3 شاشات العرض الكهربائية (EPD)
في العقود القليلة الماضية، حظيت شاشات العرض الكهربائية باهتمام كبير على الورق العادي نظرًا لتكلفتها المنخفضة ووزنها الخفيف واستهلاك منخفض للطاقةوالسلامة. شاشات العرض الكهربائية هي شاشات عرض عاكسة تعمل بناءً على هجرة جسيمات التعليق المشحونة في السائل العازلنحو القطب الكهربائي المشحون بشحنة معاكسة، وهذا ما يعرف باسم الرحلان الكهربائي [20,25,26](الشكل 4). في الآونة الأخيرة، دخلت العديد من الشاشات إلى السوق من خلال شركات مثل Amazon Kindle و Hanvon و OED Technologies. شركتان رئيسيتان في هذا المجال هما SiPix و E-Ink اللتان تم دمجهما بالفعل، ولكن هاتين التقنيتين مختلفتان. تتكون تقنية SiPix من كبسولات دقيقة من البلاستيك يوجد تعليق للجسيمات الملونة في وسط سائل داخل الكبسولات الدقيقة لأجهزة ، وهي رقيقة جدًا وخفيفة الوزن ويتم إنتاجها عن طريق عملية اللف إلى اللف (الشكل 5) [27]. يتم شرح خصائص شاشة العرض الكهربائية والحبر الإلكتروني بالتفصيل في ما يلي.
3.1 وظيفة شاشات العرض الكهربائية (EPD)
تشير ما يسمى بمبدأ الرحلان الكهربائي إلى حركة الجسيمات المشحونة المعلقة في سائل التعليقتحت تأثير مجال كهربائي مباشر. عندما يتم استخدام المجال الكهربائي بين الأقطاب الكهربائية في خلية، تهاجر الجسيمات فيما يتعلق بالشحنة الكهربائية ويظل سائل التعليق مستقرًا [20,28,29]. لذلك، تعتبر الجسيمات الكهربائية أحد المكونات الرئيسية لشاشات العرض الكهربائية. بشكل عام، تخضع جسيمة كروية، بشحنة ‘q’، تحت مجال كهربائي ‘E’ ومعلقة في سائل كهربائي، لتأثير أربع قوى: الكهربائية، والطفو، والجاذبية، و قوى اللزوجة، أثناء تحركها بين القطب الكهربائي ثنائي التكافؤ والقطب المعاكس [30]. يتم استخدام معادلة هلمهولتز-سمولوخوفسكي [3](المعادلة. (1)) لوصف السرعة الكهربائية (U) لجسيم مشحون. في هذه المعادلة، المصطلحات ε، ξEP، Ex و μ هي العازل ثابت السائل، و إمكانات زيتا للجسيم، و المجال الكهربائي المطبق و حركة الجسيم، على التوالي. إمكانات زيتا الكهربائية (ξEP) هي سمة مميزة للجسيم المشحون. يؤدي الرحلان الكهربائي إلى حركة الجسيمات المشحونة عبر محلول ثابت. يمكن أن تؤثر المعلمات المختلفة بما في ذلك لزوجة وسط النقل وسلوكه العازل، وحجم وكثافة الشحنة للجسيمات السوداء والبيضاء، وسمك غلاف الكبسولة الدقيقة ومستواه العازل على وظيفة وأداء شاشات العرض الكهربائية. تتمثل إحدى طرق جعل الجسيمات غير مستقرة في الوسط السائل في تعويض الجاذبية بين مذيب التشتت والجسيمات، ونتيجة لذلك، تقليل الترسيب [31][79,89,90]
بشكل عام، تخلق شاشات العرض الكهربائية التي تحتوي على معلقات ملونة أو جسيمات مشحونة متفرقة في وسط عازل ألوانًا متناقضة في خلية بها قطبان كهربائيان موصلان وشفافان ومتوازيان تم وضعهما على مسافة محددة تبلغ حوالي ميكرون.
منذ عام 1960، تم تطوير شاشات العرض الكهربائية (EPDs) كنوع من شاشات العرض العاكسة. يمكن كتابة صورها أو محوها بشكل متكرر كهربائيًا. تتمتع هذه التقنية بالعديد من المزايا مثل زاوية الرؤية الواسعة ونسب التباين العالية التي تشبه الأوراق المطبوعة. تعتبر شاشة العرض الكهربائية هي الخيار الأول والأساسي لصنع الأوراق الإلكترونية. ومع ذلك، فإن القدرة على ضمان جودة الصورة وطول عمر تكتل الجسيمات وتراكمها وتجميعها هي بعض المشاكل الخطيرة التي تحد من تطبيقاتها في الصناعة.
