Dr hab. Pawe艂 Kowalczyk z U艁 podkre艣la:
Nie jest to 偶aden model teoretyczny, tylko faktycznie dzia艂aj膮ce urz膮dzenie. Uda艂o nam si臋 stworzy膰 transparentn膮 struktur臋 wsp贸艂pracuj膮c膮 z diodami OLED, kt贸ra umo偶liwi zastosowanie w praktyce wszystkich rozwi膮za艅 elektroniki elastycznej.
Unikatowym rozwi膮zaniem autorstwa 艂贸dzkich naukowc贸w jest zmodyfikowanie tlenkiem renu warstwy grafenu, z kt贸rego wykonano elektrod臋.
T艂umaczy dr Pawe艂 Krukowski:
To by艂o konieczne, poniewa偶 grafen, cho膰 elastyczny i przejrzysty w 98 procentach, ma nieodpowiedni poziom tzw. pracy wyj艣cia, kt贸ra sprawia, 偶e dioda rozb艂yska. Dopiero gdy do warstwy grafenu do艂o偶yli艣my warstw臋 tlenku renu, poziom pracy wyj艣cia okaza艂 si臋 optymalny.
艁贸dzcy naukowcy pracuj膮 teraz nad doskonaleniem swego elastycznego wy艣wietlacza, szczeg贸艂owo badaj膮c jego dzia艂anie.
Elektronika elastyczna to kierunek rozwoju np. urz膮dze艅 przekazuj膮cych obraz, maj膮cy zapewni膰 im maksymaln膮 plastyczno艣膰. W efekcie, sztywne, ci臋偶kie i niepor臋czne monitory i wy艣wietlacze OLED zostan膮 zast膮pione przez zginaj膮ce si臋 ultracienkie (kilka nanometr贸w) ekrany, kt贸rymi b臋dzie mo偶na pokry膰 praktycznie ka偶d膮 dowolnie ukszta艂towan膮 powierzchni臋 (np. szyby samochod贸w, elewacje budynk贸w, ubrania). Obraz z nich ma dor贸wnywa膰, a nawet przewy偶sza膰 jako艣ci膮 ten z dzi艣 produkowanych monitor贸w i wy艣wietlaczy, w kt贸rych do budowy elektrod stosuje si臋 kruchy i 艂amliwy tlenek indowo-cynowy.
Kobiety o LED-owych w艂osach, czyli grafen czyni cuda. Wywiad z tw贸rcami prototypu wy艣wietlacza w technologii OLED.
A mo偶e ju偶 偶yjemy w 艣wiecie symulowanym, kt贸ry jest projekcj膮 tak dobrze zrobion膮, 偶e nie potrafimy odr贸偶ni膰 jej od rzeczywisto艣ci? Na 艣wiecie s膮 naukowcy, kt贸rzy pr贸buj膮 udowodni膰 t臋 tez臋.
O elastycznych monitorach, ekranach, wy艣wietlaczach i o tym, jak zmieni膮 nasze 偶ycie rozmawiamy z dr. hab. Paw艂em Kowalczykiem i dr. Paw艂em Krukowskim z Wydzia艂u Fizyki i Informatyki Stosowanej Uniwersytetu 艁贸dzkiego
Marcin Kowalczyk: Telewizory wielko艣ci sto艂u do ping-ponga, smartfony, tablety, laptopy, wy艣wietlacze w samochodach, na urz膮dzeniach AGD czy w goglach do wirtualnej rzeczywisto艣ci - ostatnie lata to czas niezwyk艂ego rozwoju urz膮dze艅 do przekazywania obrazu. S膮 wsz臋dzie, ka偶dy z nas korzysta co najmniej z kilku...
Dr hab. Pawe艂 Kowalczyk: To prawda, 偶yjemy w cywilizacji masowego dost臋pu do elektronicznych urz膮dze艅 emituj膮cych obraz wysokiej jako艣ci. Coraz cz臋艣ciej w technologii OLED, wykorzystuj膮cej samoistne organiczne 藕r贸d艂a 艣wiat艂a.
