美國(guó)研究人員結(jié)合低成本的電致變色聚合物與電漿子結(jié)構(gòu)，期望找到實(shí)現(xiàn)低成本、高解析度顯示器面板設(shè)計(jì)的新方法，并進(jìn)一步擴(kuò)展至較大面積的電子紙等應(yīng)用。

為了尋找實(shí)現(xiàn)低成本、高解析度顯示器面板設(shè)計(jì)的方法，美國(guó)能源部桑迪亞國(guó)家實(shí)驗(yàn)室(Sandia National Laboratories)與國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)研究所(NIST)奈米科技中心的研究人員結(jié)合低成本的電致變色聚合物與電漿子結(jié)構(gòu)，重新探討電子紙的概念。
       Sandia實(shí)驗(yàn)室科學(xué)家A. Alec Talin及其同事們?cè)凇蹲匀煌ㄓ崱?Nature Communications)期刊中發(fā)表這一研究結(jié)果。在這項(xiàng)主題為「利用電漿實(shí)現(xiàn)高對(duì)比與快速電致變色切換」(High-contrast and fast electrochromic switching enabled by plasmonics)的研究中，提出了一種能以低成本製造薄型全彩顯示器的候選技術(shù)，不僅具備較當(dāng)今高解析顯示器更20倍的解析度，同時(shí)還能實(shí)現(xiàn)毫秒(us)級(jí)的切換速度。
       Talin利用具有普通電致變色聚合物、聚苯胺(PANI)與PolyProDOT-Me2等均勻涂層的金與鋁金屬奈米狹縫作為電漿結(jié)構(gòu)，而無(wú)需以專(zhuān)用控制電極疊加多層特定色彩的電致變色聚合物。垂直的奈米級(jí)裂縫陣列(每一狹縫深度僅60nm、寬250nm，間距為500nm)與入射光線(xiàn)的方向垂直。當(dāng)光線(xiàn)到達(dá)鋁金屬奈米狹縫時(shí)，即轉(zhuǎn)換為表面電漿量子波(SPP)——即包含可見(jiàn)光譜頻段的電磁波，可沿著電極介面(此處使用鋁與電致變色聚合物)行進(jìn)。

電漿電致變色電極整合(a)金(Au)奈米狹縫陣列與(b)參考平面電致變色電極示意圖。金奈米狹縫陣列間距為500nm。(c)還原與氧化形式的PANI化學(xué)結(jié)構(gòu)。在沉積PANI至d≈15?nm厚度之前(d)以及其后(e)所製造的金奈米狹縫電極SEM圖。(f)圖e的放大圖，比例尺約300nm
      只需在狹縫頂部施加微小的電流，電漿結(jié)構(gòu)就會(huì)變成深黑色，在幾毫秒內(nèi)切斷進(jìn)入光線(xiàn)和SPP。而當(dāng)電流彈開(kāi)時(shí)，在光頻率通過(guò)狹縫的瞬間導(dǎo)通畫(huà)素。
       因此，由于狹縫的間距決定了光線(xiàn)透過(guò)陣列傳送的波長(zhǎng)，研究人員們藉由改變奈米狹縫模式，利用相同的電致變色聚合物，展示了可切換色彩的完整陣列。

       涂覆PolyProDOT-Me2的鋁奈米狹縫結(jié)構(gòu)之光傳輸頻譜(c,d)，其狹縫週期分別為P=240、270、300、330、360與390?nm等值；及傳輸期間映射元件區(qū)域的光顯微照片。同時(shí)還分別顯示了聚合物在開(kāi)啟(c)與(d)關(guān)閉狀態(tài)后的傳輸光譜與顯微照片
       透過(guò)像捲對(duì)捲(R2R)奈米壓印微影或奈米轉(zhuǎn)印等軟性基板技術(shù)，研究人員認(rèn)為，利用這種簡(jiǎn)單的電漿可大幅簡(jiǎn)化製造過(guò)程，而且易于擴(kuò)展至較大的范圍，以實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)。
       研究人員在實(shí)驗(yàn)中創(chuàng)造出大約10×10μm的彩色畫(huà)素，但Talin指出，在其較早的研究中證實(shí)，單狹縫裝置也能有效地開(kāi)啟或關(guān)斷光源。
       「然而，為了以狹縫陣列來(lái)定義顏色，一般間距在光波長(zhǎng)幾倍以上的狹縫是必要的，這需要大約1微米或更大的尺寸，」Talin表示。
       然而，這種高解析度的彩電致變色顯示器能夠透過(guò)IP授權(quán)或另組公司的方式實(shí)現(xiàn)商用化嗎？Talin表示，「目前，研究人員們并未積極推動(dòng)這種電漿電致變色顯示器概念的商用化。然而，我們很樂(lè)意與對(duì)這項(xiàng)技術(shù)感興趣的公司合作，包括IP授權(quán)。雖然我已經(jīng)為這種漿致變色顯示器想過(guò)幾種可能的商品名稱(chēng)了，但目前還沒(méi)有任何的結(jié)論?！?br/>       為了成功使研究結(jié)果從實(shí)驗(yàn)室走入商用市場(chǎng)，必須進(jìn)行一些技術(shù)移轉(zhuǎn)，研究人員表示：「我認(rèn)為，主要的技術(shù)障礙在于擴(kuò)展採(cǎi)用率，以及畫(huà)素陣列與驅(qū)動(dòng)器的整合，并以固體聚合物電解質(zhì)或無(wú)機(jī)電解質(zhì)取代液體電解質(zhì)，以及使用奈米壓印微影等相容于R2R的製造方式等，以製造奈米狹縫陣列等。」
       然而，「這些都不表示需要新的科學(xué)突破，多半都是來(lái)自工程與開(kāi)發(fā)方面的障礙，」他總結(jié)道。