phosphorescent ainsi que d’électrodes transparentes fabriquées à partir d’un nanomatériau appelé MXene. Cette combinaison permet d’étirer l’OLED jusqu’à 1,6 fois sa taille d’origine tout en conservant l’essentiel de sa luminescence.
« Cette étude répond à un défi de longue date dans la technologie OLED flexible, à savoir la durabilité de sa luminescence après des flexions mécaniques répétées », explique Iouri Gogotsi, professeur distingué au Collège d’ingénierie de l’Université Drexel. « Bien que les progrès dans la création de diodes électroluminescentes flexibles aient été substantiels, ils se sont stabilisés au cours de la dernière décennie en raison des limitations introduites par la couche conductrice transparente, limitant leur extensibilité. »
Les OLED fonctionnent par un processus appelé électroluminescence. Lorsqu’un courant électrique est appliqué, des charges positives et négatives se déplacent à travers une couche de polymère organique, émettant de la lumière lorsqu’elles se recombinent pour former une particule appelée exciton. La couleur de la lumière émise peut être ajustée en modifiant la composition chimique de la couche organique.
Les OLED flexibles, fabriquées en déposant les différentes couches sur un substrat plastique souple, peuvent être pliées, courbées ou enroulées. Samsung a été l’un des premiers à intégrer cette technologie dans ses appareils dès les années 2010, avec des écrans incassables et des téléphones aux bords incurvés. Cependant, il est rapidement devenu évident que la luminosité et la flexibilité des pixels de l’OLED diminuaient avec le temps, en raison de la dégradation des matériaux utilisés dans les électrodes et la couche organique. L’essor des écrans OLED a été marqué par ces défis.
« Donner de la flexibilité aux matériaux conducteurs implique généralement l’incorporation d’un polymère isolant mais extensible qui entrave le transport de charge et, par conséquent, réduit l’émission de lumière », précise Danzhen Zhang, chercheur postdoctoral à la Northeastern University et co-auteur de l’étude. « De plus, le matériau le plus couramment utilisé dans les électrodes peut devenir cassant et plus susceptible de se briser à mesure que l’OLED est fléchie et étirée longtemps. Ce problème a été résolu en utilisant des électrodes extensibles à contact MXene, qui présentent une robustesse mécanique élevée et une fonction de travail réglable, garantissant une injection efficace de trous ou d’électrons. »
Pour surmonter ces limitations, les chercheurs ont utilisé une couche organique spéciale qui favorise la formation d’excitons et la production de lumière. Ce matériau, appelé couche phosphorescente assistée par exciplex (ExciPh), est intrinsèquement extensible et sa composition chimique peut être modifiée pour augmenter le nombre de charges formant des excitons et produisant de la lumière – un peu comme ralentir un manège pour faciliter l’embarquement.
Le matériau ExciPh permet d’utiliser plus de 57 % des excitons pour produire de la lumière, contre seulement 12 à 22 % pour les matériaux émissifs traditionnels utilisés dans les OLED. L’équipe a également ajouté un matériau matriciel en élastomère de polyuréthane thermoplastique pour améliorer l’extensibilité de la couche.
Pour optimiser davantage les performances des OLED, les chercheurs ont développé des électrodes hautement conductrices, transparentes et extensibles. Ces électrodes, composées de MXene – un nanomatériau bidimensionnel hautement conducteur créé par les chercheurs de Drexel en 2011 – et de nanofils d’argent, créent un réseau permettant aux charges d’atteindre plus facilement la couche de polymère produisant de la lumière. Cela permet de maintenir la luminescence de l’OLED même lorsqu’elle est fléchie.
« En raison de leur conductivité exceptionnelle et de leur forme en couches, les MXenes constituent un matériau d’électrode exceptionnel pour les OLED flexibles », souligne Gogotsi. « Nous avons déjà démontré les performances des électrodes MXene flexibles et transparentes dans de multiples applications ; leur intégration dans l’amélioration de la technologie OLED est donc une étape naturelle pour nos recherches. »
L’équipe a créé des écrans OLED verts flexibles, dont un en forme de cœur et un autre affichant des chiffres, pour tester les performances de leur nouvelle technologie. Les tests ont montré que les performances de l’appareil ne diminuaient que de 10,6 % à 60 % de sa contrainte maximale et qu’il conservait 83 % de son efficacité de production de lumière après 100 cycles de contrainte de 2 %, démontrant ainsi une durabilité améliorée par rapport aux OLED actuels.
Des chercheurs de l’Université nationale de Séoul ont également produit un écran couleur entièrement étirable intégrant quatre substances dopantes dans la couche ExciPh. Ils ont également créé un ensemble d’OLED à matrice passive entièrement extensibles, offrant une interface simple et à faible consommation d’énergie pour l’électronique portable.
« Nous prévoyons que le succès de cette approche de conception de dispositifs optoélectroniques flexibles et à haut rendement permettra la prochaine génération d’écrans portables et déformables », déclare Teng Zhang, co-auteur de l’étude. « Cette technologie jouera un rôle important dans la surveillance des soins de santé en temps réel et dans la technologie de communication portable. »
Les recherches futures pourraient porter sur l’exploration de différents matériaux de substrat flexibles, l’adaptation des couches organiques pour produire différentes couleurs et intensités lumineuses, et la simplification du processus de production des OLED.
Cette recherche a été soutenue par la National Science Foundation des États-Unis et la National Resource Foundation de Corée.
Outre Gogotsi, Danzhen Zhang et Teng Zhang de Drexel ; Tae-Woo Lee, Huanyu Zhou, Hyun-Wook Kim, Shin Jung Han, Woo Jin Jeong, Joo Sung Kim, Dong-Hyeok Kim, Jinwoo Park, Kyung Yeon Jang, Eojin Yoon, Min-Jun Sung, Hao Chen, Qingsen Zeng, Chan-Yul Park, Kwan-Nyeong Kim, de l’Université nationale de Séoul ; Youichi Tsuchiya, Chihaya Adachi, de l’Université de Kyushu ; Bin Hu, de l’Université du Tennessee ; Seungyeon Cho, de l’Université Yonsei ; Hyung Joong Yun, de l’Institut coréen des sciences fondamentales ; June Huh, Amit Kumar Harit, Han Young Woo, de l’Université de Corée ; Yooseong Ahn et Hoichang Yang de l’Université Inha ; Landep Ayuningtias et Yun-Hi Kim de l’Université nationale de Gyeongsang ; Haomiao Yu, de l’Université Jiaotong de Pékin ; et Jong Chan Kim, de l’Université Yonsei et de l’Université de Kyushu, ont co-écrit ce travail.
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