Obaj zajmujecie si臋 naukowo optoelektronik膮, kogo wi臋c jak nie pan贸w spyta膰, na czym b臋dziemy ogl膮da膰 telewizj臋 i seriale z Netfliksa, z jakich smartfon贸w korzysta膰 za 10-15 lat?
Pawe艂 Kowalczyk: Ciekawe zagadnienie鈥� Od razu narzuca mi si臋 rok 1968, film Kubricka 鈥濷dyseja kosmiczna 2001鈥� i urz膮dzenia do z艂udzenia przypominaj膮ce tablety, kt贸rych u偶ywaj膮 jego bohaterowie. Wtedy to by艂o absolutne science fiction, dzi艣 z tablet贸w korzystamy na co dzie艅.
- To wizja sprzed pi臋膰dziesi臋ciu lat, a dzi艣 technologie przyspieszy艂y鈥�
Pawe艂 Kowalczyk: No w艂a艣nie, 艣wiat zmienia si臋 szybciej. My艣l臋, 偶e rozw贸j urz膮dze艅 wy艣wietlaj膮cych zdominuje elektronika elastyczna. Plastycznymi ekranami b臋dzie mo偶na pokry膰 najdziwniej ukszta艂towane powierzchnie, np. naro偶niki budynk贸w; wyobra偶am sobie cho膰by samochody, kt贸re maj膮 wszystkie s艂upki od 艣rodka oklejone elastycznymi monitorami, wy艣wietlaj膮cymi obraz z zewn膮trz po to, by kierowca unikn膮艂 niebezpiecze艅stwa martwych stref widzenia. Ju偶 teraz wy艣wietlacze s膮 montowane seryjnie w wielu modelach aut, a wkr贸tce ich elastyczne i prze藕roczyste wersje mog膮 pokry膰 szyby samochod贸w, aby wspom贸c kierowc臋, a tak偶e dostarczy膰 rozrywki pasa偶erom.
Dr Pawe艂 Krukowski: Elastyczne monitory pojawi膮 si臋 te偶 w najzwyklejszych okularach. Tak, takich, jakie pan ma teraz na nosie. W wolnym czasie, na przyk艂ad podczas d艂u偶膮cej si臋 jazdy poci膮giem, b臋dzie pan m贸g艂 sobie obejrze膰 film na takich monitorach wklejonych w okulary od 艣rodka, przeczyta膰 wiadomo艣ci, odebra膰 maile...
- A telewizja?
Pawe艂 Kowalczyk: B臋dzie na wszystkim i wsz臋dzie. B臋dzie nas wr臋cz goni膰. Niewa偶ne, w kt贸rym miejscu si臋 znajdziemy, tam b臋dzie dost臋pny obraz z elastycznych monitor贸w. Czy to normalne? Zdrowe? Nie wiem, zobaczymy鈥�
- Skoro ekrany stan膮 si臋 superelastyczne, to czy b臋d臋 m贸g艂 zwin膮膰 telewizor jak karimat臋 i zabra膰 sobie na urlop?
Jak najbardziej. 搁辞锄飞贸箩 zmierza w t臋 stron臋, by mie膰 te urz膮dzenia stale przy sobie i 偶eby nie zawadza艂y. Prosz臋 sobie wyobrazi膰, 偶e ma pan w kieszeni smartfon, ale np. w postaci d艂ugopisu, a zrolowany ekran wyci膮ga pan sobie z jego boku. To du偶o por臋czniejsze ni偶 obecne sztywne, prostopad艂o艣cienne smartfony, prawda?
- Pe艂na zgoda. Ale dzi艣 monitory OLED charakteryzuj膮 si臋 ju偶 niezwyk艂膮 jako艣ci膮 obrazu, ale te偶 ci臋偶arem, sztywno艣ci膮, niepor臋czno艣ci膮.