3.2 المعلمات الفعالة في جودة صورة شاشة العرض الكهربائية مع E Ink
تعتبر خصائص الجسيمات الكهربائية أساسية لتحديد جودة الصورة. تتطلب جودة الصورة المحسنة حجم جسيمات صغير جدًا مع توزيع ضيق للحجم، وشحنة سطحية كبيرة لإنشاء الصور والتحكم فيها بدقة، ونسبة تباين عالية، واستجابة سريعة لـ الجهد المطبق، والشفافية المستخدمة في الغلاف، وثبات الضوء، وتشتت الحبر المستقر والمعلمات الأخرى. وبالتالي، استكشف العديد من الباحثين تأثير الجسيمات المعدلة، و مورفولوجيا السطح، وشحنات السطح والاستقرار الخاص [32–34]. وبالتالي، لتوصيف كبسولات E Ink الدقيقة، تم استخدام تقنيات أدوات مختلفة بما في ذلك قياس الطيف المرئي فوق البنفسجي (UV–Vis)، والمجهر الضوئي، و مطيافية الأشعة تحت الحمراء المحولة بفورييه (FTIR)، والمجهر الإلكتروني الماسح (SEM)، وإمكانات زيتا، وتشتت الضوء الديناميكي (DLS) والخلية الكهربائية [34–41][79,89,90]
كما ذكرنا سابقًا، يعد الاستقرار المكاني للجسيمات الكهربائية عاملاً رئيسيًا في تحديد جودة الصورة، والتي يتم تحديدها من قياس إمكانات زيتا. في الواقع، إمكانات زيتا هي عامل للاستقرار المحتمل للأنظمة الغروانية. إذا كانت جميع الجسيمات في المعلق تحمل شحنة موجبة أو سالبة، فإن الجسيمات تميل إلى التنافر مع بعضها البعض ولا تظهر أي ميل إلى الاندماج. ترتبط ميل الجسيمات ذات الشحنة المتشابهة إلى التنافر مع بعضها البعض ارتباطًا مباشرًا بإمكانات زيتا. بشكل عام، يمكن تحديد الحدود المستقرة وغير المستقرة للمعلق بواسطة إمكانات زيتا. تعتبر المعلقات التي تحتوي على جسيمات ذات إمكانات زيتا أكبر من 30 mV أو أقل من −30 mV مستقرة [42][79,89,90]
أيضًا، يمكن إعداد شاشات ملونة باستخدام الأصباغ الملونة أو الأصباغ العضوية كـ الجسيمات النانوية الكهربائية الملونة. يجب أن يتمتع الصبغ أو الصباغ في الحبر الإلكتروني بلمعان جيد و قوة لون وأداء ممتاز مع الضوء والحرارة و مقاومة المذيبات والتي يمكن أن توفر إمكانات كبيرة ليتم اقتراحها لمجموعة واسعة من التطبيقات [43–45]. يمكن للحبر الإلكتروني الجيد في شاشات العرض الكهربائية تحقيق استقرار تعليق طويل الأمد وشحنة سطحية أعلى في المعلق الكهربائي [37,46,47]. حتى أن بعض الجسيمات النانوية تم تعديلها بواسطة بعض المعدلات مثل البولي إيثيلين [34,46,48,49] و أوكتاديسيل أمين [32,50,51] في تطبيق شاشات العرض الكهربائية. للتحكم الدقيق في الصورة والاستجابة السريعة لـ المجال الكهربائي المطبق، يجب أن تحمل الجسيمات شحنة سطحية عالية بحيث تكون الحركة في نطاق 10-5–10-6 cm2/Vs، والفرق في الكثافة مع المذيب أقل من 0.5 g/cm3 والقطر المناسب حوالي 190–500 nm [30,52][79,89,90]
3.3 الحبر الإلكتروني (E Ink) أو الحبر الكهربائي
E Ink هي نتيجة مباشرة لتكامل الكيمياء والفيزياء والإلكترونيات. يتكون E Ink لشاشات العرض الكهربائية من جسيمات الرحلان الكهربائي مثل المواد الملونة المشحونة أو الكبسولات الدقيقة التي يتم توزيعها في بيئة عازلة للكهرباء وعامل التحكم في الشحن [22–24]. بناءً على الجهاز ومبدأ العمل المذكور أعلاه، تشمل المواد الهامة لهذه التقنية الجسيمات الملونة (الأصباغ/الأصباغ)، وغلاف الكبسولة الدقيقة، وزيت العزل، وعوامل التحكم في الشحن والمثبتات. تشرح الأقسام التالية كل واحد من هذه المكونات.
