في العقود القليلة الماضية، تم إيلاء الكثير من الاهتمام إلى EPDs على الورق العادي بسبب تكلفة منخفضة، والوزن المنخفض،استهلاك طاقة منخفضوالسلامة. أجهزة EPD هي شاشات عاكسة تعمل على أساس هجرة جزيئات التعليق المشحونة في المجالالسائل الكهربائينحو الكهرباء المشحونة عكسيا وهذا يعرف باسمالكهرباء[20،25،26] (الشكل 4). في الآونة الأخيرة ، دخلت العديد من الشاشات السوق من خلال شركات مثل Amazon Kindle و Hanvon و OED Technologies.شركتان رئيسيتان في هذا المجال هما SiPix و E-Ink اللتان تم دمجها بالفعللكن هذين التكنولوجيا مختلفان. تقنية سيبيكس تتكون من غطاء صغير من البلاستيكالعرض الكهربائي، وهو رقيق للغاية وخفيف الوزن ويتم إنتاجه عن طريق عملية التدحرج إلى التدحرج (الشكل 5) [27]. يتم شرح خصائص الشاشة الكهربائية والحبر الإلكتروني بالتفصيل في ما يلي.
ما يسمى بمبدأ التشغيل الكهربائي يشير إلى حركة الجسيمات المشحونة المعلقة فيسائل التعليقتحت تأثير حقل كهربائي متزامن كلما تم استخدام الحقل الكهربائي بين الأقطاب الكهربائية في الخليةتتحرك الجسيمات فيما يتعلق بالشحنة الكهربائية ويبقى سائل التعليق مستقراً [20,28،29. لذلك ، تعد الجسيمات الكهربائية واحدة من المكونات الرئيسية لـ EPDs. بشكل عام ، هي جسيمات كروية ، بشحنة 'qتحت مجال كهربائي "E ′′ ومتعلقة في سائل الكهرباء، هو تحت تأثير أربع قوى: الكهرباء، والطواف، والجاذبيةالقوى اللزجة، حيث تتحرك بين الأقطاب الثنائية القيمة والقطب المعاكس [30]. معادلة هيلمهولتز-سمولوشوفسكي [3] (معادلة(1)) تستخدم لوصف السرعة الكهربائية (U) للجسيمات المشحونةفي هذه المعادلة، تعبير ε، ξالبرلمان الأوروبي، إيهxو μ هيالديليكتريكثابت السائل،إمكانية زيتامن الجسيماتالمجال الكهربائي المطبقوتحرك الجسيمات، على التوالي.البرلمان الأوروبييُعتبر التشغيل الكهربائي أحد خصائص الجسيمات المشحونة. يؤدي التشغيل الكهربائي إلى حركة الجسيمات المشحونة من خلال محلول ثابت.اللزوجةمن الوسيط النقل وسلوكها الكهربائي، وحجم وكثافة الشحن من الجزيئات السوداء والبيضاء،يمكن أن يؤثر سمك قشرة الكبسولة الصغيرة ومستوى الكهرباء المضادة لها على وظيفة وأداء EPDإحدى الطرق لجعل الجسيمات غير مستقرة في الوسط السائل هي تعويض الجاذبية بين محلول التشتت والجسيمات ، ونتيجة لذلك ، تقليل الرواسب [31].
بشكل عام، الـ EPDs التي تحتوي على تعليقات ملونة أو جزيئات مشحونة متناثرةالوسيط الديالكترونييخلقون ألوان متباينة في خلية مع اثنين من الأقطاب الكهربائية الموصلة والشفافة والموازية التي تم وضعها على مسافة محددة من حوالي ميكرون.
منذ عام 1960 ، تم تطوير EPDs (EPDs) كنوع من الشاشات العاكسة. يمكن كتابة صورها أو حذفها بشكل متكرر كهربائياً.هذه التكنولوجيا لديها العديد من المزايا مثل زاوية عرض واسعة ونسب تباين عالية مماثلة للأوراق المطبوعة. EPD هو الخيار الأول والأساسي لصنع الأوراق الإلكترونية. ومع ذلك، فإن القدرة على ضمان جودة الصورة وطول عمر تجميع الجسيمات،التجميع والتجميع هي بعض المشاكل الخطيرة التي تحد من تطبيقاتها في الصناعة.
