Τις τελευταίες δεκαετίες, έχει δοθεί μεγάλη προσοχή στα EPD έναντι του συνηθισμένου χαρτιού λόγω του χαμηλού κόστους, του χαμηλού βάρους,χαμηλή κατανάλωση ενέργειαςΟι EPD είναι ανακλαστικές οθόνες οι οποίες λειτουργούν με βάση τη μετανάστευση φορτισμένων σωματιδίων εναιώρησης στοδιηλεκτρικό υγρόπρος το αντίθετα φορτισμένο ηλεκτρόδιο και αυτό είναι γνωστό ωςηλεκτροφόρηση[20,25Πρόσφατα, πολλές οθόνες έχουν εισέλθει στην αγορά μέσω εταιρειών όπως η Amazon Kindle, η Hanvon και οι OED Technologies.Δύο σημαντικές εταιρείες στον τομέα αυτό είναι η SiPix και η E-Ink οι οποίες έχουν ήδη συγχωνευθεί.Η τεχνολογία SiPix αποτελείται από μικροκαπάκια από πλαστικό.ηλεκτροφορετική οθόνηΟι ιδιότητες της ηλεκτροφορετικής οθόνης και του ηλεκτρονικού μελάνου εξηγούνται λεπτομερώς παρακάτω.
Η λεγόμενη αρχή της ηλεκτροφόρησης αναφέρεται στην κίνηση των αιωρούμενων φορτισμένων σωματιδίων σε έναυγρό αναστολήςΚάθε φορά που το ηλεκτρικό πεδίο μεταξύ των ηλεκτροδίων χρησιμοποιείται σε ένα κύτταρο,τα σωματίδια μεταναστεύουν σε σχέση με το ηλεκτρικό φορτίο και το υγρό αναστολής παραμένει σταθερό [20,28Συνεπώς, τα ηλεκτροφορετικά σωματίδια είναι ένα από τα κύρια συστατικά των EPD.κάτω από ηλεκτρικό πεδίο "E" και αιωρούμενο σε ηλεκτροφορετικό υγρό, είναι υπό την επιρροή τεσσάρων δυνάμεων: της ηλεκτρικής, της ανύψωσης, της βαρύτητας και της καθυστέρησης.ιξώδειςΗ εξίσωση Helmholtz-Smoluchowski [3] (Eq.(1)) χρησιμοποιείται για να περιγράψει την ηλεκτροφορετική ταχύτητα (U) ενός φορτισμένου σωματιδίουΣε αυτή την εξίσωση, οι όροι ε, ξΕΠ, Εxκαι μ είναι τοΔηλεκτρικόσταθερή του υγρού,δυναμικό ζήτατου σωματιδίου, τοΕφαρμοσμένο ηλεκτρικό πεδίοΤο ηλεκτροφορετικό δυναμικό ζήτα (ξΕΠΗ ηλεκτροφορέση οδηγεί στην κίνηση φορτισμένων σωματιδίων μέσα σε ένα σταθερό διάλυμα.ιξικότητατου μέσου μεταφοράς και της διηλεκτρικής του συμπεριφοράς, του μεγέθους και της πυκνότητας φορτίου των μαύρων και λευκών σωματιδίων,το πάχος του κελύφους της μικροκαψούλας και το διηλεκτρικό επίπεδο της μπορούν να επηρεάσουν τη λειτουργία και τις επιδόσεις του EPDΈνας τρόπος για να γίνουν τα σωματίδια ασταθή στο υγρό μέσο είναι να αντισταθμιστεί η βαρύτητα μεταξύ του διαλύτη διασποράς και των σωματιδίων, και ως εκ τούτου, να μειωθεί η ιζηματοποίηση [31].