3.3.1 الأصباغ/الأصباغ كجسيمات ملونة للنواة
كما ذكرنا سابقًا، فإن الجسيمات الملونة بحجم النانو إلى الميكرومتر هي المواد الأساسية لتقييم وظائف الرحلان الكهربائي. هناك حاجة إلى الأصباغ لتلبية العديد من المتطلبات؛ تقليل كمية الترسيب، يجب أن تكون الكثافة متوافقة على وجه التحديد مع مذيب التعليق، يجب أن تكون الذوبانية في المذيب منخفضة بدرجة كافية، يجب أن يكون السطوع مرتفعًا بحيث يضمن الأداء البصري الفعال، يجب أن يكون السطح قادرًا على الشحن بسهولة، وضمان الإنتاج الضخم يتطلب أن تكون الأصباغ مستقرة بشكل صحيح وقادرة أيضًا على التنقية بسهولة. يجب تجنب امتصاص الجسيمات على سطح الكبسولة أو في البكسل في حالة تغليفها في كبسولات دقيقة أو وحدات بكسل. تم التحقيق في مواد من أنواع مختلفة لتطبيقات شاشات العرض الكهربائية [9,53–61]. TiO2 [38,62]، أسود الكربون [41]، SiO2 [63]، Al2O3 [58]، صبغة صفراء [34,64]، صبغة حمراء [32,65]، الأحمر الحديدي والأرجواني المغنيسيوم هي المواد غير العضوية التي جذبت الكثير من الاهتمام في البحث. كما تم التحقيق في أحمر التولويدين والأزرق الفثالوسيانين [66–69] والأخضر الفثالوسيانين [51,70] كجسيمات عضوية. بشكل عام، يتم توزيع الأصباغ/الأصباغ بحجم النانومتر في محلول في الحالات الأصلية، ثم يتم طلاؤها بمواد بوليمرية لتشكيل هيكل أساسي-غلاف. المواد ذات مجموعة الألكوكسي أو مجموعة الأسيتيل أو الهالوجينات هي مواد عضوية ذات سلسلة طويلة نموذجية مناسبة كمواد غلاف نظرًا لـ الروابط الهيدروجينية. التوفر في الطبيعة بالإضافة إلى السطوع العالي هما السببان اللذان جعلا أجهزة شاشات العرض الكهربائية تُصنع منذ فترة طويلة بواسطة جسيمات سوداء وبيضاء مصنوعة من الكربون الأسود وثاني أكسيد التيتانيوم على التوالي. نظرًا لأن كلتا المادتين موصلتان، يتم تحقيق المتطلبات المطلوبة من خلال طلاء البوليمرات عليها [71][79,89,90]
في جودة الصورة بسبب التباين، تعتبر خصائص الصباغ الأبيض مهمة جدًا. في الغالب، استخدم الباحثون TiO2 كصبغة بيضاء شائعة بسبب بياضها وخصائصها البصرية والانعكاسية الممتازة. المشكلة الأكثر أهمية في هذه الصبغة هي عدم استقرارها في المعلق بسبب كثافتها العالية. في العقد الماضي، حاول الباحثون بشكل مكثف حل هذه المشكلة باقتراح حلول مثل الجسيمات النانوية المجوفة TiO2 [72]، TiO2 معدلة بمعدل [62,73] و TiO2 مطلية ببوليمر [22,43,74]. لأول مرة، أبلغ كوميسكي وآخرون عن كبسولات E Ink الدقيقة مع جسيمات بيضاء متفرقة في سائل أزرق تم إعداده باستخدام طريقة البلمرة في الموقع لليوريا والفورمالديهايد. تم استخدام ثاني أكسيد التيتانيوم بـ جاذبية نوعية تبلغ 4.2 للانعكاس ونقاء الألوان العالي كجسيم أبيض [75]. تم استخدام البولي إيثيلين كطلاء على ثاني أكسيد التيتانيوم من أجل تقليل الجاذبية النوعية وكإجراء تعديل سطحي للجسيمات للاستجابة للمجال الكهربائي المطبق. في هذه الدراسة، تم الإبلاغ عن زمن الاستجابة على أنه 0.1 s. كما هو موضح في الشكل 6(أ)، عندما يتم وضع جسيم كهربائي ميكروي مغلف بين قطبين كهربائيين بشحنات معاكسة، يتم توجيه الجسيمات المشحونة عن طريق تطبيق تيار، والذي إذا لم يكن موجهًا نحو القطب الكهربائي ذي الشحنة المعاكسة. في هذه الحالة، عندما ينظر المشاهد إلى الجسيم من الأعلى، فإنه يرى خلفية بيضاء بشحنة سالبة في محيط القطب الكهربائي الموجب. علاوة على ذلك، يوضح الجزء (ب) الصورة المجهرية للأمثلة الأصلية للكبسولات الدقيقة الكهربائية المدمجة في المجال الكهربائي [75][79,89,90]
قام يانغ وآخرون بتعديل جسيمات ثاني أكسيد التيتانيوم باستخدام Vinyl Triethoxysilane (VTES) بطريقة Sol-Gel من خلال طعم مجموعات التدفق على سطح جسيمات TiO2. تتمتع جسيمات TiO2 بخصائص ممتازة في المناطق المحيطة المظلمة للتباين وتستخدم على نطاق واسع كجسيمات كهربائية بيضاء في إنتاج E Ink. ومع ذلك، نظرًا لأن هذه الجسيمات ذات كثافة عالية، فإن جاذبية فان دير فالز غير كافية وتؤدي إلى التجميع والترسيب السريع وتظهر استجابة بطيئة للمجال الكهربائي. لذلك، تم إجراء بحث مكثف حول تعديل السطح. في هذه الدراسة، أكدت نتائج FTIR بأكملها ذروات جديدة في أطوال موجات 560 و 670 cm-1 بسبب اهتزازات التمدد وذروتين بطول موجة 12020 و 1120 cm−1 التي تمثل اهتزازات التمدد لروابط Si-O في VTES. وبالتالي، تبين أن VTES تم تطعيمه أيضًا على سطح TiO2. تم الإبلاغ عن حجم الجسيمات المعدلة في نطاق 100–200 nm مع توزيع ضيق جدًا [37]. في الآونة الأخيرة، تم الإبلاغ عن استخدام الجسيمات النانوية السيليكا مع زمن استجابة يبلغ 180–191 ms في النموذج الأولي لـ يوجد تعليق للجسيمات الملونة في وسط سائل داخل الكبسولات الدقيقة لأجهزة [30]. حاليًا، يمكن لمنتجات شاشات العرض الكهربائية إظهار 16 Gy من مستويات الألوان من الأبيض إلى الأسود مع 260–300 ms و 1000 ms كزمن استجابة وزمن تحديث على التوالي [5]. على الرغم من حقيقة أن الأصباغ البيضاء يتم تسويقها، لا تزال هناك حاجة لتحسين خصائصها بسرعة مكانية للاستجابة للمجال الكهربائي.