خصائص الجسيمات الكهربائية هي المفتاح لتحديد جودة الصورة. تتطلب جودة الصورة المحسنة حجم الجسيمات الصغير جدا مع توزيع حجم ضيق،شحنة سطحية كبيرة لإنشاء وتحكم الصور بدقة، نسبة تباين عالية، استجابة سريعةالجهد المطبق، الشفافية المستخدمة في القشرة، واستقرار الضوء وانتشار مستقر للحبر وغيرها من المعلمات.تشكيل سطح، والشحنات السطحية والاستقرار الخاص [32 34 ]، وبالتالي، لتمييز الكبسولات الدقيقة E Ink، العديد من التقنيات الأداة بما في ذلك الطيف فوق البنفسجي المرئي (UVVis) ،ميكروسكوب الصورة البصرية,الطيف تحت الحمراء المتحول من فوريه(FTIR) ، ومجهر الإلكترونات المسحية (SEM) ، وإمكانات زيتا، وانتشار الضوء الديناميكي (DLS) والخلية الكهربائية المثيرة [34 ].
كما ذكر سابقا، الاستقرار المكاني للجسيمات الكهربائية هو عامل رئيسي في تحديد جودة الصورة، والتي يتم تحديدها من قياس إمكانات زيتا.إمكانات زيتا هي عامل للاستقرار المحتمل للأنظمة الكولويديةإذا كانت جميع الجسيمات في التعليق لها شحنة إيجابية أو سلبية، فإن الجسيمات تميل إلى صد بعضها البعض ولا تظهر أي ميل إلى الاندماج.ميل الجسيمات ذات الشحنة المماثلة إلى صد بعضها البعض يرتبط مباشرة بقدرة زيتابشكل عام، يمكن تحديد الحدود المستقرة وغير المستقرة للتعليق من خلال إمكانات زيتا.يعتبر التعليقات التي تحتوي على جسيمات ذات إمكانات زيتا أكبر من 30 ملف أو أقل من -30 ملف مستقرة [42].
كما يمكن إعداد العروض الملونة باستخدام الأصباغ الملونة أوالصبغات العضويةكإلكتروفوريتيك ملونالجزيئات النانويةيجب أن يكون للصبغة أو الصبغة في الحبر الإلكتروني بريق جيد، واللونقوةوأداء ممتاز مع الضوء والحرارةمقاومة المذيبوالتي يمكن أن توفر إمكانات كبيرة ليتم اقتراحها لمجموعة أوسع من التطبيقات [43~45].الحبر الإلكتروني الجيد في EPDs يمكن أن يحقق استقرار التعليق على المدى الطويل وشحنة سطحية أعلى في التعليق الكهربائي [37].,46تم تعديل بعض الجسيمات النانوية حتى عن طريق بعض المعدلات مثلالبولي إيثيلين[34,46,48،49] و octadecylamine [32,50،51] في تطبيقات EPDs. للتحكم الدقيق في الصورة والاستجابة السريعةالمجال الكهربائي المطبق، يجب أن يكون للجزيئات شحنة سطحية عالية بحيث ، والتنقل في حدود 10- 5¥10-6سم2/ Vs ، الفرق في الكثافة مع المذيب أقل من 0.5 g / cm3والقطر المناسب هو حوالي 190 × 500 نانومتر [30,52].
E Ink هو نتيجة مباشرة لدمج الكيمياء والفيزياء والإلكترونيات.يحتوي تركيب E Ink for EPD على جزيئات الكهرباء مثل المواد الملونة المشحونة أو الكبسولات الدقيقة التي تشتت في بيئة كهربائية معادلة للشحنة [22?? 24]على أساس الجهاز ومبدأ العمل المذكور أعلاه، وتشمل المواد الهامة لهذه التكنولوجيا الجسيمات الملونة (الصبغات / الصبغات) ، قشرة الكبسولة الصغيرة،زيت العزل ومواد التحكم في الشحنة والمثبتاتوتوضح الأقسام التالية كل من هذه المكونات.
