基于电子墨水的电泳显示器具有节能、护眼的技术优势，被广泛应用于电纸书、电子标签、智能手机以及公交显示站牌等应用场合。电泳型光子晶体具有色彩饱和、颜色可调、与现有技术兼容的特点，是电泳显示的理想材料，有望解决商用滤膜型彩色电泳屏饱和度低的技术难点。然而，传统电致变色光子晶体响应需要持续施加电压来维持特定结构色，致使其始终无法适配于具有“双稳态”或“多稳态”特征的电泳显示技术。最近，华东师范大学葛建平教授团队发展了一种具有双稳态、可逆切换特性的新型电响应光子晶体液态材料，并将其用于开发低功耗、全彩色电泳显示设备。2022年11月16日，相关成果在线发表在知名学术期刊Nature Communications (Nat. Commun,. 2022, 13, 7007) 上。
图1 葛建平教授团队研究成果发表于Nature Communications。图片来源：Nat. Commun.
与传统胶体电泳型电致变色光子晶体不同的是，该材料在无外电场作用下具有两种稳态结构，分别为胶粒有序排列的结构色状态以及无序排列的无色透明状态。材料中聚乙二醇的引入是实现双稳态显示的关键，它能够有效提升胶体分散体系的粘度，抗衡无序密堆积状态下胶粒之间的静电斥力，冻结胶粒的布朗运动，从而实现无序状态的稳定维持。此外，两种稳态在外电场短促作用下能可逆切换，实现了稳态显示时无能耗，状态切换时小能耗的理想节能显示。
图2具有双稳态及可逆切换特性的电响应光子晶体。图片来源：Nat. Commun.
通过优化光子晶体组成配方与外场调谐条件，该电响应光子晶体能够在各种使用场景下下实现长时间稳定显示和稳态间的快速可逆切换。同时，研究人员将光子晶体电子墨水封装在程序控制的显示阵列中，成功实现高分辨率、彩色及灰度显示，初步证实了低功耗显示应用的可行性。这种基于双稳态电响应光子晶体的新型显示技术与商用电子墨水显示设备的控制原理、制备工艺完全兼容，且在彩色饱和度上具有显著优势，有望作为下一代彩色电子墨水材料，应用于节能彩色显示器中。
图3.基于光子晶体电子墨水的像素阵列和彩色显示面板。图片来源：Nat. Commun.
该研究成果得到了国家自然科学基金委经费支持，我院傅茜茜博士为论文的第一作者，博士研究生余文缘和包光阳为共同作者，葛建平教授为论文的通讯作者。
论文信息：https://www.nature.com/articles/s41467-022-34745-0
Electrically Responsive Photonic Crystals with Bistable States for Low-power Electrophoretic Color Displays
Qianqian Fu, Wenyuan Yu, Guangyang Bao, Jianping Ge*
Nat. Commun.2022, 13, 7007, DOI: 10.1038/s41467-022-34745-0