Σε γενικές γραμμές, τα EPD που περιέχουν χρωματιστά εναιώδη ή διασκορπισμένα φορτισμένα σωματίδιαδιηλεκτρικό μέσοδημιουργούν αντίθετα χρώματα σε ένα κύτταρο με δύο αγωγικά, διαφανή και παράλληλα ηλεκτρόδια που έχουν τοποθετηθεί σε καθορισμένη απόσταση περίπου ενός μικρόν.
Από το 1960, οι EPDs (EPDs) έχουν αναπτυχθεί ως ένα είδος ανακλαστικής οθόνης.Αυτή η τεχνολογία έχει πολλά πλεονεκτήματα, όπως ευρεία γωνία θέασης και υψηλές αναλογίες αντίθεσης που είναι παρόμοιες με τα τυπωμένα χαρτιάΤο EPD είναι η πρώτη και βασική επιλογή για την κατασκευή ηλεκτρονικών χαρτιών.Η συσσώρευση και η συγκέντρωση είναι μερικά από τα σοβαρά προβλήματα που περιορίζουν τις εφαρμογές της στη βιομηχανία..
Η βελτίωση της ποιότητας της εικόνας απαιτεί πολύ μικρό μέγεθος σωματιδίων με στενή κατανομή μεγέθους,Μεγάλη επιφάνεια φορτίου για την ακριβή δημιουργία και τον έλεγχο των εικόνων, υψηλή αναλογία αντίθεσης, ταχεία ανταπόκριση στηνΕφαρμοσμένη τάση, η διαφάνεια που χρησιμοποιείται στο κέλυφος, η φωτεινή σταθερότητα και η σταθερή διασπορά του μελάνου και άλλες παραμέτρους.μορφολογία της επιφάνειαςΈτσι, για τον χαρακτηρισμό των μικροκαψουλών E Ink, χρησιμοποιούνται διάφορες μέθοδοι, συμπεριλαμβανομένης της υπεριώδους ορατής φασματοσκοπίας (UVVis),Οπτική μικροσκόπηση εικόνας,Μετασχηματισμένη Φουριέ υπέρυθρη φασματοσκόπησηΧρησιμοποιήθηκαν τα συστήματα (FTIR), το ηλεκτρονικό μικροσκόπιο σάρωσης (SEM), το δυναμικό ζήτα, η δυναμική διάχυση του φωτός (DLS) και το ηλεκτροφορετικό κύτταρο [34·41].
Όπως αναφέρθηκε προηγουμένως, η χωρική σταθερότητα των ηλεκτροφορετικών σωματιδίων είναι ένας βασικός παράγοντας για τον καθορισμό της ποιότητας της εικόνας, η οποία προσδιορίζεται από τη μέτρηση του δυναμικού ζήτα.Το δυναμικό ζήτα είναι ένας παράγοντας για τη δυναμική σταθερότητα των κολοειδών συστημάτωνΑν όλα τα σωματίδια σε αναστολή έχουν θετικό ή αρνητικό φορτίο, τα σωματίδια τείνουν να απωθούν το ένα το άλλο και δεν δείχνουν καμία τάση να ενσωματωθούν.Η τάση των σωματιδίων με παρόμοιο φορτίο να απωθούν το ένα το άλλο σχετίζεται άμεσα με το δυναμικό ζήταΓενικά, το σταθερό και ασταθές όριο της αναστολής μπορεί να καθοριστεί από το δυναμικό ζήτα.Τα εναιωρήματα που περιέχουν σωματίδια με δυναμικό ζήτα μεγαλύτερο από 30 mV ή μικρότερο από −30 mV θεωρούνται σταθερά [42].