يمكن تطوير شاشة ملونة بالكامل عن طريق تقسيم كل عنصر من عناصر الصورة في شاشات العرض الكهربائية بالأبيض والأسود ووضع مرشحات ألوان أفقية مثل مصفوفات RGB (الأحمر والأخضر والأزرق) و CMY (الأزرق والأحمر والأصفر) [76]. ومع ذلك، يمتص مرشح الألوان كميات كبيرة من الضوء المنعكس، مما يؤدي إلى تباين وسطوع منخفضين. في الآونة الأخيرة، ركزت الدراسات على إعداد الجسيمات الكهربائية ثلاثية الألوان لشاشات الألوان (CEPD). يتم استخدام الصبغة المغلفة والصباغ المعدل لتخليق الجسيمات الكهربائية. تم الحصول على إعداد الحبر الملون من خلال وضع مادة ملونة في البوليمرات مثل البوليسترين، بولي (N فينيل بيروليدون)، بولي (ميثيل ميثاكريلات) وبعض البوليمرات المشتركة الأخرى [23,24]. ومع ذلك، فإن بعض العيوب مثل الرؤية المنخفضة والاستقرار الضعيف للضوء تحد من استخدام الأصباغ في CEPD. في المقابل، تظهر الأصباغ العضوية ذات مقاومة الضوء الفائقة، والاستقرار الأفضل، وقوة الألوان الأعلى، مزيدًا من الملاءمة لـ CEPD [77]
. تم توظيف العديد من الطرق لإعداد الأصباغ المطبقة في CEPD والتي تم سردها في الأقسام التالية.
3.3.2 مواد الغلاف للمادة الملونة المحيطةيوجد تعليق للجسيمات الملونة في وسط سائل داخل الكبسولات الدقيقة لأجهزة شاشة العرض الكهربائية حيث يتحول جدار الغلاف إلى مادة أساسية. يتمثل الدور الرئيسي للغلاف في شاشة العرض الكهربائية في تغليف الجسيمات الملونة بالإضافة إلى الوسط. لهذا الغرض، لا يُطلب فقط الحصول على شفافية جيدة ومستوى منخفض من الموصلية، ولكن يجب أيضًا أن يكون متوافقًا مع المواد الموجودة بداخله. مواصفة أخرى هي طريقة الاستقرار الميكانيكي مع الحفاظ على المرونة في نفس الوقت. ومن ثم، تعتبر البوليمرات العضوية مثل البولي أمين، و البولي يوريثين، و البوليسلفونات، وحمض البولي إيثيلين، والسليلوز، والجيلاتين، والصمغ العربي، وما إلى ذلك، هي الخيارات الأكثر ملاءمة [32,55,78-87]. وفقًا للمواد المختارة، تم توظيف طرق مختلفة لتصنيع الكبسولات الدقيقة بما في ذلك البلمرة في الموقع للفورمالديهايد واليوريا لتشكيل راتنج اليوريا والفورمالديهايد [3,28,82,88] والتخثر المركب للجيلاتين والصمغ العربي لتشكيل فيلم مركب[79,89,90]
.
