新型銀納米粒子墨水

 

　　美國伊利諾伊大學的研究人員研制出一種由銀納米粒子構成的新型墨水，可應用于電子和光電等領域的塑料和玻璃基質上全方向的打印，能創(chuàng)造出更易彎曲和伸展的、跨度較大的微電極，實現(xiàn)信號從一個電路組件到另一個電路組件的傳遞。在論文中，該大學材料科學與工程系的教授表示，刻有圖案的銀微電極可以利用高濃度的納米粒子墨水在寬度小于2微米的半導體、塑料和玻璃基質上進行全方向的打印。與噴墨打印和絲網印刷術不同的是新型的墨水還可實現(xiàn)側面的打印。

 

　　另有專家則表示，這個研究團隊還能在眾多類型的基質上利用不同類的電子材料制造出高度集成的系統(tǒng)。全方位的印刷則能克服部分制約潛在電子印刷產品發(fā)展的因素，為科學家研發(fā)出更尖端的印刷技術奠定基礎。

 

　　納米電子墨水——下一代顯示技術

 

　　既能改寫信息，又便于文字閱讀的媒體需求越來越大，這就是能夠利用電子裝置顯示，而且又具有像紙張一樣的高可視性的“電子紙張”。這是一項早在約30年前就已開始研究的“夢幻技術”在方便使用的同時，用戶還希望顯示設備具有較大的顯示面積，同時具有類似紙張的閱讀性，超低的電量消耗，真正的超薄輕便設計。隨著納米技術的發(fā)展和應用，一種新穎的具有超薄化、超低功耗、長壽命、軟屏化的顯示技術——納米電子墨水顯示技術和顯示器應運而生。

　　

 

　　電子墨水顯示早在約30年前就已有研究，但達到能應用化程度則是近幾年的事。這主要得益于納米技術、微膠囊技術、微電子技術和材料改性等新材料技術及其器件集成技術的發(fā)展，近幾年來，有關納米電子墨水顯示技術的各國公開報道的專利已有數(shù)百篇之多，技術發(fā)展十分迅速。

 

　　納米電子墨水顯示技術原理是把帶電的納米微粒子分散在懸浮液體中構成膠體，當對該分散體系施加電場時帶電粒子就會在電場的作用下發(fā)生電泳，使得帶有一定顏色和電荷(正或負)的粒子定向泳動，同時透過透明電極構成顯示。

 

　　1995年，美國麻省理工學院媒體實驗室的Jacobson J.提出了膠囊化電泳油墨（encapsulated electrophoretic ink）的設想并在技術上獲得成功。這是納米電子墨水顯示技術的重大突破。

 

　　電子紙的關鍵技術之一是朗訊公司的貝爾研究所于兩年前開發(fā)的塑料晶體管（或稱有機晶體管），該產品是基于碳基化合物形成的晶體管，據(jù)悉不需要諸如非結晶體硅樹脂之類的昂貴的生產工藝。關鍵技術之二是EInk公司所擁有的電子油墨技術，該電子油墨由幾百萬個含有濃染料和淡顏料微型密封容器構成，通過塑料晶體管的電場改變色彩，映出圖像。

 

　　同樣的電子紙，美國施樂公司也正在開發(fā)中，它采用名為 gyricon 的技術。gyricon電子紙具有滿鋪幾百萬個墨粉顆粒的穿透性塑料薄層，墨粉顆粒通過電壓來顯示黑白兩色。

 

　　2002年1月，EInk公司宣布，開發(fā)成功了一種世界上最薄的、可刷新的、可攜帶的類紙式陣列式顯示媒體——納米電子墨水顯示媒體。該顯示器只有信用卡一半厚，其重量和厚度都不到傳統(tǒng)LCD的二分之一。這種顯示器具有良好的柔性，能以高分辨率顯示彩色信息，特別適應移動顯示和方便攜帶。該顯示的核心技術就是電子油墨技術，其用于顯示信息的基本單元就是電子油墨微膠囊。

 

　　2003年3月，日本千葉大學開發(fā)出厚度只有0.1毫米的電子紙(色粉顯示板)，真正達到了紙的厚度范疇。之后，東芝公司也推出了自己的電子紙。

 