Επίσης, οι έγχρωμες οθόνες μπορούν να παρασκευαστούν χρησιμοποιώντας έγχρωμες βαφές ήοργανικές χρωστικές ύλεςως έγχρωμο ηλεκτροφορετικόνανοσωματίδιαΗ χρώση ή η χρωστική ουσία στο ηλεκτρονικό μελάνι πρέπει να έχει καλή λάμψη, χρώμαΔυνατότητακαι εξαιρετική απόδοση με φως, θερμότητα καιαντοχή σε διαλύτεςοι οποίες μπορούν να προσφέρουν μεγάλο δυναμικό για να προταθούν για ευρύτερο φάσμα εφαρμογών [43·45].Το καλό ηλεκτρονικό μελάνι στα EPD μπορεί να επιτύχει μακροπρόθεσμη σταθερότητα της αναστολής και υψηλότερο επιφανειακό φορτίο σε ηλεκτροφορετική αναστολή [37].,46Ορισμένα από τα νανοσωματίδια τροποποιήθηκαν ακόμη και με ορισμένους τροποποιητές, όπωςπολυαιθυλένιο[34,46,48,49] και οκταδεκυλαμίνη [32,50Για ακριβή έλεγχο της εικόνας και ταχεία ανταπόκριση στιςΕφαρμοσμένο ηλεκτρικό πεδίο, τα σωματίδια θα πρέπει να έχουν υψηλό επιφανειακό φορτίο, έτσι ώστε η κινητικότητα να είναι εντός του εύρους των 10- 5¥10-6μm2/Vs, η διαφορά πυκνότητας με τον διαλύτη είναι μικρότερη από 0,5 g/cm3και η κατάλληλη διάμετρος είναι περίπου 190·500 nm [30,52].
Το E Ink είναι το άμεσο αποτέλεσμα της ολοκλήρωσης της χημείας, της φυσικής και της ηλεκτρονικής.Η σύνθεση του μελάνου E για EPD περιέχει σωματίδια ηλεκτροφορέσης, όπως φορτισμένο χρωματισμένο υλικό ή μικροκαψύλες που διασκορπίζονται σε διηλεκτρικό περιβάλλον και παράγοντα ελέγχου φορτίου [22 ].Με βάση τη συσκευή και την προαναφερθείσα αρχή λειτουργίας, τα σημαντικά υλικά αυτής της τεχνολογίας περιλαμβάνουν τα χρωματισμένα σωματίδια (χρώματα/χρωστικές ουσίες), το κέλυφος του μικροκαψύλου,το μονωτικό έλαιο και τα παράγοντες ελέγχου φόρτισης και σταθεροποιητέςΤα ακόλουθα τμήματα εξηγούν κάθε ένα από αυτά τα στοιχεία.
Όπως αναφέρθηκε προηγουμένως, τα χρωματιστά σωματίδια μεγέθους νανομέτρου έως μικρομέτρου είναι τα βασικά υλικά για την αξιολόγηση των λειτουργιών των ηλεκτροφορετικών.;να μειωθεί η ποσότητα ιζηματοποίησης, η πυκνότητα πρέπει να είναι ειδικά συμβατή με τον διαλύτη σε εναιώρημα, η διαλυτότητα στον διαλύτη πρέπει να είναι αρκετά χαμηλή,η φωτεινότητα πρέπει να είναι υψηλή ώστε να εξασφαλίζεται η αποτελεσματική οπτική απόδοση, η επιφάνεια πρέπει να είναι ικανή να φορτίζεται εύκολα, η διασφάλιση της μαζικής παραγωγής απαιτεί τις χρωστικές ύλες να είναι κατάλληλα σταθερές και επίσης ικανές να καθαρίζονται εύκολα.Η απορρόφηση σωματιδίων στην επιφάνεια της κάψουλας ή στο pixel πρέπει να αποφεύγεται σε περίπτωση ενσωμάτωσής τους σε μικροκάψουλες ή pixel.Τα υλικά διαφόρων τύπων έχουν ερευνηθεί για εφαρμογές σε EPD [9,53·61].2[38,62], μαύρο άνθρακα [41], SiO2[63], Αλ2Ο3[58], κίτρινη χρωστική [34,64], κόκκινη χρωστική [32,65], ειρωνικό κόκκινο και μαγνήσιο μοβ είναι τα ανόργανα υλικά που έχουν προσελκύσει μεγάλη προσοχή στην έρευνα.