低成本等离子体有望实现全彩电子纸快速切换

Sandia 实验室科学家A. Alec Talin及其同事们在《自然通讯》(Nature Communications)期刊中发表这一研究结果。在这项主题为“利用等离子体实现高对比度与快速电致变色切换”(High-contrast and fast electrochromic switching enabled by plasmonics)的研究中，提出了一种能以低成本制造薄型全彩显示器的候选技术，不仅具备较当今高解析显示器更20倍的分辨率，同时还能实现毫秒 (us)级的切换速度。

Talin 利用具有普通电致变色聚合物、聚苯胺(PANI)与PolyProDOT-Me2等均匀涂层的金与铝金属纳米狭缝作为等离子体结构，而无需以专用控制电极迭加 多层特定色彩的电致变色聚合物。垂直的纳米级裂缝数组(每一狭缝深度仅60nm、宽250nm，间距为500nm)与入射光线的方向垂直。当光线到达铝金 属纳米狭缝时，即转换为表面等离子体量子波(SPP)——即包含可见光谱频段的电磁波，可沿着电极接口(此处使用铝与电致变色聚合物)行进。 等离子体电致变色电极整合(a)金(Au)纳米狭缝数组与(b)参考平面电致变色电极示意图。金纳米狭缝数组间距为500nm。(c)还原与氧化形式的PANI 化学结构。在沈积PANI至d≈15?nm厚度之前(d)以及其后(e)所制造的金纳米狭缝电极SEM图。(f)图e的放大图，比例尺约300nm

只需在狭缝顶部施加微小的电流，等离子体结构就会变成深黑色，在几毫秒内切断进入光线和SPP。而当电流弹开时，在光频率通过狭缝的瞬间导通像素。

因此，由于狭缝的间距决定了光线透过数组传送的波长，研究人员们藉由改变纳米狭缝模式，利用相同的电致变色聚合物，展示了可切换色彩的完整数组。 涂覆PolyProDOT-Me2的铝纳米狭缝结构之光传输频谱(c,d)，其狭缝周期分别为P=240、270、300、330、360与390?nm等 值；及传输期间映像组件区域的光显微照片。同时还分别显示了聚合物在开启(c)与(d)关闭状态后的传输光谱与显微照片

透过像卷对卷(R2R)纳米压印微影或纳米转印等软性基板技术，研究人员认为，利用这种简单的等离子体可大幅简化制造过程，而且易于扩展至较大的范围，以实现量产。

研究人员在实验中创造出大约10×10μm的彩色像素，但Talin指出，在其较早的研究中证实，单狭缝装置也能有效地开启或关断光源。

“然而，为了以狭缝数组来定义颜色，一般间距在光波长几倍以上的狭缝是必要的，这需要大约1微米或更大的尺寸，”Talin表示。

然而，这种高分辨率的彩电致变色显示器能够透过IP授权或另组公司的方式实现商用化吗？Talin表示，“目前，研究人员们并未积极推动这种等离子体电致变色显示器概念的商用化。然而，我们很乐意与对这项技术感兴趣的公司合作，包括IP授权。虽然我已经为这种浆致变色显示器想过几种可能的商品名称了，但目前还没有任何的结论。”

为了成功使研究结果从实验室走入商用市场，必须进行一些技术移转，研究人员表示：“我认为，主要的技术障碍在于扩展采用率，以及像素数组与驱动器的整合，并以固体聚合物电解质或无机电解质取代液体电解质，以及使用纳米压印微影等兼容于R2R的制造方式等，以制造纳米狭缝数组等。”

然而，“这些都不表示需要新的科学突破，多半都是来自工程与开发方面的障碍，”他总结道。