华南师大团队研发新型显示技术，能同时实现反射和透射，制程工艺可被标准化

我在荷兰和比利时学习了近十年。在那里，她经历了两件大事:读博士和做博士后。

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2010年圣诞节期间，她来到广州参加会议。从白雪皑皑的荷兰到中国广州，当她下飞机时，发现这里有如此多的鲜花，她立即对广州产生了好感。

后来在留学生论坛上看到一则招聘广告。提交申请并面试后，华南师范大学很快向她抛出了橄榄枝。

他说:“在广州工作生活这些年后，我发现广州是一个包容性很强的城市，我很喜欢广州和我现在的工作单位。”在中国的12年里，她也经历了从教授到副校长再到院长的转变。

图|（来源:资料图）

左手科研右手管理，这是她的生活日常。光电信息显示与传感技术是团队的主要研究方向。

不久前，她和她的团队利用eMAP（粒子的电-微流控组装）开发了一种可以同时实现反射和透射的显示技术，并探索了其在彩色化、双稳态和宽视角方面的各种特性。

（来源:光明:科学&；应用程序）

总的来说，eMAP是一个基于多场耦合和综合物理机制的技术平台。通过用交变电场驱动液滴限制区域中的粒子，可以控制液滴中粒子的高度位置，并且可以调节粒子组装形成的结构，从而提供更多的光学控制可能性。

即使使用较少的颗粒组合，也可以实现丰富的光学控制范围，因此在显示技术中具有一定的应用价值，有望为反射式显示带来突破。

同时，eMAPD显示技术还具有材料易得、工艺技术标准化等优势，具有较大的产业化可能性。

尽管已经有许多关于电场驱动的粒子在液滴中组装的研究。但在这项工作中，他们首次将液滴“压扁”，这不仅增加了液滴与驱动电极的接触面积，还调节了电场的分布。

此外，他们还发明了基于液滴电融合的液滴阵列方法，实现了简单可靠的大面积液滴生成和阵列技术，有效提高了器件制备和封装的可靠性。

为了进一步实现eMAPD的实用性，他们还优化了多种彩色显示墨水，证明了eMAPD的多色显示能力，并发现其具有快速刷新、宽视角和双稳态的特点，可为节能绿色显示技术的发展奠定基础。

目前，研究小组正在构建一种基于粒子结构的开关，这是一种光阀。其开关性能可由电场控制，易于集成，有望用于集成光控制器件。

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（来源:光明:科学&；应用程序）

信息时代，显示技术必不可少。

表示:“在信息时代，显示技术已成为不可或缺的关键技术之一。”其中，反射式显示又称电子纸显示。

其工作原理是通过电驱动来显示显示单元中显示材料的物理运动或材料性能的变化，从而调节可见光透射的反射和透射，再通过背板驱动波形的设计和应用，从而呈现多彩的显示效果。

一般来说，反射显示器上的颜色来自显示器材料本身。例如用于电泳电子纸显示的颗粒材料、用于胆甾型液晶的液晶材料和用于电润湿显示的墨水材料。

目前已经商业化的电子产品主要采用电泳电子纸技术，即通过电场驱动带正负电荷的黑白粒子在微胶囊中反向运动，从而达到黑白颜色切换显示的效果。

然而，这种彩色显示的方式和速度会受到显示原理和显示材料的限制。至于全彩显示和视频显示，从来没有实现过。

多年来，该团队一直从事液滴研究。液滴是一种非常好的载体，它可以包裹和携带纳米颗粒和分子等软材料。

同时，水滴还是一个相对独立的微空房间，与外界有一定的互动。液滴的内部场强和分布与液滴尺寸和材料有关。

所以课题组一直在思考的问题是:液滴内部的电场是如何分布的？非球形液滴的电场分布是否不对称甚至扭曲？在电场强度不均匀的情况下，液滴中的粒子被电场驱动后将如何排列？

（来源:光明:科学&；应用程序）

用逆向思维克服困难

围绕上述问题，他们开展了从材料到器件的研究。在构思彩色显示技术的最初阶段，研究小组主要面临以下三个挑战:

