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基本信息

項(xiàng)目名稱：
新型電泳顯示材料和電子閱讀器件的制作
小類：
能源化工
簡(jiǎn)介：
電子墨水具有低能耗、柔軟可調(diào)、攜帶方便等特點(diǎn)，是繼液晶顯示、有機(jī)發(fā)光體之后迅速崛起的新一代數(shù)字顯示技術(shù)，其核心在于電泳顯示材料的制備。 本實(shí)驗(yàn)采用雙螺桿擠出機(jī)的反應(yīng)擠出技術(shù)，開發(fā)一種比重輕、色度高、成本低廉、形狀規(guī)則、粒徑均一、便于大規(guī)模生產(chǎn)的新型電泳顯示材料。
詳細(xì)介紹：
電子墨水具有低能耗、柔軟可調(diào)、攜帶方便等特點(diǎn)，是繼液晶顯示、有機(jī)發(fā)光體之后迅速崛起的新一代數(shù)字顯示技術(shù)。盡管電子墨水的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及其顯示方式多種多樣，但是核心技術(shù)在于制備電泳顯示材料。 現(xiàn)有的電泳顯示微球主要通過(guò)乳液聚合法制備，存在反應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)、納米粒子分散困難、包埋率低和包含量少、微球的力學(xué)強(qiáng)度、耐磨、耐溫性能亟待提高等問(wèn)題。 本項(xiàng)目巧妙地利用納米粒子在兩種高分子熔體中定向分散特性，促使白色的TiO2納米粒子在雙螺桿反應(yīng)擠出過(guò)程中選擇性分散在球形的聚合物相中，只要溶去另一種聚合物基體，即可獲得聚合物基納米復(fù)合微球。為了進(jìn)一步降低納米復(fù)合微球的比重，同時(shí)維持作為電泳顯示材料的色度，通過(guò)調(diào)整反應(yīng)性相容劑的種類和用量，優(yōu)化反應(yīng)擠出工藝，制備具有核殼結(jié)構(gòu)的、白色TiO2納米粒子偏聚在內(nèi)表面的輕質(zhì)復(fù)合微粒。開發(fā)一種比重輕、色度高、成本低廉、形狀規(guī)則、粒徑均一、便于大規(guī)模生產(chǎn)的新型電泳顯示材料。并制備了簡(jiǎn)單的電泳顯示器件，顯示“ECUST”字樣。

作品圖片

  • 新型電泳顯示材料和電子閱讀器件的制作

作品專業(yè)信息

設(shè)計(jì)、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點(diǎn)、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)

1.設(shè)計(jì)目的 電子墨水具有低能耗、柔軟可調(diào)、攜帶方便等特點(diǎn)，是迅速崛起的新一代數(shù)字顯示技術(shù)，其核心技術(shù)在于電泳顯示材料的制備。 本實(shí)驗(yàn)采用雙螺桿擠出機(jī)的反應(yīng)擠出技術(shù)，開發(fā)一種比重輕、色度高、成本低廉、形狀規(guī)則、粒徑均一、便于大規(guī)模生產(chǎn)的新型電泳顯示材料。 2.基本思路 巧妙地利用納米粒子在兩種高分子熔體中定向分散特性，促使白色的TiO2納米粒子在雙螺桿反應(yīng)擠出過(guò)程中選擇性分散在球形的聚合物相中，溶去另一種聚合物基體，即可制備具有核殼結(jié)構(gòu)的、白色 TiO2納米粒子偏聚在聚合物內(nèi)表面的輕質(zhì)復(fù)合微粒。 電泳顯示微球經(jīng)電荷控制劑處理并帶上負(fù)電，用于電泳顯示器件的制作。 3.項(xiàng)目創(chuàng)新點(diǎn) 利用納米粒子在兩相高分子熔體反應(yīng)共混過(guò)程中的定向分散特性，通過(guò)反應(yīng)擠出等通用的低成本技術(shù)，成功地制備了具有核殼結(jié)構(gòu)的、白色TiO2納米粒子偏聚在內(nèi)表面的輕質(zhì)復(fù)合微粒，為大規(guī)模低成本制備比重輕、對(duì)比度高的新型電泳顯示材料提供一條新的技術(shù)途徑。 4.技術(shù)關(guān)鍵 如何確保納米粒子偏聚在球形聚合物相的內(nèi)表面，制備形狀規(guī)則、粒徑均一、具有核殼結(jié)構(gòu)的輕質(zhì)復(fù)合微粒。 5.技術(shù)指標(biāo)（1）電泳顯示微球的粒徑在1μm左右，形狀規(guī)則、粒徑均一；（2）電泳顯示微球比重小、對(duì)比色度高；（3）電泳顯示微球Zeta電位在40mV以上，保證電子墨水的穩(wěn)定性；（4）利用電泳顯示微球制備的電子閱讀模型器件，控制響應(yīng)時(shí)間在1s以內(nèi)，斷電后的穩(wěn)定時(shí)間在60分鐘以上。