3.3.3 وسط سائل عازل للكهرباءيوجد تعليق للجسيمات الملونة في وسط سائل داخل الكبسولات الدقيقة لأجهزة شاشة العرض الكهربائية
شاشات العرض الكهربائية (EPDs) هي نوع من تقنية العرض العاكسة التي تستخدم حركة الجسيمات المشحونة المعلقة في وسط عازل للكهرباء تحت مجال كهربائي لإنشاء صور. تتميز هذه الشاشات بقدرتها على تكوين ألوان متناقضة والسماح بكتابة الصور أو محوها كهربائيًا، مما يجعلها مناسبة لتطبيقات الورق الإلكتروني. قد تجد هذه الفصول والمقالات ذات صلة بهذا الموضوع. في العقود القليلة الماضية، حظيت شاشات العرض الكهربائية باهتمام كبير على الورق العادي نظرًا لتكلفتها المنخفضة ووزنها الخفيف واستهلاك منخفض للطاقةوالسلامة. شاشات العرض الكهربائية هي شاشات عرض عاكسة تعمل بناءً على هجرة جسيمات التعليق المشحونة في السائل العازلنحو القطب الكهربائي المشحون بشحنة معاكسة، وهذا ما يعرف باسم الرحلان الكهربائي [20,25,26](الشكل 4). في الآونة الأخيرة، دخلت العديد من الشاشات إلى السوق من خلال شركات مثل Amazon Kindle و Hanvon و OED Technologies. شركتان رئيسيتان في هذا المجال هما SiPix و E-Ink اللتان تم دمجهما بالفعل، ولكن هاتين التقنيتين مختلفتان. تتكون تقنية SiPix من كبسولات دقيقة من البلاستيك يوجد تعليق للجسيمات الملونة في وسط سائل داخل الكبسولات الدقيقة لأجهزة ، وهي رقيقة جدًا وخفيفة الوزن ويتم إنتاجها عن طريق عملية اللف إلى اللف (الشكل 5) [27]. يتم شرح خصائص شاشة العرض الكهربائية والحبر الإلكتروني بالتفصيل في ما يلي. تشير ما يسمى بمبدأ الرحلان الكهربائي إلى حركة الجسيمات المشحونة المعلقة في سائل التعليقتحت تأثير مجال كهربائي مباشر. عندما يتم استخدام المجال الكهربائي بين الأقطاب الكهربائية في خلية، تهاجر الجسيمات فيما يتعلق بالشحنة الكهربائية ويظل سائل التعليق مستقرًا [20,28,29]. لذلك، تعتبر الجسيمات الكهربائية أحد المكونات الرئيسية لشاشات العرض الكهربائية. بشكل عام، تخضع جسيمة كروية، بشحنة ‘q’، تحت مجال كهربائي ‘E’ ومعلقة في سائل كهربائي، لتأثير أربع قوى: الكهربائية، والطفو، والجاذبية، و قوى اللزوجة، أثناء تحركها بين القطب الكهربائي ثنائي التكافؤ والقطب المعاكس [30]. يتم استخدام معادلة هلمهولتز-سمولوخوفسكي [3](المعادلة. (1)) لوصف السرعة الكهربائية (U) لجسيم مشحون. في هذه المعادلة، المصطلحات ε، ξEP، Ex و μ هي العازل ثابت السائل، و إمكانات زيتا للجسيم، و المجال الكهربائي المطبق و حركة الجسيم، على التوالي. إمكانات زيتا الكهربائية (ξEP) هي سمة مميزة للجسيم المشحون. يؤدي الرحلان الكهربائي إلى حركة الجسيمات المشحونة عبر محلول ثابت. يمكن أن تؤثر المعلمات المختلفة بما في ذلك لزوجة وسط النقل وسلوكه العازل، وحجم وكثافة الشحنة للجسيمات السوداء والبيضاء، وسمك غلاف الكبسولة الدقيقة ومستواه العازل على وظيفة وأداء شاشات العرض الكهربائية. تتمثل إحدى طرق جعل الجسيمات غير مستقرة في الوسط السائل في تعويض الجاذبية بين مذيب التشتت والجسيمات، ونتيجة لذلك، تقليل الترسيب [31][79,89,90] بشكل عام، تخلق شاشات العرض الكهربائية التي تحتوي على معلقات ملونة أو جسيمات مشحونة متفرقة في وسط عازل ألوانًا متناقضة في خلية بها قطبان كهربائيان موصلان وشفافان ومتوازيان تم وضعهما على مسافة محددة تبلغ حوالي ميكرون. منذ عام 1960، تم تطوير شاشات العرض الكهربائية (EPDs) كنوع من شاشات العرض العاكسة. يمكن كتابة صورها أو محوها بشكل متكرر كهربائيًا. تتمتع هذه التقنية بالعديد من المزايا مثل زاوية الرؤية الواسعة ونسب التباين العالية التي تشبه الأوراق المطبوعة. تعتبر شاشة العرض الكهربائية هي الخيار الأول والأساسي لصنع الأوراق الإلكترونية. ومع ذلك، فإن القدرة على