φθαλοκυανίνη γαλάζια [66·69] και φθαλοκυανίνη πράσινη [51,70] έχουν επίσης ερευνηθεί ως οργανικά σωματίδια.Νανόμετροδιασκορπίζονται σε διάλυμα στην αρχική κατάσταση, ακολουθούμενη από επικάλυψη με πολυμερή υλικά για να σχηματιστεί δομή πυρήνα-κέλους.Οι ακετυλοομάδες ή τα αλογένια είναι τυπικά οργανικά υλικά μακράς αλυσίδας κατάλληλα ως υλικά κελύφους λόγω τηςδεσμοί υδρογόνουΗ διαθεσιμότητα στη φύση καθώς και η υψηλή φωτεινότητα είναι οι λόγοι για τους οποίους οι συσκευές EPD κατασκευάζονται από μαύρα και λευκά σωματίδια που αποτελούνται από μαύρο άνθρακα και διοξείδιο του τιτανίου αντίστοιχα.Επειδή και τα δύο αυτά υλικά είναι αγωγικά, οι επιθυμητές απαιτήσεις επιτυγχάνονται μέσωΠολυμερή επικάλυψηςσε αυτά [71].
Στην ποιότητα εικόνας λόγω της αντίθεσης, οι ιδιότητες της λευκής χρωστικής ουσίας είναι πολύ σημαντικές.2ως κοινή λευκή χρωστική ουσία λόγω της λευκότητας και των εξαιρετικών οπτικών και ανακλαστικών του ιδιοτήτων.Το πιο σημαντικό πρόβλημα με αυτή τη χρωστική ουσία είναι η αστάθεια της στο εναιώρημα λόγω της υψηλής πυκνότητας της.Κατά την τελευταία δεκαετία, οι ερευνητές προσπάθησαν εντατικά να λύσουν αυτό το πρόβλημα προτείνοντας λύσεις όπως τα κούφια νανοσωματίδια TiO2[72], TiO2με μετατροπές [62,73] και TiO2επικαλυμμένο με πολυμερές [22,43Για πρώτη φορά, οι Comiskey et al. αναφέρουν τα μικροκάψουλα E Ink με λευκά σωματίδια διασκορπισμένα σε ένα μπλε υγρό που προετοιμάστηκε με τοΠολυμερισμός in situΔιοξείδιο του τιτανίου μεειδική βαρύτητατου 4,2 χρησιμοποιήθηκε για αντανάκλαση και υψηλή καθαρότητα χρώματος ως λευκό σωματίδιο [75].Το πολυαιθυλένιο χρησιμοποιήθηκε ως επικάλυψη του διοξειδίου του τιτανίου για τη μείωση της ειδικής βαρύτητας και ως επιφανειακή τροποποίηση των σωματιδίων για να ανταποκριθούν στο εφαρμοσμένο ηλεκτρικό πεδίοΣτην παρούσα μελέτη, ηχρόνος απόκρισηςαναφέρθηκε σε 0,1 δευτερόλεπτα. Όπως φαίνεται στο σχήμα 6 (α), όταν τοποθετείται ένα μικροκαλυμμένο ηλεκτροφορετικό σωματίδιο μεταξύ δύο ηλεκτροδίων με αντίθετα φορτία,τα φορτισμένα σωματίδια προσανατολίζονται με την εφαρμογή ενός ρεύματος το οποίο, σε αντίθετη περίπτωση, προσανατολίζεται προς το ηλεκτρόδιο με αντίθετη φόρτισηΣε αυτή την περίπτωση, όταν ένας παρατηρητής κοιτάζει το σωματίδιο από πάνω, βλέπει ένα λευκό φόντο με αρνητικό φορτίο στην περιοχή τουθετικό ηλεκτρόδιοΕπιπλέον, το μέρος β) δείχνει τη φωτομικρογραφία των αρχικών παραδειγμάτων των ηλεκτροφορετικών μικροκαψουλών που είναι ενσωματωμένες στο ηλεκτρικό πεδίο [75].
