基于電子墨水的電泳顯示器具有節(jié)能、護(hù)眼的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，被廣泛應(yīng)用于電紙書、電子標(biāo)簽、智能手機(jī)以及公交顯示站牌等應(yīng)用場(chǎng)合。電泳型光子晶體具有色彩飽和、顏色可調(diào)、與現(xiàn)有技術(shù)兼容的特點(diǎn)，是電泳顯示的理想材料，有望解決商用濾膜型彩色電泳屏飽和度低的技術(shù)難點(diǎn)。然而，傳統(tǒng)電致變色光子晶體響應(yīng)需要持續(xù)施加電壓來維持特定結(jié)構(gòu)色，致使其始終無法適配于具有“雙穩(wěn)態(tài)”或“多穩(wěn)態(tài)”特征的電泳顯示技術(shù)。最近，華東師范大學(xué)葛建平教授團(tuán)隊(duì)發(fā)展了一種具有雙穩(wěn)態(tài)、可逆切換特性的新型電響應(yīng)光子晶體液態(tài)材料，并將其用于開發(fā)低功耗、全彩色電泳顯示設(shè)備。2022年11月16日，相關(guān)成果在線發(fā)表在知名學(xué)術(shù)期刊Nature Communications?(Nat. Commun,. 2022, 13, 7007) 上。

圖1 葛建平教授團(tuán)隊(duì)研究成果發(fā)表于Nature Communications。圖片來源：Nat. Commun
與傳統(tǒng)膠體電泳型電致變色光子晶體不同的是，該材料在無外電場(chǎng)作用下具有兩種穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)，分別為膠粒有序排列的結(jié)構(gòu)色狀態(tài)以及無序排列的無色透明狀態(tài)。材料中聚乙二醇的引入是實(shí)現(xiàn)雙穩(wěn)態(tài)顯示的關(guān)鍵，它能夠有效提升膠體分散體系的粘度，抗衡無序密堆積狀態(tài)下膠粒之間的靜電斥力，凍結(jié)膠粒的布朗運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)無序狀態(tài)的穩(wěn)定維持。此外，兩種穩(wěn)態(tài)在外電場(chǎng)短促作用下能可逆切換，實(shí)現(xiàn)了穩(wěn)態(tài)顯示時(shí)無能耗，狀態(tài)切換時(shí)小能耗的理想節(jié)能顯示。

圖2 具有雙穩(wěn)態(tài)及可逆切換特性的電響應(yīng)光子晶體。圖片來源：Nat. Commun
通過優(yōu)化光子晶體組成配方與外場(chǎng)調(diào)諧條件，該電響應(yīng)光子晶體能夠在各種使用場(chǎng)景下下實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定顯示和穩(wěn)態(tài)間的快速可逆切換。同時(shí)，研究人員將光子晶體電子墨水封裝在程序控制的顯示陣列中，成功實(shí)現(xiàn)高分辨率、彩色及灰度顯示，初步證實(shí)了低功耗顯示應(yīng)用的可行性。這種基于雙穩(wěn)態(tài)電響應(yīng)光子晶體的新型顯示技術(shù)與商用電子墨水顯示設(shè)備的控制原理、制備工藝完全兼容，且在彩色飽和度上具有顯著優(yōu)勢(shì)，有望作為下一代彩色電子墨水材料，應(yīng)用于節(jié)能彩色顯示器中。

圖3. 基于光子晶體電子墨水的像素陣列和彩色顯示面板。圖片來源：Nat. Commun.
該研究成果得到了國(guó)家自然科學(xué)基金委經(jīng)費(fèi)支持，華東師范大學(xué)化學(xué)與分子工程學(xué)院傅茜茜博士為論文的第一作者，博士研究生余文緣和包光陽(yáng)為共同作者，葛建平教授為論文的通訊作者。

論文信息：

https://www.nature.com/articles/s41467-022-34745-0

Electrically Responsive Photonic Crystals with Bistable States for Low-power Electrophoretic Color Displays

Qianqian Fu, Wenyuan Yu, Guangyang Bao, Jianping Ge*

Nat. Commun.?2022, 13, 7007, DOI: 10.1038/s41467-022-34745-0