Pawe艂 Krukowski: Po prostu dzi艣 produkowane uk艂ady elastyczne (na przyk艂ad wygi臋te, tzw. sferyczne ekrany telewizor贸w), nawet je艣li uda si臋 je zakrzywi膰, trzeba zala膰 sztywn膮 pow艂ok膮, bo w przeciwnym wypadku ulegaj膮 degradacji i trac膮 swoje w艂a艣ciwo艣ci wy艣wietlaj膮ce. A sztywna pow艂oka p臋ka podczas pr贸by ponownego uelastyczniania... Poza tym obecnie jako elektrod臋 stosuje si臋 ITO (tlenek indowo-cynowy), kt贸ry ma podstawow膮 wad臋 - jest kruchy i 艂amliwy, wi臋c nie nadaje si臋 do urz膮dze艅 elastycznych. Dodatkowo - ITO jest bardzo drogie.
Dzi臋ki czemu wi臋c uda si臋 osi膮gn膮膰 lekko艣膰, elastyczno艣膰, by nie powiedzie膰: plastyczno艣膰 wy艣wietlaczy i ekran贸w, o kt贸rej panowie m贸wi膮?
Pawe艂 Kowalczyk: Ju偶 si臋 udaje. Jestem fanem nowinek technologicznych, wi臋c dok艂adnie obejrza艂em sobie smartfon Samsung Fold, pierwszy telefon ze sk艂adanym ekranem. Rozk艂ada si臋 i mam albo minitablet, albo smartfon. Mo偶na taki telefon-ekran otworzy膰 i zamkn膮膰 kilkadziesi膮t tysi臋cy razy i on ca艂y czas dzia艂a. Motorola r贸wnie偶 ju偶 stosuje to rozwi膮zanie w swoich modelach, np. Razor. Mo偶e to jeszcze nie w pe艂ni elastyczna elektronika, ale pocz膮tek ju偶 jest.
Pawe艂 Krukowski: Elastyczne wy艣wietlacze wy偶szej generacji wielokrotnie by艂y pokazywane na wystawach i konferencjach naukowych. Na razie nie s膮 powszechnie dost臋pne, g艂贸wnie ze wzgl臋du na cen臋, zaporow膮 dla zwyk艂ego u偶ytkownika. Dlatego trzeba szuka膰 sposob贸w ta艅szego ich wytwarzania.
- Podobno ju偶 to robicie na Uniwersytecie 艁贸dzkim鈥�
Pawe艂 Kowalczyk: Pracujemy z materia艂em o nazwie grafen, krystaliczn膮 form膮 w臋gla, kt贸ry ma tylko dwa wymiary - szeroko艣膰 i d艂ugo艣膰, a grubo艣膰 dok艂adnie jednego atomu. Czyli praktycznie jest niewidoczny. W臋gla woko艂o jest bardzo du偶o, wi臋c z za艂o偶enia w przysz艂o艣ci grafen b臋dzie bardzo tani.
Pawe艂 Krukowski: Grafen jest elastyczny, przezroczysty, odznacza si臋 przepuszczalno艣ci膮 艣wiat艂a rz臋du 98 procent. I jeszcze posiada t臋 wspania艂膮 zalet臋, 偶e bardzo dobrze przewodzi pr膮d elektryczny i ciep艂o, a wi臋c jest idealnym materia艂em do tego, 偶eby zrobi膰 z niego p艂ask膮 elektrod臋, kt贸ra dostarczy pr膮d do elastycznego monitora.
- Czyli do tych milion贸w diod, kt贸re tworz膮 monitor?
Pawe艂 Kowalczyk: Tak. Do diod, kt贸re sk艂adaj膮 si臋 na obraz bardzo wysokiej jako艣ci, rysuj膮c go jak piksele. Grafen zaistnia艂 oficjalnie w 2004 roku; wtedy opublikowano pierwsze wyniki bada艅 nad nim, a tw贸rcy grafenu otrzymali w 2010 Nagrod臋 Nobla z fizyki. Tymczasem my na Uniwersytecie 艁贸dzkim pracowali艣my z tym materia艂em ju偶 w 1999 roku. Ale wtedy nazywano go 鈥瀋ienk膮 warstw膮 w臋gla鈥�. W贸wczas grafen by艂 niedoceniany, dzi艣 jest superhitem w nauce i elektronice. Mo偶liwo艣膰 wykorzystania go do wytwarzania diod OLED otwiera niesamowite mo偶liwo艣ci elektroniki elastycznej. I nad tym w艂a艣nie pracujemy.
