研究人員介紹了一種創(chuàng)新設(shè)備，該設(shè)備將發(fā)光和顏色控制與粘土化合物相結(jié)合，為多功能顯示器提供了一種通用的解決方案。
由于人們對電化學(xué)刺激響應(yīng)材料的興趣日益濃厚，顯示技術(shù)領(lǐng)域即將取得重大突破。這些材料在外界刺激（如低電壓）下可以發(fā)生快速的電化學(xué)反應(yīng)。
這些反應(yīng)的一個(gè)關(guān)鍵優(yōu)勢是它們幾乎可以立即產(chǎn)生不同的顏色，為下一代顯示解決方案鋪平了道路。電化學(xué)系統(tǒng)由電極和電解質(zhì)組成，研究人員發(fā)現(xiàn)，將發(fā)光和著色分子直接集成到電極上，而不是在電解質(zhì)中，可以顯著提高顯示設(shè)備的效率和穩(wěn)定性。
為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，日本的一個(gè)研究小組成功地利用粘土膜將著色和發(fā)光分子有效地結(jié)合在一起。該研究由日本千葉大學(xué)科學(xué)與工程研究生院的Norihisa Kobayashi和Kazuki Nakamura教授領(lǐng)導(dǎo)，曹蓉（音譯）女士和Naoto Kobayashi先生也參與了研究。
他們創(chuàng)新的雙模電化學(xué)裝置融合了發(fā)光和變色的能力，為現(xiàn)代顯示器提供了高度適應(yīng)性和節(jié)能的解決方案。這項(xiàng)研究最近發(fā)表在《材料化學(xué)雜志C》上，強(qiáng)調(diào)了將先進(jìn)材料科學(xué)與實(shí)際顯示應(yīng)用相結(jié)合的獨(dú)特潛力。
展示設(shè)計(jì)的新概念
“我們的方法在雙模式顯示設(shè)計(jì)中引入了一個(gè)改變游戲規(guī)則的概念，將發(fā)光和顏色結(jié)合在一個(gè)設(shè)備中。這一進(jìn)步不僅提高了性能，而且擴(kuò)大了顯示器在不同環(huán)境中的多功能性，”Kobayashi教授說。
該裝置利用了一種被稱為蒙脫石的層狀粘土化合物，這種化合物以其離子交換能力和強(qiáng)大的吸附性能而聞名。這種粘土基質(zhì)用于穩(wěn)定和增強(qiáng)兩種關(guān)鍵成分的性能：銪（III）（或Eu（III））絡(luò)合物，可提供明亮的發(fā)光；以及庚基紫精（HV2+）衍生物，可實(shí)現(xiàn)顯著的顏色變化。這些材料共同創(chuàng)造了一種混合解決方案，支持光和顏色的同步電化學(xué)調(diào)制。
該團(tuán)隊(duì)將Eu（III）、六氟乙酰丙酮（hfa-H2）和三苯基氧化膦（TPPO）結(jié)合在一起，形成了一種復(fù)合物。然后，他們通過在氧化銦錫（ITO）電極上施加蒙脫石、HV2+和Eu（hfa）3（TPPO）2的混合薄膜來構(gòu)建該器件。當(dāng)施加電壓時(shí)，這些薄膜表現(xiàn)出動(dòng)態(tài)光學(xué)特性。具體來說，HV2+分子在電化學(xué)反應(yīng)中產(chǎn)生了鮮艷的青色，而Eu（III）絡(luò)合物的發(fā)光被淬滅，證明了對這兩種功能的精確控制。
可持續(xù)發(fā)展和環(huán)境效益
這種材料的創(chuàng)新整合不僅具有科學(xué)意義，而且對環(huán)境有益。通過降低能耗和利用低壓操作，該設(shè)備解決了人們對電子設(shè)備可持續(xù)性日益增長的擔(dān)憂。此外，天然豐富的粘土化合物的使用，為類似應(yīng)用中經(jīng)常使用的合成材料提供了一種環(huán)保的替代品。
實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該雙模功能在不同的環(huán)境條件下可以無縫運(yùn)行。該研究還深入了解了粘土基質(zhì)與嵌入分子之間的相互作用，揭示了粘土的結(jié)構(gòu)特性如何有助于提高性能。研究人員指出，粘土層間的間距促進(jìn)了更好的電子運(yùn)動(dòng)，使反應(yīng)更快、更有效。
“這項(xiàng)技術(shù)彌合了節(jié)能反射顯示器和高可見度發(fā)射屏幕之間的差距。它對不同照明條件的適應(yīng)性使其成為各種應(yīng)用的理想解決方案，從數(shù)字標(biāo)牌到便攜式設(shè)備，”Nakamura教授解釋了這些設(shè)備的應(yīng)用。這項(xiàng)研究的結(jié)果令人信服。施加−2.0 V的偏置電壓可以有效地在發(fā)光狀態(tài)和顯色狀態(tài)之間傳遞能量，從而導(dǎo)致清晰的光學(xué)變化。這種雙模性能是通過熒光共振能量轉(zhuǎn)移和內(nèi)部過濾效應(yīng)等機(jī)制實(shí)現(xiàn)的，確保了組件之間的有效相互作用。
該設(shè)備的潛在應(yīng)用非常廣泛。它可以為創(chuàng)新、節(jié)能的顯示屏鋪平道路，使其在明亮和黑暗環(huán)境中保持高度可見。例如，反射平板電腦和數(shù)字標(biāo)牌可以從這項(xiàng)技術(shù)中受益匪淺，解決陽光下可見性差或發(fā)射屏幕高功耗等挑戰(zhàn)。展望未來，該團(tuán)隊(duì)計(jì)劃通過添加額外材料來擴(kuò)展其設(shè)備的功能，從而可能增強(qiáng)其多功能性，并為新的商業(yè)應(yīng)用打開大門。研究人員指出：“我們的最終目標(biāo)是設(shè)計(jì)不僅更具可持續(xù)性而且更具通用性的顯示技術(shù)。”