Γιανγκ κ.λπ. τροποποίησαν τα σωματίδια διοξειδίου του τιτανίου με Vinyl Triethoxysilane (VTES) με τη μέθοδο Sol-Gel μέσω εμβολιασμού ομάδων ροής στο TiO2σωματίδια στην επιφάνεια.2τα σωματίδια αυτά έχουν εξαιρετικές ιδιότητες σε σκοτεινό περιβάλλον για την αντίθεση και χρησιμοποιούνται ευρέως ως λευκά ηλεκτροφορετικά σωματίδια στην παραγωγή μελάνης E.δεδομένου ότι αυτό το σωματίδιο έχει υψηλή πυκνότητα, η έλξη Van der Waals δεν είναι επαρκής και οδηγεί σε συσσωρεύσεις, γρήγορη ιζηματοποίηση και δείχνει αργή αντίδραση στο ηλεκτρικό πεδίο.έχει διεξαχθεί εκτεταμένη έρευνα για την τροποποίηση της επιφάνειαςΣε αυτή τη μελέτη, τα αποτελέσματα ολόκληρης της FTIR επιβεβαίωσαν νέες κορυφές στα 560 και 670 cm.-1μήκη κύματος λόγω των δονήσεων τέντωσης και δύο κορυφές με 12,020 και 1120 cm- 1Έτσι, αποδείχθηκε ότι το VTES ήταν επίσης μοσχευμένο στο TiO.2Η χρήση της μέθοδος αυτή έχει αυξηθεί σημαντικά από την προηγούμενη περίοδο.νανοσωματίδια πυριτίουέχει αναφερθεί με χρόνο απόκρισης 180 ̇ 191 ms στο πρωτότυπο τουηλεκτροφορετική οθόνη[30] Επί του παρόντος, τα προϊόντα EPDs μπορούν να εμφανίζουν επίπεδα 16 Gy από λευκό σε μαύρο χρώμα με 260 ̇ 300 ms και 1000 ms ως χρόνο απόκρισης και χρόνο ανανέωσης αντίστοιχα [5].Παρά το γεγονός ότι οι λευκές χρωστικές ουσίες εμπορεύονται, υπάρχει ακόμη ανάγκη να βελτιωθούν οι ιδιότητες τους χωρικά ταχεία ανταπόκριση σε ηλεκτρικό πεδίο.
Η πλήρης έγχρωμη οθόνη μπορεί να αναπτυχθεί διαιρώντας κάθε στοιχείο εικόνας στα μαύρα και λευκά EPD και τοποθετώντας οριζόντια έγχρωμα φίλτρα όπως RGB (κόκκινο, πράσινο, μπλε) και CMY (μπλε, κόκκινο,κίτρινες) σειρές [76]Ωστόσο, το έγχρωμο φίλτρο απορροφά μεγάλες ποσότητες ανακλασμένου φωτός, γεγονός που οδηγεί σε χαμηλή αντίθεση και φωτεινότητα.Οι μελέτες επικεντρώθηκαν στην προετοιμασία των τριχρωματικών ηλεκτροφορετικών σωματιδίων για έγχρωμες οθόνες (CEPD)Η ενσωματωμένη βαφή και η τροποποιημένη χρωστική ύλη χρησιμοποιούνται για τη σύνθεση ηλεκτροφορετικών σωματιδίων.Προετοιμασία χρωματισμένου μελάνης επιτεύχθηκε με τοποθέτηση χρωματισμένου υλικού στα πολυμερή όπωςΠολυστυρένιο, πολυ (N βινυλοπυρολιδόνη), πολυ (μεθυλομεθακρυλικό) και ορισμένα άλλασυμπολυμερή[23,24]. Ωστόσο, ορισμένα μειονεκτήματα, όπως η χαμηλή ορατότητα και η κακή φωτεινή σταθερότητα, περιορίζουν τη χρήση χρωστικών στο CEPD.Η καλύτερη σταθερότητα και η υψηλότερη αντοχή του χρώματος δείχνουν μεγαλύτερη καταλληλότητα για την CEPD [77]Πολλές μέθοδοι έχουν χρησιμοποιηθεί για την παρασκευή των χρωστικών που εφαρμόζονται στο CEPD, οι οποίες παρατίθενται στα ακόλουθα τμήματα.
