電子墨水是近年出現(xiàn)的較新的顯示技術(shù)，其顯示依賴自然光，具有和印刷書相似的效果。當(dāng)前電子墨水技術(shù)在不少產(chǎn)品中已經(jīng)有了嘗試，如手機(jī)，電子書和廣告牌等。當(dāng)前商業(yè)化的電子墨水產(chǎn)品主要由聚合物微膠囊包裹色素顆粒（如炭黑或二氧化鈦等）構(gòu)成，在定向電場作用下，色素顆粒在微囊內(nèi)發(fā)生移動產(chǎn)生對比度從而實(shí)現(xiàn)字符和圖形的顯示。然而，相較其他顯示技術(shù)（> 1000 PPI），電子墨水產(chǎn)品的顯示精度（300 PPI）較低，無法實(shí)現(xiàn)高清顯示的需求。此外，傳統(tǒng)電子墨水的工藝往往需要引入大量的表面活性劑來保持顆粒/微囊的穩(wěn)定性，會引起制造成本和體系復(fù)雜度的增加。因此，電子墨水納米材料的革新仍然任重道遠(yuǎn)。
最近，四川大學(xué)高分子科學(xué)與工程學(xué)院李乙文研究員與俄亥俄州立大學(xué)國家納米科學(xué)中心常凌乾博士（現(xiàn)任美國北德州大學(xué)工程學(xué)院助理教授）合作設(shè)計(jì)和制備了一種基于人造黑色素納米粒子的具有超高分辨率（> 10000 PPI）的電子墨水顯示器件。黑色素是一類重要的天然高分子材料，廣泛存在于人與動物的皮膚和毛發(fā)中。該團(tuán)隊(duì)通過多種可控或非可控的高分子聚合方法，制備了不同類型的人造黑色素粒子，這些粒子不僅具有與天然黑色素粒子相同的化學(xué)成分，還有類似的物理化學(xué)性質(zhì)，如較高的折射率等。人造黑色素粒子具有在水中良好的分散性和穩(wěn)定的表面電荷，且粒子尺寸均一可控，被認(rèn)為是用于電子墨水的優(yōu)質(zhì)材料。
該團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)的閱讀器主體是一個由兩塊導(dǎo)電玻璃構(gòu)成的微米級薄層腔室，新型電子墨水材料（即人造黑色素納米粒子水溶液）分散在其中。由于黑色素納米粒子表面帶有負(fù)電荷，可以通過外加電場來控制它們的運(yùn)動，從而進(jìn)行顯示成像（圖1）。該團(tuán)隊(duì)在研究中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)兩塊玻璃距離在100um左右時，僅須1V電壓即可驅(qū)動該閱讀器實(shí)現(xiàn)字符和圖形的快速顯示，顯示時間小于1S。切換反向電場，同樣可在1s內(nèi)完成字符/圖形的擦除。在經(jīng)過20個以上的“顯示-擦出”循環(huán)實(shí)驗(yàn)之后，電子墨水的顯示對比度和響應(yīng)時間保持不變，顯示了良好的實(shí)用化和較強(qiáng)的商業(yè)化可行性。實(shí)驗(yàn)中與基于目前商用化的電子墨水材料（如炭黑、二氧化鈦顆粒）的閱讀器進(jìn)行對比，發(fā)現(xiàn)人造黑色素電子墨水材料顯示的對比度均一性、以及信號/背景襯比度相對于商業(yè)化的電子墨水材料均具有一定的優(yōu)勢。最重要的是，由于實(shí)現(xiàn)了水相納米粒子地直接驅(qū)動，顯示器件的分辨率可以達(dá)到10000 PPI以上，可進(jìn)行納米級顯示。此外，經(jīng)過簡單氧化處理后的人造黑色素粒子具有非常強(qiáng)的熒光，使得器件也同樣具有特殊的熒光顯示的功能，可以進(jìn)一步提高閱讀時候信號/背景的襯比度（圖2）。
圖1. 基于人造黑色素電子墨水的閱讀器的示意結(jié)構(gòu)。
圖2.人造黑色素電子墨水的顯示成像圖。
這項(xiàng)工作受到了國家自然科學(xué)基金委和高分子材料工程國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（四川大學(xué)）的支持，主要參與完成者還有美國賓州州立大學(xué)材料研究所的程寰宇教授，浙江工業(yè)大學(xué)陳楓教授和四川大學(xué)高分子科學(xué)與工程學(xué)院本科生張小康。這種基于人造黑色素電子墨水的低功耗、雙通道（可見光、熒光）顯示技術(shù)，同時也有非常高的環(huán)保優(yōu)勢，在高分辨生物分子印記顯示，功能電子薄膜等領(lǐng)域具有潛在的優(yōu)勢。