- Wyniki s膮 obiecuj膮ce?
Pawe艂 Kowalczyk: W tym roku uda艂o nam si臋 zbudowa膰 na Uniwersytecie 艁贸dzkim dzia艂aj膮cy prototyp wy艣wietlacza typu OLED z elektrod膮 grafenow膮. To na pewno pierwsze takie urz膮dzenie w Polsce i jedno z nielicznych na 艣wiecie. Udowodnili艣my, 偶e wydajne diody OLED na grafenie mo偶na z powodzeniem wytworzy膰, co w przysz艂o艣ci daje szans臋 wyprodukowania wy艣wietlacza.
Pawe艂 Krukowski: Grafen ma jednak nieodpowiedni poziom tzw. pracy wyj艣cia, kt贸ry - je艣li jest optymalny - sprawia, 偶e dioda rozb艂yska. Dlatego zmodyfikowali艣my go tlenkiem renu, dok艂adaj膮c jego warstw臋 do warstwy grafenu. Nikt na 艣wiecie wcze艣niej tego nie robi艂 (stosowano tlenek molibdenu). Okaza艂o si臋, 偶e grafen z dodatkiem warstwy tlenku renu o grubo艣ci 3-5 nanometr贸w z powodzeniem mo偶e pe艂ni膰 funkcj臋 anody w diodzie OLED, daj膮c mu odpowiedni膮 ilo艣膰 energii.
- To by艂 prze艂om?
Pawe艂 Kowalczyk: W艂a艣ciwie tak. To pierwsze na 艣wiecie urz膮dzenie, kt贸re powsta艂o w oparciu o tlenek renu. I podkre艣lam: wszystko, o czym tu m贸wimy, to nie s膮 modele teoretyczne, tylko realnie dzia艂aj膮ce urz膮dzenia. Stworzyli艣my transparentn膮 struktur臋 z powodzeniem wsp贸艂pracuj膮c膮 z diodami OLED, umo偶liwiaj膮c膮 zastosowanie w praktyce wszystkich rozwi膮za艅 elektroniki elastycznej.
- Produkt wi臋c ju偶 jest, a co z ewentualn膮 jego komercjalizacj膮. Liczycie na to, 偶e wasze rozwi膮zania znajd膮 zastosowanie w produkcji na przyk艂ad zwijanych telewizor贸w czy smartfon贸w?
Pawe艂 Kowalczyk: Na pewno, cho膰 jeste艣my dopiero na pocz膮tku drogi. Mamy jeszcze wiele problem贸w technicznych do rozwi膮zania. Co do samej produkcji, to nie ma w Polsce przemys艂u p贸艂przewodnikowego, kt贸ry pozwala艂by na wytwarzanie matrycy wed艂ug naszego pomys艂u. Mamy za to pod r臋k膮 ren, kt贸ry wyst臋puje w du偶ych ilo艣ciach w zag艂臋biu miedziowym na Dolnym 艢l膮sku.
Pawe艂 Krukowski: No i grube miliardy na wdro偶enia jeszcze by si臋 przyda艂y (艣miech). Na razie skupiamy si臋 na badaniu urz膮dzenia, kt贸re stworzyli艣my; chcemy, by jeszcze sprawniej dzia艂a艂o. Na przyk艂ad do jego zasilania mo偶na wykorzystywa膰 napi臋cie 20 wolt贸w, ale kto nosi przy sobie akumulator 20-woltowy? My potrzebujemy 3 wolty, czyli napi臋cie takie, jakie daje bateryjka. I nad tym mi臋dzy innymi pracujemy.
