根據(jù)瑞典查爾摩斯理工大學(xué)(Chalmers University of Technology；CUT)的研究人員表示，結(jié)合電漿子納米結(jié)構(gòu)以及電性可調(diào)的聚合物，就能依據(jù)需求產(chǎn)生任何顏色。
研究人員們?cè)O(shè)計(jì)了一種軟性的電子紙(e-paper)畫(huà)素單層作為概念驗(yàn)證，并宣稱(chēng)這項(xiàng)技術(shù)能讓目前的電泳電子紙功耗降低超過(guò)10倍，同時(shí)以高分辨率顯示于大尺寸的規(guī)格上，可實(shí)現(xiàn)厚度不到1微米的超薄海報(bào)或可折迭的電子書(shū)閱讀器。
這項(xiàng)主題為《電漿子超穎表面與復(fù)合聚合物實(shí)現(xiàn)彩色軟性電子紙》(Plasmonic Metasurfaces with Conjugated Polymers for Flexible Electronic Paper in Color)的研究刊載于最新一期的《先進(jìn)材料》(Advanced Materials)期刊中，該校研究人員Andreas Dahlin與博士研究生Kunli Xiong共同發(fā)表了一種看似簡(jiǎn)單的反射式顯示架構(gòu)。
研究人員們采用兼容于大面積與塑料薄膜的平行微影制程步驟，創(chuàng)造出電漿子超穎表面，其組成成份包括：銀的基礎(chǔ)反射層(150nm)、氧化鋁制造的間隔層(厚度由Fabry–Perot干涉現(xiàn)象取得的反射色彩所決定)，以及具有150nm間距納米孔洞的20nm金層。
透過(guò)氧化鋁的沉積過(guò)程，基底電漿子超穎表面的反射顏色可在整個(gè)顏色光譜上發(fā)生變化，在40到95nm的不同厚度范圍，分別表現(xiàn)出紅、綠、藍(lán)(48nm、93nm、83nm)的三原色。
a) 超穎表面示意圖；及其b) 納米孔洞的電子顯微鏡圖；c) 在樣本PET上依 不同氧化鋁厚度產(chǎn)生的調(diào)色盤(pán)；d) 在環(huán)境光線下的三原色樣本圖；e) 依不同角度在空氣中反射出紅、綠、藍(lán)三原色光譜
“金薄膜中的納米孔數(shù)組增強(qiáng)了著色，因?yàn)樗軌蝰詈系奖砻骐姖{子，并提供強(qiáng)大的共振散射，”研究人員在文中解釋。
為了控制反射率并使反射顏色“開(kāi)啟”和“關(guān)閉”，研究人員以摻雜的聚吡咯薄膜覆蓋電漿子超穎表面，形成共軛導(dǎo)電聚合物，使其能以電性調(diào)節(jié)其光學(xué)吸收性。最后再以液體電解質(zhì)完成此“畫(huà)素電路”，使其得以在1V偏壓時(shí)「開(kāi)啟」或「關(guān)斷」(當(dāng)超穎表面吸收光線時(shí)呈現(xiàn)黑暗狀態(tài))。
透過(guò)施加電位，調(diào)節(jié)金納米孔洞數(shù)組頂部聚合物層的光吸收性，即可控制反射層
在實(shí)驗(yàn)時(shí)，研究人員表征電漿子超穎表面的樣本，形成50μm畫(huà)素的三原色——紅綠藍(lán)，實(shí)現(xiàn)與一般打印機(jī)墨水所產(chǎn)生的相同反射率與對(duì)比度，并可達(dá)到60°視角以取得正確的顏色外觀。此外，它還提供了理想的對(duì)比度，以及超過(guò)90%無(wú)關(guān)偏振的諧振反射，使得電子紙可實(shí)現(xiàn)數(shù)百毫秒的響應(yīng)時(shí)間，并以每平方厘米小于0.5mW 的功耗作業(yè)。
透過(guò)RGB畫(huà)素構(gòu)圖可制造出二次混色。圖右的樣本因不同的電壓而異
該研究結(jié)果顯示，由于具有低電壓以及聚合物薄膜，使其表現(xiàn)出比發(fā)射式顯示器更低10倍的功率密度，也遠(yuǎn)比現(xiàn)有的電泳顯示器更低得多。同時(shí)，研究人員采用的微影制程步驟能輕松地使畫(huà)素微縮至幾微米，從而使顯示器的最高分辨率達(dá)超過(guò)104 dpi。
雖然這種顯示器并非完全雙穩(wěn)態(tài)，而且需要電壓電占來(lái)維持其「導(dǎo)通」?fàn)顟B(tài)，但其漏電流密度非常低，在1.0V電壓下大約還不到400 microA/cm^2。 然而，CUT副教授Andreas B. Dahlin指出，“這種聚合物能維持其氧化狀態(tài)，即使電壓中斷5到10秒也不受影響，而且這可能還能使用電解質(zhì)進(jìn)一步改善。”
“我們目前正在研究使用更便宜的材料以取代固態(tài)組件的可能性，其他聚合物可能具有更好的對(duì)比度以及不同的電解質(zhì)，”Dahlin總結(jié)道。至于潛在的工業(yè)化，諸如石烯或氧化銦錫等透明的軟性導(dǎo)體，可用于作為相對(duì)于超穎表面且封裝電解質(zhì)薄層的反電極。