ضمان جودة الصورة وطول عمر تكتل الجسيمات وتراكمها وتجميعها هي بعض المشاكل الخطيرة التي تحد من تطبيقاتها في الصناعة. تعتبر خصائص الجسيمات الكهربائية أساسية لتحديد جودة الصورة. تتطلب جودة الصورة المحسنة حجم جسيمات صغير جدًا مع توزيع ضيق للحجم، وشحنة سطحية كبيرة لإنشاء الصور والتحكم فيها بدقة، ونسبة تباين عالية، واستجابة سريعة لـ الجهد المطبق، والشفافية المستخدمة في الغلاف، وثبات الضوء، وتشتت الحبر المستقر والمعلمات الأخرى. وبالتالي، استكشف العديد من الباحثين تأثير الجسيمات المعدلة، و مورفولوجيا السطح، وشحنات السطح والاستقرار الخاص [32–34]. وبالتالي، لتوصيف كبسولات E Ink الدقيقة، تم استخدام تقنيات أدوات مختلفة بما في ذلك قياس الطيف المرئي فوق البنفسجي (UV–Vis)، والمجهر الضوئي، و مطيافية الأشعة تحت الحمراء المحولة بفورييه (FTIR)، والمجهر الإلكتروني الماسح (SEM)، وإمكانات زيتا، وتشتت الضوء الديناميكي (DLS) والخلية الكهربائية [34–41][79,89,90] كما ذكرنا سابقًا، يعد الاستقرار المكاني للجسيمات الكهربائية عاملاً رئيسيًا في تحديد جودة الصورة، والتي يتم تحديدها من قياس إمكانات زيتا. في الواقع، إمكانات زيتا هي عامل للاستقرار المحتمل للأنظمة الغروانية. إذا كانت جميع الجسيمات في المعلق تحمل شحنة موجبة أو سالبة، فإن الجسيمات تميل إلى التنافر مع بعضها البعض ولا تظهر أي ميل إلى الاندماج. ترتبط ميل الجسيمات ذات الشحنة المتشابهة إلى التنافر مع بعضها البعض ارتباطًا مباشرًا بإمكانات زيتا. بشكل عام، يمكن تحديد الحدود المستقرة وغير المستقرة للمعلق بواسطة إمكانات زيتا. تعتبر المعلقات التي تحتوي على جسيمات ذات إمكانات زيتا أكبر من 30 mV أو أقل من −30 mV مستقرة [42][79,89,90] أيضًا، يمكن إعداد شاشات ملونة باستخدام الأصباغ الملونة أو الأصباغ العضوية كـ الجسيمات النانوية الكهربائية الملونة. يجب أن يتمتع الصبغ أو الصباغ في الحبر الإلكتروني بلمعان جيد و قوة لون وأداء ممتاز مع الضوء والحرارة و مقاومة المذيبات والتي يمكن أن توفر إمكانات كبيرة ليتم اقتراحها لمجموعة واسعة من التطبيقات [43–45]. يمكن للحبر الإلكتروني الجيد في شاشات العرض الكهربائية تحقيق استقرار تعليق طويل الأمد وشحنة سطحية أعلى في المعلق الكهربائي [37,46,47]. حتى أن بعض الجسيمات النانوية تم تعديلها بواسطة بعض المعدلات مثل البولي إيثيلين [34,46,48,49] و أوكتاديسيل أمين [32,50,51] في تطبيق شاشات العرض الكهربائية. للتحكم الدقيق في الصورة والاستجابة السريعة لـ المجال الكهربائي المطبق، يجب أن تحمل الجسيمات شحنة سطحية عالية بحيث تكون الحركة في نطاق 10-5–10-6 cm2/Vs، والفرق في الكثافة مع المذيب أقل من 0.5 g/cm3 والقطر المناسب حوالي 190–500 nm [30,52][79,89,90] E Ink هي نتيجة مباشرة لتكامل الكيمياء والفيزياء والإلكترونيات. يتكون E Ink لشاشات العرض الكهربائية من جسيمات الرحلان الكهربائي مثل المواد الملونة المشحونة أو الكبسولات الدقيقة التي يتم توزيعها في بيئة عازلة للكهرباء وعامل التحكم في الشحن [22–24]. بناءً على الجهاز ومبدأ العمل المذكور أعلاه، تشمل المواد الهامة لهذه التقنية الجسيمات الملونة (الأصباغ/الأصباغ)، وغلاف الكبسولة الدقيقة، وزيت العزل، وعوامل التحكم في الشحن والمثبتات. تشرح الأقسام التالية كل واحد من هذه المكونات. كما ذكرنا سابقًا، فإن الجسيمات الملونة بحجم النانو إلى الميكرومتر هي المواد الأساسية لتقييم وظائف الرحلان الكهربائي. هناك حاجة إلى الأصباغ لتلبية العديد من المتطلبات؛ تقليل كمية الترسيب، يجب أن تكون الكثافة متوافقة على وجه التحديد مع مذيب التعليق، يجب أن تكون الذوبانية في المذيب منخفضة بدرجة كافية، يجب أن يكون السطوع مرتفعًا بحيث يضمن