Σε αυτή την τεχνολογία, οι μικροκαψούλες ή μικροpixels αποτελούνται από τοηλεκτροφορετική οθόνηΟ βασικός ρόλος του κελύφους στην ηλεκτροφορετική απεικόνιση είναι να ενσωματώνει τα έγχρωμα σωματίδια καθώς και το μέσο.δεν απαιτείται μόνο να έχει καλή διαφάνεια και χαμηλό επίπεδο αγωγιμότητας, αλλά πρέπει επίσης να είναι συμβατό με τα υλικά που βρίσκονται μέσα τουΜια άλλη προδιαγραφή είναι ο τρόποςμηχανική σταθερότηταΕπομένως, η διατήρηση της ευελιξίαςοργανικά πολυμερήόπως η πολυαμίνη,Πολυουρεθάνιο,πολυσουλφόνες, πολυαιθυλενικό οξύ, κυτταρίνη, ζελατίνη, αραβική τσίχλα κ.λπ. θεωρούνται οι πιο κατάλληλες επιλογές [32,55Σύμφωνα με τα επιλεγμένα υλικά,Για την κατασκευή μικροκαψουλών χρησιμοποιήθηκαν διάφορες μεθόδους, συμπεριλαμβανομένης της πολυμερισμού in situ της φορμαλδεΰδης και της ουρίας για τη δημιουργία ρητίνης φορμαλδεΰδης ουρίας [3].,28,82,88] και σύνθετη πήξη ζελατίνης και αραβικής τσίχλας για να σχηματιστείσύνθετη ταινία[79,89,90].
Υπάρχει ένα εναιώρημα χρωματιστών σωματιδίων σε υγρό μέσο μέσα στα μικροκάψουλα τουηλεκτροφορετική οθόνηΜε βάση τις βασικές απαιτήσεις των εν λόγω συσκευών, το μέσο θα πρέπει να αντιπροσωπεύει διάφορες ειδικές προδιαγραφές, συμπεριλαμβανομένης της θερμικής και χημικής σταθερότητας, κατάλληληςιδιότητες μόνωσης(διαλεκτρική σταθερά μεγαλύτερη από 2), σχεδόν πανομοιότυπηαντανάκλασηΗ εφαρμογή διαφορετικών μεμονωμένων μεθόδωνοργανικοί διαλύτεςή διαλύτες σε μορφή αλκυλενίου, αρωματικών/αλιφατικών υδρογονανθράκων, οξοσιλάνου κλπ. μπορούν να ικανοποιήσουν τις προαναφερθείσες απαιτήσεις [57,71,79,91Μια από τις πιο ευρέως χρησιμοποιούμενες μεθόδους είναι η παρασκευή 2-φαινυλοβουτανίου-τετραχλωροαιθυλενίου, ισοπαρικού L-τετραχλωροαιθυλενίου και n-χαξανίου-τετραχλωροαιθυλενίου.Η ανάμειξη φθοριούχου διαλύτη υψηλής και χαμηλής πυκνότητας και υδρογονανθράκων είναι ένας κοινός τρόπος για τη σωστή προσαρμογή της πυκνότηταςΟ πίνακας 1 παρουσιάζει ορισμένους διαλύτες που χρησιμοποιούνται στην εφαρμογή των EPD.
[25]