四川大学李乙文研究员与俄亥俄州立大学常凌乾博士在人造黑色素电子墨水研究方面取得进展
电子墨水是近年出现的较新的显示技术，其显示依赖自然光，具有和印刷书相似的效果。当前电子墨水技术在不少产品中已经有了尝试，如手机，电子书和广告牌等。当前商业化的电子墨水产品主要由聚合物微胶囊包裹色素颗粒（如炭黑或二氧化钛等）构成，在定向电场作用下，色素颗粒在微囊内发生移动产生对比度从而实现字符和图形的显示。然而，相较其他显示技术（> 1000 PPI），电子墨水产品的显示精度（300 PPI）较低，无法实现高清显示的需求。此外，传统电子墨水的工艺往往需要引入大量的表面活性剂来保持颗粒/微囊的稳定性，会引起制造成本和体系复杂度的增加。因此，电子墨水纳米材料的革新仍然任重道远。
最近，四川大学高分子科学与工程学院李乙文研究员与俄亥俄州立大学国家纳米科学中心常凌乾博士（现任美国北德州大学工程学院助理教授）合作设计和制备了一种基于人造黑色素纳米粒子的具有超高分辨率（> 10000 PPI）的电子墨水显示器件。黑色素是一类重要的天然高分子材料，广泛存在于人与动物的皮肤和毛发中。该团队通过多种可控或非可控的高分子聚合方法，制备了不同类型的人造黑色素粒子，这些粒子不仅具有与天然黑色素粒子相同的化学成分，还有类似的物理化学性质，如较高的折射率等。人造黑色素粒子具有在水中良好的分散性和稳定的表面电荷，且粒子尺寸均一可控，被认为是用于电子墨水的优质材料。
该团队设计的阅读器主体是一个由两块导电玻璃构成的微米级薄层腔室，新型电子墨水材料（即人造黑色素纳米粒子水溶液）分散在其中。由于黑色素纳米粒子表面带有负电荷，可以通过外加电场来控制它们的运动，从而进行显示成像（图1）。该团队在研究中发现，当两块玻璃距离在100um左右时，仅须1V电压即可驱动该阅读器实现字符和图形的快速显示，显示时间小于1S。切换反向电场，同样可在1s内完成字符/图形的擦除。在经过20个以上的“显示-擦出”循环实验之后，电子墨水的显示对比度和响应时间保持不变，显示了良好的实用化和较强的商业化可行性。实验中与基于目前商用化的电子墨水材料（如炭黑、二氧化钛颗粒）的阅读器进行对比，发现人造黑色素电子墨水材料显示的对比度均一性、以及信号/背景衬比度相对于商业化的电子墨水材料均具有一定的优势。最重要的是，由于实现了水相纳米粒子地直接驱动，显示器件的分辨率可以达到10000 PPI以上，可进行纳米级显示。此外，经过简单氧化处理后的人造黑色素粒子具有非常强的荧光，使得器件也同样具有特殊的荧光显示的功能，可以进一步提高阅读时候信号/背景的衬比度（图2）。
图1. 基于人造黑色素电子墨水的阅读器的示意结构。
图2.人造黑色素电子墨水的显示成像图。
这项工作受到了国家自然科学基金委和高分子材料工程国家重点实验室（四川大学）的支持，主要参与完成者还有美国宾州州立大学材料研究所的程寰宇教授，浙江工业大学陈枫教授和四川大学高分子科学与工程学院本科生张小康。这种基于人造黑色素电子墨水的低功耗、双通道（可见光、荧光）显示技术，同时也有非常高的环保优势，在高分辨生物分子印记显示，功能电子薄膜等领域具有潜在的优势。
论文链接：
高分子科技原创文章。欢迎个人转发和分享，刊物或媒体如需转载，请联系邮箱：info@polymer.cn
诚邀投稿
欢迎专家学者提供稿件（论文、项目介绍、新技术、学术交流、单位新闻、参会信息、招聘招生等）至info@polymer.cn，并请注明详细联系信息。高分子科技®会及时推送，并同时发布在中国聚合物网上。
欢迎加入微信群 为满足高分子产学研各界同仁的要求，陆续开通了包括高分子专家学者群在内的几十个专项交流群，也包括高分子产业技术、企业家、博士、研究生、媒体期刊会展协会等群，全覆盖高分子产业或领域。目前汇聚了国内外高校科研院所及企业研发中心的上万名顶尖的专家学者、技术人员及企业家。
申请入群，请先加审核微信号chemshow （或长按下方二维码），并请一定注明：高分子+姓名+单位+职称（或学位）+领域（或行业），否则不予受理，资格经过审核后入相关专业群。