الأداء البصري الفعال، يجب أن يكون السطح قادرًا على الشحن بسهولة، وضمان الإنتاج الضخم يتطلب أن تكون الأصباغ مستقرة بشكل صحيح وقادرة أيضًا على التنقية بسهولة. يجب تجنب امتصاص الجسيمات على سطح الكبسولة أو في البكسل في حالة تغليفها في كبسولات دقيقة أو وحدات بكسل. تم التحقيق في مواد من أنواع مختلفة لتطبيقات شاشات العرض الكهربائية [9,53–61]. TiO2 [38,62]، أسود الكربون [41]، SiO2 [63]، Al2O3 [58]، صبغة صفراء [34,64]، صبغة حمراء [32,65]، الأحمر الحديدي والأرجواني المغنيسيوم هي المواد غير العضوية التي جذبت الكثير من الاهتمام في البحث. كما تم التحقيق في أحمر التولويدين والأزرق الفثالوسيانين [66–69] والأخضر الفثالوسيانين [51,70] كجسيمات عضوية. بشكل عام، يتم توزيع الأصباغ/الأصباغ بحجم النانومتر في محلول في الحالات الأصلية، ثم يتم طلاؤها بمواد بوليمرية لتشكيل هيكل أساسي-غلاف. المواد ذات مجموعة الألكوكسي أو مجموعة الأسيتيل أو الهالوجينات هي مواد عضوية ذات سلسلة طويلة نموذجية مناسبة كمواد غلاف نظرًا لـ الروابط الهيدروجينية. التوفر في الطبيعة بالإضافة إلى السطوع العالي هما السببان اللذان جعلا أجهزة شاشات العرض الكهربائية تُصنع منذ فترة طويلة بواسطة جسيمات سوداء وبيضاء مصنوعة من الكربون الأسود وثاني أكسيد التيتانيوم على التوالي. نظرًا لأن كلتا المادتين موصلتان، يتم تحقيق المتطلبات المطلوبة من خلال طلاء البوليمرات عليها [71][79,89,90] في جودة الصورة بسبب التباين، تعتبر خصائص الصباغ الأبيض مهمة جدًا. في الغالب، استخدم الباحثون TiO2 كصبغة بيضاء شائعة بسبب بياضها وخصائصها البصرية والانعكاسية الممتازة. المشكلة الأكثر أهمية في هذه الصبغة هي عدم استقرارها في المعلق بسبب كثافتها العالية. في العقد الماضي، حاول الباحثون بشكل مكثف حل هذه المشكلة باقتراح حلول مثل الجسيمات النانوية المجوفة TiO2 [72]، TiO2 معدلة بمعدل [62,73] و TiO2 مطلية ببوليمر [22,43,74]. لأول مرة، أبلغ كوميسكي وآخرون عن كبسولات E Ink الدقيقة مع جسيمات بيضاء متفرقة في سائل أزرق تم إعداده باستخدام طريقة البلمرة في الموقع لليوريا والفورمالديهايد. تم استخدام ثاني أكسيد التيتانيوم بـ جاذبية نوعية تبلغ 4.2 للانعكاس ونقاء الألوان العالي كجسيم أبيض [75]. تم استخدام البولي إيثيلين كطلاء على ثاني أكسيد التيتانيوم من أجل تقليل الجاذبية النوعية وكإجراء تعديل سطحي للجسيمات للاستجابة للمجال الكهربائي المطبق. في هذه الدراسة، تم الإبلاغ عن زمن الاستجابة على أنه 0.1 s. كما هو موضح في الشكل 6(أ)، عندما يتم وضع جسيم كهربائي ميكروي مغلف بين قطبين كهربائيين بشحنات معاكسة، يتم توجيه الجسيمات المشحونة عن طريق تطبيق تيار، والذي إذا لم يكن موجهًا نحو القطب الكهربائي ذي الشحنة المعاكسة. في هذه الحالة، عندما ينظر المشاهد إلى الجسيم من الأعلى، فإنه يرى خلفية بيضاء بشحنة سالبة في محيط القطب الكهربائي الموجب. علاوة على ذلك، يوضح الجزء (ب) الصورة المجهرية للأمثلة الأصلية للكبسولات الدقيقة الكهربائية المدمجة في المجال الكهربائي [75][79,89,90] قام يانغ وآخرون بتعديل جسيمات ثاني أكسيد التيتانيوم باستخدام Vinyl Triethoxysilane (VTES) بطريقة Sol-Gel من خلال طعم مجموعات التدفق على سطح جسيمات TiO2. تتمتع جسيمات TiO2 بخصائص ممتازة في المناطق المحيطة المظلمة للتباين وتستخدم على نطاق واسع كجسيمات كهربائية بيضاء في إنتاج E Ink. ومع ذلك، نظرًا لأن هذه الجسيمات ذات كثافة عالية، فإن جاذبية فان دير فالز غير كافية وتؤدي إلى التجميع والترسيب السريع وتظهر استجابة بطيئة للمجال الكهربائي. لذلك، تم إجراء بحث مكثف حول تعديل السطح. في هذه الدراسة، أكدت نتائج FTIR بأكملها ذروات جديدة في أطوال