　　2003年，EInk公司、Philips公司和Sony公司共同宣布了第一個商業(yè)化電子紙顯示模塊，應用于Sony最新的e-Book閱讀器中，顯示分辨率達到了170ppi，可實現(xiàn)4級灰度。由于僅在電子紙中內容發(fā)生改變的時候才需要電能，因此用4節(jié)常規(guī)5號堿性電池就可以閱讀10000頁的文字內容。

 

　　日本Canon公司開發(fā)的“仿紙張顯示器”電子紙技術只在單側配置電極，讓黑色粒子在平面上移動的方法，分辨率為200dpi，使用塑料底板時還可以彎曲，不過缺陷是斷電后內容維持時間僅為幾分鐘。目前這種納米電子墨水顯示技術處于黑白顯示的商業(yè)化初期，顯示面積最大為B5--A4幅面。彩色顯示正在開發(fā)之中，并已取得了一定的進展。

 

　　2004年3月24日飛利浦電子集團、索尼公司及E-Ink 公司宣布，包含有世界上第一個電子紙媒體顯示器的索尼新電子書 LIBRI'e于四月底在日本上市。飛利浦的這款顯示器使用E-Ink 革命性的電子墨水技術，該技術提供了一種具有與新聞紙相同的對比度、酷似紙張的閱讀體驗。

　　

 

　　由于納米電子墨水顯示器——“電子紙”誘人的商業(yè)前景，可以創(chuàng)造全新市場機會，世界各國的許多公司都投入巨大的人力物力對其進行研究開發(fā)，目前已經取得了很大的進展，也有多家公司開發(fā)出了初步的電子紙產品。

 

　　研究開發(fā)納米電子墨水顯示技術的主要公司有E INK、Philips、Sony、Canon、Xerox、Ricoh、Toshiba、Fuji-Xerox和大日本油墨等公司。業(yè)者預估，電子紙張潛在市場規(guī)模具有100億美元商機，不過因為相關技術不成熟，有待改善空間仍大，加上廠商生產成本下降速度以及產能是否能夠配合等多項問題，預估實際市場規(guī)模約在10億美元左右。

 

 

　　目前，納米電子墨水顯示在國外研究較多，而我國在納米電子墨水顯示技術方面的研究很少。我國還未見有國家科技計劃資助這一重大前沿技術的研究，也沒有企業(yè)自主投資從事納米電子墨水顯示技術及器件開發(fā)的公開報道。只有少數(shù)單位開展了一些初步的材料探索工作，還沒有開始進行顯示器件的研究。如西北工業(yè)大學的電流變技術研究所對電子墨水的制備進行了一些研究，發(fā)表了數(shù)篇有關電子墨水制備的報道。

 

　　除此之外，國內還未見其他有關制備電子墨水的文章。在我國的專利中，相關的專利只有數(shù)十篇，絕大部分是和電子墨水材料的選擇有關，涉及納米電子墨水顯示技術及器件開發(fā)的幾乎沒有。因此，國內在納米電子墨水顯示領域還處于近乎空白階段。對于如此重大的技術革命，如果我們不盡快開展工業(yè)化研究工作，努力趕上，那將來國家層次的產業(yè)損失將是無法估量的。

 

　　我國在國家“863”、“973”計劃和國家自然科學基金委納米技術專項等的支持下，在制備電子墨水的關鍵技術方面——納米顆粒和微膠囊的可控制備和工程化產業(yè)化生產方面已經積累了良好的工作基礎，取得了一些有國際先進或領先水平的科技成果。在有機顏料的合成，納米化技術，微膠囊的制備等方面也做了相當?shù)那捌诠ぷ?，如分散液穩(wěn)定性與顏料粒子表面型貌的關系，粒子表面改性技術，有機膠體溶液的制備和添加劑的作用，以及界面聚合法制備微膠囊技術等進行了工作，取得了令人滿意的結果；在水性彩色油墨納米粒子的制備和配方產品方面，進行了創(chuàng)新性的工作，擁有自主知識產權，其小試產品部分性能超過國際公司同類產品水平；在單分散球形SiO2納米顆粒及其復合納米顆粒制備方面具有特色和優(yōu)勢。因此，我國在納米電子墨水顯示所用的關鍵材料——納米顆粒材料方面的制備和工程化方面已有很好的工作基礎和特色，擁有自主知識產權。

 

　　如果我們抓住機遇，迎頭趕上，將在未來的新型顯示器市場占有一席之地。