科學(xué)性、先進(jìn)性

電子墨水或電子紙的關(guān)鍵技術(shù)是如何制備高度穩(wěn)定、快速響應(yīng)、成本低廉的可規(guī)?；a(chǎn)的電泳顯示顆粒?，F(xiàn)有的技術(shù)有采用納米粒子為顯色顆粒。例如西北工業(yè)大學(xué)的左朝陽(yáng)，王建平等人制成的電子墨水顯示原型器件。存在以下問(wèn)題：顯色顆粒與電泳液的比重不匹配，沉降嚴(yán)重，顯色穩(wěn)定性差。采用原位聚合、乳液聚合等技術(shù)制備納米復(fù)合微球，可減輕顯色顆粒與電泳液的比重不匹配問(wèn)題。浙江大學(xué)的陳紅征等采用原位聚合法制備了聚苯乙烯包覆二氧化鈦微球電泳粒子，但制備工藝復(fù)雜，成本高昂。 本項(xiàng)目巧妙地利用納米粒子在兩種高分子熔體中定向分散特性，促使白色的TiO2納米粒子在雙螺桿反應(yīng)擠出過(guò)程中選擇性分散在球形的聚合物相中，溶去另一種聚合物基體，即可制備具有核殼結(jié)構(gòu)的、白色TiO2納米粒子偏聚在聚合物內(nèi)表面的輕質(zhì)復(fù)合微粒。 本項(xiàng)目的先進(jìn)性表現(xiàn)在（1）采用可低成本大規(guī)模生產(chǎn)的雙螺桿擠出機(jī)的反應(yīng)擠出技術(shù)；（2）首次獲得納米粒子偏聚在內(nèi)表面的、具有核殼結(jié)構(gòu)的一系列輕質(zhì)顯色顆粒，解決了顯色顆粒與電泳液的比重不匹配問(wèn)題。

獲獎(jiǎng)情況及鑒定結(jié)果

無(wú)

作品所處階段

實(shí)驗(yàn)室階段

技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式

申請(qǐng)專利

作品可展示的形式

模型、現(xiàn)場(chǎng)演示、圖片、樣品

使用說(shuō)明,技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì),適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說(shuō)明,市場(chǎng)分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測(cè)

1.技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)（1）本項(xiàng)目制備了具有核殼結(jié)構(gòu)的、白色TiO2納米粒子偏聚在內(nèi)表面的PA6/TiO2復(fù)合微球。該復(fù)合微球比重小、白度高、耐熱性好，性能穩(wěn)定。應(yīng)用于電子閱讀器件，可以降低響應(yīng)時(shí)間、提高對(duì)比度。（2）通過(guò)反應(yīng)擠出等通用技術(shù)，工藝簡(jiǎn)單、生產(chǎn)效率高，有望實(shí)現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)。（3）制備成本低廉、取材廣泛，我們對(duì)制得的復(fù)合微球成本做了初步計(jì)算，大約為50元/kg，與現(xiàn)有電泳顯示材料相比，成本大大降低。 2.適用范圍 電泳顯示材料作為一種新型信息存儲(chǔ)材料，應(yīng)用于電子閱讀器件、電子紙、電子顯示屏、廣告牌等的制作。 3.市場(chǎng)分析和經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測(cè) 電子紙?jiān)?009年一直處于供不應(yīng)求的狀態(tài)，2010年，電子紙的使用量繼續(xù)上升。由于電子紙自身節(jié)電、低碳、綠色等諸多優(yōu)勢(shì)，市場(chǎng)廣闊，市場(chǎng)潛力巨大。 現(xiàn)有的電泳顯示材料生產(chǎn)工藝復(fù)雜、成本高昂。本項(xiàng)目的PA6/TiO2復(fù)合微球，成本約為50元/kg，為大規(guī)模低成本制備電泳顯示材料提供一條新的技術(shù)途徑，經(jīng)濟(jì)效益巨大。