كما ذكر سابقا، والجسيمات الملونة من النانو إلى حجم الميكرو متر هي المواد الرئيسية لتقييم وظائف الكهرباء.;تقليل كمية الرواسب ، يجب أن تكون الكثافة متوافقة بشكل خاص مع المذيب في التعليق ، يجب أن تكون الدسمة في المذيب منخفضة بما فيه الكفاية ،يجب أن يكون الوضوح مرتفعًا بحيث يضمن الأداء البصري الفعال، يجب أن تكون السطح قادرة على شحن بسهولة، وضمان الإنتاج الضخم يتطلب أن تكون الصبغات مستقرة بشكل صحيح وقادرة أيضا على تنقية بسهولة.يجب تجنب امتصاص الجسيمات على سطح الكبسولة أو في البكسل في حالة تغليفها في الكبسولة الصغيرة أو البكسلاتتمت دراسة مواد من أنواع مختلفة لتطبيقات EPD [9,53 ].2[38,62]، أسود الكربون [41]، SiO2[63]، Al2أوه3[58], الصبغة الصفراء [34,64], الصبغة الحمراء [32,65], الحمراء السخرية والرمادي المغنيسيوم هي المواد غير العضوية التي جذبت الكثير من الاهتمام في البحوث.الفثالوسيانين الأزرق [66 69] والفثالوسيانين الأخضر [51 ،70] تمت دراستها أيضاً كجسيمات عضوية.نانومتريتم تشتيتها في محلول في الحالات الأصلية ، تليها طلاء بمواد بوليمرية لتشكيل بنية قشرة النواة. المواد التي تحتوي على مجموعة الألكسي ،مجموعة الأسيتيل أو الهالوجينات هي مواد عضوية طويلة السلسلة نموذجية مناسبة كمواد قشرة بسببروابط الهيدروجينالتوافر في الطبيعة بالإضافة إلى الوضوح العالي هي الأسباب التي تجعل أجهزة EPD منذ فترة طويلة يتم تصنيعها من الجسيمات السوداء والبيضاء المصنوعة من ثاني أكسيد الكربون الأسود وتيتانيوم على التوالي.بما أن هذين المادةما مُوصلان، يتم تحقيق المتطلبات المرجوة من خلالالبوليمرات المطليةعليها [71].
في جودة الصورة بسبب التباين ، خصائص الصبغة البيضاء مهمة جدا. في الغالب ، استخدم الباحثون TiO2كصباغة بيضاء شائعة بسبب بيضتها وخصائصها البصرية والعاكسة الممتازة.المشكلة الأكثر أهمية مع هذا الصبغ هو عدم استقراره في التعليق بسبب كثافته العاليةفي العقد الماضي، حاول الباحثون بشكل مكثف لحل هذه المشكلة اقتراح حلول مثل جزيئات نانوية مجوفة2[72]، TiO2معدلة بمعدل [62,73] و TiO2مغلف بالبوليمر [22]،43لأول مرة، كوميسكي وآخرون يبلغون عن الكبسولات الصغيرة E Ink مع جسيمات بيضاء متناثرة في سائل أزرق تم تحضيره معالبوليمرة في الموقعثاني أكسيد التيتانيومالجاذبية النوعيةمن 4.2 تم استخدامها للإنعكاس ونقاء اللون العالي كجسيمات بيضاء [75].تم استخدام البولي إيثيلين كطلاء على ثاني أكسيد التيتانيوم من أجل تقليل الجاذبية النوعية وتعديل سطح الجسيمات للاستجابة للحقل الكهربائي المطبقفي هذه الدراسة،وقت الاستجابةتم الإبلاغ عن 0.1 ثانية. كما هو موضح في الشكل 6 ((أ) ، عندما يتم وضع جسيمات الكهربائية المكبسلة بين اثنين من الأقطاب الكهربائية ذات الشحنات المعاكسة ،يتم توجيه الجسيمات المشحونة عن طريق تطبيق تيار الذي إذا كان غير ذلك يتم توجيهها نحو الكترود مع الشحنة المعاكسةفي هذه الحالة، عندما ينظر المشاهد إلى الجسيم من الأعلى، يرى خلفية بيضاء مع شحنة سالبة في محيطالكهرباء الإيجابيةوعلاوة على ذلك، يظهر الجزء (ب) الصورة الميكروغرافية لأمثلة الأصلية من الكبسولات الصغيرة الكهربائية المدمجة في المجال الكهربائي [75].
تعديل يانغ وآخرون جزيئات ثاني أكسيد التيتانيوم مع فينيل تريثوكسيسيلان (VTES) عن طريق طريقة سول جيل من خلال مجموعة تدفق الزرع على TiO2جزيئات سطحية.2الجسيمات لديها خصائص ممتازة في البيئة المظلمة للتباين وتستخدم على نطاق واسع كجسيمات كهربائية بيضاء في إنتاج حبر E.بما أن هذه الجسيمات لها كثافة عالية، جاذبية فان دير فال ليست كافية وتؤدي إلى تجميع، وتسوس سريع ويظهر استجابة بطيئة للحقل الكهربائي.تم إجراء بحث واسع حول تعديل السطحفي هذه الدراسة ، أكدت نتائج FTIR بأكملها قمم جديدة في 560 و 670 سم-1أطوال موجة بسبب اهتزازات التمدد و قمم اثنتين بـ 12,020 و 1120 سم-1طول الموجة الذي يمثل اهتزازات امتداد روابط Si-O في VTES.2السطح. تم الإبلاغ عن حجم الجسيمات المعدلة في نطاق 100~200 نانومتر مع توزيع ضيق للغاية.جزيئات السيليكا النانويةتم الإبلاغ عن وقت استجابة من 180~191 ms في النموذج الأوليالعرض الكهربائي[30] في الوقت الحالي يمكن لمنتجات EPDs عرض مستويات 16 Gy من الألوان البيضاء إلى السوداء مع 260 ٪ 300 ms و 1000 ms كوقت استجابة ووقت تحديث على التوالي [5].على الرغم من حقيقة أن الصبغات البيضاء يتم تسويقها، لا تزال هناك حاجة لتحسين خصائصها الاستجابة السريعة المكانية للحقل الكهربائي.
