可调式电浆子像素

基于奈米电浆子学之彩色显示器提供了优于传统基于染料或结构方法的一些优点。然而，在液晶显示器中快速且节能地调整颜色仍然是一项挑战。目前，英国剑桥大学的Jialong Peng，Hyeon-Ho Jeong及其同事展示了一种奈米电浆子显示器，其像素显示可以快速地（> 50 Hz）调谐共振波长（颜色），且在大于100 nm的频谱范围（可见光波段） (J. Peng et al., Sci. Adv. 5, eaaw2205; 2019)。重要的是，调谐是节能的，每个像素每1 nm波长的移动仅需0.2 fJ。

Au奈米颗粒（NPs）位于Au基底（也是工作电极）上，但具有仔细控制的粒子-镜面间距。由于封装在导电聚合物壳（聚苯胺）中，颗粒是电致变色的；外壳还精确地决定了粒子-镜面间隙，并透过自下而上的程序进行制作。这些颗粒随机分散在平面Au基底上，但可以设计覆盖范围，并将结构整合到客制的机电单元中，从而实现电动力学和光学响应的追踪（透过暗视野显微镜观察;如图一）。透过施加电压以修改壳的化学状态（和光学性质），扫描范围由-0.2到0.6 V（在50 mV s^-1下，如图二）。产生约100 nm的共振位移不仅是可逆的，而且显示颜色和结构在至少三个月内是稳定的。

 

图一、eNPoM表面的可扩展颜色生成表现

图二、单个eNPoM的电驱动光学转换。（A）eNPoM的循环伏安法（Cyclic voltammetry），其中每eNPoM校准电流 (0，PANI0；1 +，PANI1 + ；2 +，PANI2 +；虚线背景的曲线凸显出氧化还原峰）。（B）单个eNPoM的DF散射光谱对比如（A）中所施加的电压（c0，PANI0 ；c2 +，PANI2 +）。 插图显示了代表性的eNPoM SEM图像（在Au基板上涂有20-nm PANI壳的80-nm Au NP）。（C）来自单个eNPoM的归一化DF散射光谱的时间扫描，用于五个循环的斜坡电压-0.2↔0.6V，扫描速率为50 mV / s。（D）耦合液晶模态与施加电压的可逆转换。

通讯作者Jeremy Baumberg告诉Nature Photonics，他们以前一直在尝试使用奈米组装大规模制造结构色材料。他们取得了一些成功，但他们意识到，如果使用大块结构，制作电控可调壁纸将需要大量能量，因此他们转向表面光子学。与诺基亚合作的早期工作使用全像技术制作可变形的金属结构，如kirigami。

「我们可以制作一种可扩展的涂层，可以用极低的能量切换薄膜的颜色，这开启了建筑规模显示的可能性，」Baumberg解释道：「在过去十年中，科学家一直在制造由贵金属制成的电浆子像素，但这些像素都有固定的颜色（这个想法是制作永不变色的永久彩色图像）。但以这研究的转换方式是新的。我们的显示器还可以从任何角度和任何光线条件（黑暗除外）观看，因为它是基于散射产生的颜色，不需要背光。」

 这项工作并非没有障碍。 Baumberg告诉Nature Photonics，同时优化所有参数是一项挑战。 例如，在制作良好的蓝色时，并同时保持低成本、一切灵活，且具有良好的电气性能等等并不简单。

「这展示了制作奈米光子器件的好途径，这种器件可以扩展到卷对卷处理，这是我几年来一直在和团队所一起尝试的，」Baumberg说：「我已经厌倦了看到用于设备的高成本奈米加工，并且评论说它是可以转移的，因为通常这种高精度奈米结构是一个很大的障碍。使用溶液成长法非常重要。」

根据Baumberg的说法，结果的关键是能够将光线捕获到微小的间隙中，这意味着由于需要改变光学特性的材料体积小，调谐需要低能量。该团队现在正在寻求扩展到更大的多像素展示器，以及推动颜色范围。