第一，如何让强电场进入液滴，从而进一步操纵粒子；

第二，如何实现液滴阵列；

第三，如何提高显示效果，包括提高刷新率、对比度、双稳态等。

在研究中，研究小组提出了这样一个问题:“液滴中的粒子能否在电场的驱动下像体相中的粒子一样移动和组装？”如果可能的话，这将是一种非常好的柔性光电器件的新原理技术。

在实验中，他们发现液滴中的粒子在通电后几乎不动，电场似乎“不起作用”。

后来，在开放式疏水电极结构器件的表面上，他们发现液滴可以在电场的驱动下在电极间隙之间移动并变形，液滴内部的颗粒也会明显移动。

通过此，他们揭示了液滴位移-液滴变形-粒子运动的联锁电响应规律，并验证了该原理的可行性。

然而，这是一个包含许多材料的系统。因此，必须考虑以下问题:粒子是如何包裹在液滴中的？颗粒如何在包装中稳定存在？并能在电场的作用下做可控运动？

为此，他们筛选了数十种材料，考虑了油和水的极性、液滴的稳定性、颗粒在液滴中的稳定分散等方面。

为了实现优异的性能，还需要实现物理结构的可控性。因此，团队在器件的加工和集成以及驱动电场波形的设计方面投入了大量时间，实现了稳定的器件加工和集成。

为了获得更好的显示性能，他们还解决了墨水泄漏、材料极性和电性能、颗粒颜色饱和度和对比度等问题。

在优化液滴像素形状和驱动参数的同时，团队发现了液滴变形与液滴内部电场增强之间的关系，并进一步分析了多种物理场下的电场作用机制。

在综合考虑介电泳力、电偶极子力和电热流动力的协同作用后，课题组提出了最佳液滴形状，并采用“压扁”液滴形状作为eMAPD的像素结构。

通过这样做，不仅可以增加液滴和电极表面之间的接触面积，而且可以减少粒子在液滴中上下移动的距离，从而可以降低驱动电压并提高eMAPD的刷新率。

高通阵列是另一个必须解决的难题。该团队的两位医生沈世涛和冯浩强在尝试了各种方法后，结果仍然不尽如人意。

他们发现，如果液滴不分散，当两个液滴相互靠近时，施加电源后液滴会合并，这让研究小组困惑了一两年。

后来，他们干脆利用电融合/聚结的“缺点”开发了一种大面积均匀液滴像素阵列处理技术，实现了基于液滴像素结构的显示效果。

具体来说，电场驱动下液滴中粒子的组装结构与宏观体相中粒子的组装结构不同。

由于液滴不能独立存在，而是分散在外相中形成乳状液，因此液滴具有液-液界面或气-液界面。这种界面是柔性的，具有分子光滑度。当界面内外都有流体时，将非常适合粒子“滑行”。

课题组表示:“这是一个意想不到的奇妙的关键转折点，它还教会我们有时在困难中采取逆向思维，将缺点转化为优点，并进行突然袭击以解决问题。”

利用电微流控粒子组装技术制作的信息显示器件，其结构原理是:在液滴下方的电极上施加交变电场，驱动液滴中的彩色粒子运动，从而形成组装结构，可以精确控制粒子空之间的高度和相对位置。

此时，只需要一种粒子和一种流体材料就可以实现三种组装结构及其相应显示状态的连续调控。在这三种组装状态中，有一种“透光”状态，即粒子在液滴的赤道环上形成组装结构，从而可以允许光穿过液滴。

对于显示颜色的调节，这提供了一种结合反射和透射的解决方案，从而可以改善显示颜色的种类和范围。

可以说，eMAPD技术充分利用了液滴的材料和几何结构带来的优势，并依靠液滴弯曲界面提供的“滑动”，结合介电泳力和颗粒之间的力，使颗粒可以沿着液滴的液-液界面滑动，从而确保结构的形状可控，最终实现多模态组装结构调控。

（来源:光明:科学&；应用程序）

近日，相关论文发表在Light: Science &: Applications上【1】，沈世涛博士是第一作者和通讯作者。

图|相关论文（来源:光明:Science &；应用程序）

随后，他们将专注于显示材料的颜色和显示速度，并将主要研究如何优化乳液材料系统，并努力在单个像素中实现两种以上的颜色和八级灰度。此外，它还将探索如何使彩色染料与现有的驱动机制兼容并实现降低能耗的目标。

参考资料:

1.沈，s，冯，h，邓，y等。一种基于抑制油包水液滴阵列内颗粒的电微流控组装的反射式显示器。光科学应用12，290（2023）。https://doi.org/10.1038/s41377-023-01333-w

高级科学，doi:10.1002/advs . 20001 . 20320320326e人e本官网价格查询

小型，doi:10.1002/smll . 19998 . 19999000001

运营/排版:何陈龙

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