موجات 560 و 670 cm-1 بسبب اهتزازات التمدد وذروتين بطول موجة 12020 و 1120 cm−1 التي تمثل اهتزازات التمدد لروابط Si-O في VTES. وبالتالي، تبين أن VTES تم تطعيمه أيضًا على سطح TiO2. تم الإبلاغ عن حجم الجسيمات المعدلة في نطاق 100–200 nm مع توزيع ضيق جدًا [37]. في الآونة الأخيرة، تم الإبلاغ عن استخدام الجسيمات النانوية السيليكا مع زمن استجابة يبلغ 180–191 ms في النموذج الأولي لـ يوجد تعليق للجسيمات الملونة في وسط سائل داخل الكبسولات الدقيقة لأجهزة [30]. حاليًا، يمكن لمنتجات شاشات العرض الكهربائية إظهار 16 Gy من مستويات الألوان من الأبيض إلى الأسود مع 260–300 ms و 1000 ms كزمن استجابة وزمن تحديث على التوالي [5]. على الرغم من حقيقة أن الأصباغ البيضاء يتم تسويقها، لا تزال هناك حاجة لتحسين خصائصها بسرعة مكانية للاستجابة للمجال الكهربائي. يمكن تطوير شاشة ملونة بالكامل عن طريق تقسيم كل عنصر من عناصر الصورة في شاشات العرض الكهربائية بالأبيض والأسود ووضع مرشحات ألوان أفقية مثل مصفوفات RGB (الأحمر والأخضر والأزرق) و CMY (الأزرق والأحمر والأصفر) [76]. ومع ذلك، يمتص مرشح الألوان كميات كبيرة من الضوء المنعكس، مما يؤدي إلى تباين وسطوع منخفضين. في الآونة الأخيرة، ركزت الدراسات على إعداد الجسيمات الكهربائية ثلاثية الألوان لشاشات الألوان (CEPD). يتم استخدام الصبغة المغلفة والصباغ المعدل لتخليق الجسيمات الكهربائية. تم الحصول على إعداد الحبر الملون من خلال وضع مادة ملونة في البوليمرات مثل البوليسترين، بولي (N فينيل بيروليدون)، بولي (ميثيل ميثاكريلات) وبعض البوليمرات المشتركة الأخرى [23,24]. ومع ذلك، فإن بعض العيوب مثل الرؤية المنخفضة والاستقرار الضعيف للضوء تحد من استخدام الأصباغ في CEPD. في المقابل، تظهر الأصباغ العضوية ذات مقاومة الضوء الفائقة، والاستقرار الأفضل، وقوة الألوان الأعلى، مزيدًا من الملاءمة لـ CEPD [77] 3.3.2 مواد الغلاف للمادة الملونة المحيطةيوجد تعليق للجسيمات الملونة في وسط سائل داخل الكبسولات الدقيقة لأجهزة شاشة العرض الكهربائية حيث يتحول جدار الغلاف إلى مادة أساسية. يتمثل الدور الرئيسي للغلاف في شاشة العرض الكهربائية في تغليف الجسيمات الملونة بالإضافة إلى الوسط. لهذا الغرض، لا يُطلب فقط الحصول على شفافية جيدة ومستوى منخفض من الموصلية، ولكن يجب أيضًا أن يكون متوافقًا مع المواد الموجودة بداخله. مواصفة أخرى هي طريقة الاستقرار الميكانيكي مع الحفاظ على المرونة في نفس الوقت. ومن ثم، تعتبر البوليمرات العضوية مثل البولي أمين، و البولي يوريثين، و البوليسلفونات، وحمض البولي إيثيلين، والسليلوز، والجيلاتين، والصمغ العربي، وما إلى ذلك، هي الخيارات الأكثر ملاءمة [32,55,78-87]. وفقًا للمواد المختارة، تم توظيف طرق مختلفة لتصنيع الكبسولات الدقيقة بما في ذلك البلمرة في الموقع للفورمالديهايد واليوريا لتشكيل راتنج اليوريا والفورمالديهايد [3,28,82,88] والتخثر المركب للجيلاتين والصمغ العربي لتشكيل فيلم مركب[79,89,90] 3.3.3 وسط سائل عازل للكهرباءيوجد تعليق للجسيمات الملونة في وسط سائل داخل الكبسولات الدقيقة لأجهزة شاشة العرض الكهربائية
العنوان العنوان: الكتلة 205، المنطقة الغربية من فينغهوانغ، مدينة فويونغ، مدينة شينشن، الصين الهاتف 86--13590447319 البريد الإلكتروني
العرض الكهربائي
الفصول والمقالات
3 شاشات العرض الكهربائية (EPD)
3.1 وظيفة شاشات العرض الكهربائية (EPD)
3.2 المعلمات الفعالة في جودة صورة شاشة العرض الكهربائية مع E Ink
3.3 الحبر الإلكتروني (E Ink) أو الحبر الكهربائي
3.3.1 الأصباغ/الأصباغ كجسيمات ملونة للنواة
. تم توظيف العديد من الطرق لإعداد الأصباغ المطبقة في CEPD والتي تم سردها في الأقسام التالية.
.