- Za艂贸偶my, 偶e optymalizacja si臋 uda, 偶e pojawi膮 si臋 plastyczne, elastyczne wy艣wietlacze w takiej ilo艣ci, w jakiej obecnie wyst臋puj膮 klasyczne, sztywne, kt贸rych ka偶dy z nas ma pod r臋k膮 co najmniej kilka. Jak to zmieni nasze otoczenie? Pofantazjujmy jeszcze troch臋鈥�
Pawe艂 Kowalczyk: (u艣miech) Ja mam bardzo bogat膮 wyobra藕ni臋, mog臋? Wyobra偶am sobie na przyk艂ad, 偶e panie, a mo偶e te偶 panowie, farbuj膮 sobie w艂osy鈥� elastycznymi ekranami telewizyjnymi, bo te supercienkie plastyczne uk艂ady 艣wiec膮ce milionami mikroskopijnych diod z powodzeniem mog膮 oplata膰 ludzkie w艂osy. Wtedy ka偶dy w艂os jest osobnym OLED-owym ekranem telewizyjnym.
- ??!
Tak, tak, nie przes艂ysza艂 si臋 pan. Prostsza rzecz to klasyczny manicure, a mo偶e nie klasyczny, bo paznokcie, a w艂a艣ciwie tipsy, b臋d膮 monitorami OLED, kt贸re 艣wiec膮 jak mikrotelewizory. Id藕my dalej: swoistym prze艂omem w przemy艣le tekstylnym b臋d膮 elastyczne wy艣wietlacze OLED pokrywaj膮ce ubrania.
- Przepraszam, ale jak to ma dzia艂a膰?
Bardzo prosto 鈥� ubrania b臋d膮 艣wieci膰. Technologia pozwala przecie偶 na umieszczanie elastycznych wy艣wietlaczy na pojedynczych w艂贸knach tkanin i sterowanie kolorem 艣wiecenia diod. Wi臋c takie ubrania b臋d膮 mog艂y zmienia膰 barw臋 w zale偶no艣ci np. od nastroju osoby, kt贸ra je nosi. Mam dzi艣 dobry humor - zmieniam kolor sukienki na zielony. Smutno mi? To na szary. Ma艂o tego, dzi臋ki takiej odzie偶y dobrze wida膰 mnie w nocy, bo 艣wieci. A wi臋c jeszcze cho膰by bezpiecze艅stwo na drodze 鈥� warto艣膰 nie do przecenienia. Diody LED ju偶 teraz masowo s膮 u偶ywane jako elementy zewn臋trznego o艣wietlenia aut. A co, gdyby 艣wieci艂y ca艂e maski samochod贸w, a nie tylko reflektory? Dzi臋ki elastycznym monitorom nie b臋dzie z tym k艂opotu.
- Wr贸膰my jeszcze na chwil臋 do 鈥瀎arbowania鈥� w艂os贸w diodami OLED, bo wcze艣niej z wra偶enia mow臋 mi odj臋艂o: czy dobrze rozumiem, 偶e te ekrany by艂yby natryskiwane na fryzury?
Dok艂adnie tak. Pracuje si臋 ju偶 nad uk艂adami tzw. drukowanej elektroniki. My te偶 pr贸bowali艣my to robi膰 z jedn膮 z 艂贸dzkich firm. A je艣li mo偶emy co艣 wydrukowa膰, to dlaczego nie natrysn膮膰 tego sprayem lub innym rozpylaczem? Nie tylko na fryzury, ale np. na ca艂e budynki. Elastyczna elektronika to ocean mo偶liwo艣ci cho膰by dla reklamy. Mamy w 艁odzi osiedle Manhattan, kt贸re po naniesieniu ekran贸w elastycznych na elewacje wie偶owc贸w mog艂oby sta膰 si臋 jedn膮 wielk膮 przestrzeni膮 reklamow膮 albo monitorem do wy艣wietlania film贸w.
- Wizje jak z "Powrotu z gwiazd鈥� Lema, albo raczej jak z mrocznego 鈥炁乷wcy android贸w鈥�... Gdzie s膮 granice rozwoju tej technologii?