同類課題研究水平概述

E-link公司和MIT為代表的微膠囊電泳電子墨水是研究最早和最為成熟的電子墨水技術(shù)，微膠囊透明液體中含有黑、白帶電粒子，再將微膠囊分散在透明的薄膜上與塑料晶體管組成顯示器件。微球相同的Zeta電勢(shì)使微球之間相互排斥，有利于體系的穩(wěn)定，但不能完全阻止微膠囊中微球發(fā)生沉積。微球的沉積會(huì)影響電泳顯示器的顯示效果和使用壽命。施樂(lè)（Xerox）公帕洛阿爾托研究中心（PARC）N.K.Sheridon等開發(fā)的電子墨水是雙色擰轉(zhuǎn)球技術(shù)。但是雙色球的制備技術(shù)和工藝相當(dāng)復(fù)雜，且在電場(chǎng)變換時(shí)難以實(shí)現(xiàn)雙色球完全翻轉(zhuǎn)，從而使對(duì)比度有所降低。愛(ài)爾蘭都柏林大學(xué)Ntera公司開發(fā)的納米變色電子墨水技術(shù)涉及納米結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體金屬氧化薄膜和電致變色的紫羅精分子，采用白色或者透明背景。美國(guó)肯特公司開發(fā)了膽甾型液晶電子墨水技術(shù)，其后日本的松下也在進(jìn)行該墨水技術(shù)的研究。但該技術(shù)對(duì)比度很低，必須在強(qiáng)光下才能閱讀或辨識(shí)，且顯示器成品率低，成品高昂，耐熱性差。 我國(guó)在這方面已經(jīng)有一定的研究基礎(chǔ)。例如西北工業(yè)大學(xué)的左朝陽(yáng)，王建平等人以明膠--阿拉伯樹膠為壁材，四氯乙烯為分散介質(zhì)，表面改性的TiO2為顯示顆粒，采用復(fù)凝聚法制備了電子墨水微膠囊，并制成電子墨水顯示原型器件，在直流電場(chǎng)(2.5V/μm)驅(qū)動(dòng)下實(shí)現(xiàn)了文字顯示。天津大學(xué)的高培、馮亞青等通過(guò)界面聚合法，制備出含黃色電子墨水的聚脲微膠囊。該微膠囊干燥后不易破裂，有一定機(jī)械強(qiáng)度、韌性、耐水性和耐熱性，微膠囊壁厚約2μm，在直流電場(chǎng)中有顯著的電泳現(xiàn)象，響應(yīng)時(shí)間為0.2s。浙江大學(xué)的榮宇，吳剛，陳紅征等采用明膠與苯乙烯--馬來(lái)酸酐的復(fù)凝聚法以白色TiO2粒子與藍(lán)色電泳液搭配，制得的電子墨水能夠在9V直流電場(chǎng)下實(shí)現(xiàn)文字顯示。陜西科技大學(xué)的伍媛婷、王秀峰等采用溶膠--凝膠法制備出了適于電子墨水用的實(shí)心球形TiO2白色顯色顆粒，顆粒粒度約為300nm。但是，迄今為止，國(guó)內(nèi)外電泳顯示材料的最大問(wèn)題是顯色顆粒與電泳液的比重不匹配。由于TiO2等納米粒子的比重過(guò)大，導(dǎo)致嚴(yán)重的沉降問(wèn)題，影響了電泳顯示的穩(wěn)定性和長(zhǎng)效性，而且制備過(guò)程復(fù)雜，成本昂貴。
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