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从1888年奥地利人Reinitzer发现液晶,到1897年德国人发明阴极射线管显示器(CRT),迄今,电子显示器的发展已经历了一百多年的历史。目前,显示器正在向大屏幕、超轻超溥、柔板显示等方向发展。而CRT存在先天的物理构造局限,无法向大屏幕超薄方向发展,因而逐步被平板显示器(FPD)取代。典型的FPD有液晶显示器(LCD)与等离子显示器(PDP)。LCD兼备薄型、质轻、功耗低和工作电压低等优点,但是也存在视角小、对比度低、色度不纯、响应速度慢等缺点。PDP虽然视角大、响应快、色彩丰富,但亮度、对比度、色彩保真度与CRT有明显的差距,且成品率低、功耗大、价格昂贵。
柔板显示器,又称“电子纸”,是一种新型显示器件,其最大特点是可实现柔性显示,能像纸张一样进行弯曲甚至折叠。目前,最有可能产业化的柔板显示器件有两种,一种是旋转球柔板显示器,另一种是微胶囊电泳柔板显示器。该课题研究的是后一种显示器件。
微胶囊电泳显示器是在电泳图像显示技术(EPID)的基础上发展起来的。为了解决EPID可靠性差、使用寿命短的缺点,麻省理工学院(MIT)媒体实验室提出了电子墨水的概念,即微胶囊化电泳显示技术。利用电泳显示原理,创造性地把颜料颗粒和深色染料溶液包裹在微胶囊内,在微胶囊内实现电泳显示,从而抑制电泳胶粒在大于胶囊尺度范围内的团聚、沉积等缺点,提高了稳定性,延长了使用寿命。
电子墨水是微胶囊电泳显示器的关键显示材料之一,其主要是由电泳颗粒、染料、电荷控制剂和分散介质组成。该课题着重研究白色电泳颗粒的制备及其表面改性,以使其符合电子墨水对电泳颗粒的要求。采用正硅酸乙酯作为原料,共沉淀法制备SiO2颗粒,作为白色电泳颗粒;加入丁二酸作为电荷控制剂对SiO2颗粒进行表面改性,以提高SiO2颗粒在分散介质(四氯乙烯)中的表面电荷;选择聚乙烯作为有机聚合物包覆于经丁二酸改性后的SiO2颗粒表面,以降低SiO2颗粒比重,抑制其在四氯乙烯溶剂中的聚沉。该文着重分析了共沉淀法制备SiO2颗粒及丁二酸改性SiO2颗粒的反应机理。探讨了其在极性及非极性溶液中Zeta电立的产生,分析了丁二酸改性对于提高SiO2颗粒Zeta电位的机理。最后,对用聚乙烯包覆以降低SiO2颗粒比重做了一些有益的尝试。
SEM照片显示,合成的SiO2颗粒基本为球状实心颗粒,尺寸大约都在200nm左右。FTIR测试表明合成的SiO2颗粒为网络结构,且丁二酸通过酯化反应,被成功地化学键合到SiO2颗粒表面上。TEM测试表明部分经丁二酸改性的SiO2颗粒被包覆上聚乙烯,沉降实验说明包覆聚乙烯后电泳颗粒出现沉降时间由原来的1h延长到4h。Zeta电势电位测试表明,经丁二酸改性后,SiO2颗粒于四氯乙烯溶剂中的Zeta电势由-4.261mv提高到-27.84mv,提高了5.53倍,而在水溶液中无显著提高。