- Elektronika elastyczna, podobnie jak ludzki umys艂, niesie praktycznie nieograniczone mo偶liwo艣ci. W modelu teoretycznym b臋dziemy w stanie pokry膰 monitorami wszystko. P贸jd臋 jeszcze dalej, ale nie wiem, czy pan to napisze: a mo偶e ju偶 wszystko jest pokryte monitorami, mo偶e 偶yjemy w 艣wiecie, kt贸ry jest zwyk艂膮 projekcj膮, ale tak dobrze zrobion膮, 偶e nie jeste艣my w stanie odr贸偶ni膰 jej od rzeczywisto艣ci?
- No to mi pan teraz wywin膮艂 m贸zg na lew膮 stron臋鈥� I z kolei 鈥濵atrix鈥� mi si臋 przypomnia艂.
M贸wi臋 ca艂kiem serio. S膮 naukowcy, kt贸rzy ju偶 szukaj膮 dowodu na to, 偶e 偶yjemy w 艣wiecie symulowanym, 偶e nie istniejemy rzeczywi艣cie, a jeste艣my w jakiej艣 maszynie. Nawet jest nagroda za udowodnienie tej tezy. Bierze si臋 to pewnie st膮d, 偶e jako艣膰 wy艣wietlanych nam obraz贸w coraz bardziej przypomina te rzeczywiste. Pami臋ta pan pierwsze gry komputerowe: Atari, ten joystick, te kwadraty, kt贸re si臋 przemieszczaj膮?
Pami臋tam, troch臋 gra艂em.
To by艂 pocz膮tek. Dzi艣 to w艂a艣nie gry operuj膮 takim poziomem realizmu, kt贸ry zbli偶a si臋 do rzeczywisto艣ci. A to jest zaledwie 30 lat w historii rozwoju komputer贸w. Wchodz膮c w te gry, wk艂adaj膮c gogle VR ju偶 czujemy si臋 jak w 艣wiecie realnym, a przecie偶 rozdzielczo艣膰 b臋dzie tylko ros艂a, stanie si臋 zgodna z t膮 charakterystyczn膮 dla ludzkiego oka i w艂a艣ciwie nie zauwa偶ymy r贸偶nicy mi臋dzy 艣wiatem gry a realnym.
Pi臋膰 lat temu mia艂em okazj臋 testowa膰 Virtual Reality i w goglach 鈥瀙olata膰 helikopterem鈥� nad Matterhornem, ale obraz Alp by艂 jeszcze nieco zamglony, niewyra藕ny, troch臋 jak w kinie...
Tak, ale teraz z 700 pikseli VR wesz艂o na poziom rozdzielczo艣ci 4K. Jest r贸偶nica? A we藕my ca艂y kompleks militarny, gdzie post臋p dokonuje si臋 najszybciej. Wyobra藕my sobie czo艂g pokryty ekranami, kt贸re sprawiaj膮, 偶e jest niewidoczny, bo ekrany przekazuj膮 obraz zza czo艂gu. A w urbanistyce i architekturze? Mog臋 sobie wyobrazi膰 miasta lub domy, kt贸re robi膮 wra偶enie przezroczystych, bo pokryto je ekranami transmituj膮cymi obraz zza nich.
By艂y tak brzydkie, 偶e postanowiono je 鈥瀦nikn膮膰鈥�?
Tak, 鈥瀦nikn膮膰鈥�, to dobre okre艣lenie. Albo na przyk艂ad wy艣wietla膰 na tych domach-ekranach las, pola, 艂膮ki...
Jedna wielka fototapeta: HD do pot臋gi 4K?
Tak! My艣l臋, 偶e p贸jdziemy w艂a艣nie w t臋 stron臋, 偶e to si臋 wydarzy. Pozostaje kwestia pieni臋dzy. Ale my艣l臋, 偶e pr臋dzej czy p贸藕niej si臋 znajd膮, bo kto艣 na pewno zwietrzy w tym interes.
Rozmawia艂: Marcin Kowalczyk