يمكن تطوير شاشة ملونة كاملة عن طريق تقسيم كل عنصر من عناصر الصورة في EPDs الأسود والأبيض ووضع مرشحات ملونة أفقية مثل RGB (الأحمر والأخضر والأزرق) و CMY (الأزرق والأحمر والأزرق)أصفر) صفوف [76]ومع ذلك ، فإن المرشح الملون يمتص كميات كبيرة من الضوء المنعكس ، مما يؤدي إلى انخفاض التباين والإشراق.ركزت الدراسات على تحضير الجسيمات الكهربائية الثلاثية الألوان للكشف عن الألوان (CEPD)يتم استخدام الصبغة المكبسلة والصبغة المعدلة لتوليف الجسيمات الكهربائية.تم تحضير الحبر الملون عن طريق وضع مواد ملونة في البوليمرات مثلالبوليستيرين، البولي (N فينيل بيروليدون) ، البولي (ميثيل ميتاكريلات) وبعض غيرهاالكوبوليمرات[23,24]. ومع ذلك ، فإن بعض العيوب مثل انخفاض الرؤية وضعف استقرار الضوء تحد من استخدام الأصباغ في CEPD. بالمقارنة ، الصبغات العضوية ذات مقاومة الضوء فائقة ،استقرار أفضل وقوة ألوان أعلى تظهر ملاءمة أكبر لـ CEPD [77]تم استخدام العديد من الطرق لإعداد الأصباغ المطبقة في CEPD والتي تم سردها في الأقسام التالية.
في هذه التكنولوجيا، تتكون الكبسولات الصغيرة أو البكسلات الصغيرة منالعرض الكهربائيالجهاز الذي يتحول فيه جدار القشرة إلى مادة رئيسية. الدور الرئيسي للقشرة في العرض الكهربائي هو تغليف الجسيمات الملونة بالإضافة إلى الوسيط. لهذا الغرض ،لا يتطلب فقط أن يكون لها شفافية جيدة ومستوى منخفض من الموصلات ولكن أيضا يجب أن تكون متوافقة مع المواد داخل ذلكمواصفات أخرى هي طريقةالاستقرار الميكانيكيمع الحفاظ على المرونة في نفس الوقت.البوليمرات العضويةمثل البوليامينالبولي يوريثان,البوليسولفونات، حمض البولي إيثيلين، السليلوز، الجيلاتين، العلكة العربية، وما إلى ذلك تعتبر الخيارات الأكثر ملاءمة [32]،55وفقاً للمواد المختارةوقد استخدمت طرق مختلفة لتصنيع الكبسولات الدقيقة بما في ذلك البوليمر في الموقع من الفورمالديهايد واليوريا لتشكيل رزين الفورمالديهايد واليوريا [3].,28,82،88] وتخثر مركب من الجيلاتين والعلكة العربية لتشكيلفيلم مركب[79,89،90].
هناك تعليق من الجسيمات الملونة في الوسيط السائل داخل الكبسولات الدقيقةالعرض الكهربائيعلى أساس المتطلبات الرئيسية لهذه الأجهزة ، يجب أن تمثل الوسيط العديد من المواصفات الخاصة بما في ذلك الاستقرار الحراري والكيميائي ،خصائص العزل(ثابت الديليكتريك أكبر من 2) ، متطابقة تقريباالانعكاسيةوالكثافة مع الجسيمات وكذلك مقاومة منخفضة لنقلها، وأخيرا، الطبيعة الصديقة للبيئة.المذيبات العضويةأو المذيبات المصممة مثل الألكيلين والهيدروكربونات العطرية / الأليفية والأوكسوسيلان وما إلى ذلك يمكن أن تستوفي المتطلبات المذكورة أعلاه [57 ،71,79,91إحدى الطرق الأكثر استخداما هي صياغة 2-phenylbutane-tetrachloroethylene، isopar L-tetrachloroethylene و n-haxane-tetrachloroethylene.خلط المذيبات الفلورية ذات الكثافة العالية والمنخفضة والهيدروكربون هو وسيلة شائعة لضبط الكثافة بشكل صحيحيظهر الجدول 1 بعض المذيبات المستخدمة في تطبيق EPDs.
[26]