用于多色电泳显示的双粒子电泳悬浮液的制备和性能研究

【摘要】电泳显示由于高对比度,宽视角,低能耗,质轻,柔性等特点,已经成为应用在电子纸上的一种最有优势的技术之一。作为显示的核心材料,双粒子电泳悬浮液一直都是研究的热点和难点。理想的电泳悬浮液应该具有以下性质,如悬浮稳定、粒子荷电等。虽然在E-ink等公司的努力推动下,电泳显示的相关产品已经得到了商业化应用,但公开的资料缺少具体的材料类型和制备方法,基于上述考虑,在本论文中,我们采用有机／无机复合的方法制备了多种复合粒子,着重研究了粒子在分散介质中的悬浮稳定性和荷电性,并对双粒子电泳悬浮液的制备和性能进行了详细的讨论。以此制备了电泳显示原型器件,器件在低电压驱动下表现了良好的光学性能和动态响应,具体工作如下：1.采用原位自由基聚合法制备了TiO2-MPS-PLMA和TiO2-TMSP-PLMA复合粒子。研究发现当T-151浓度为0.5mg/mL时,TiO2-MPS-PLMA复合粒子在四氯乙烯中带负电,Zeta电位和泳动率数值达到最大,分别为23.1mV和3.56×10-10m2V-1s-1。当Span80的浓度为10mg/mL时,TiO2-TMSP-PLMA复合粒子在四氯乙烯中带正电,Zeta电位和泳动率达到最大,分别为24.1mV和3.72×10-10m2V-1s-1。采用表面引发ATRP接枝聚合法制备了TiO2-g-PLMA复合粒子。最大接枝量可达67wt.%。研究发现粒子表面接枝的聚合物越多,悬浮体的稳定性就越好。在0.5mg/mLT-151的作用下,复合粒子的Zeta电位和泳动率分别为-19.5mV和-3.06×10-10m2V-1s-1。2.利用极性基团的强相互作用,采用自组装的方法制备了CB/T-151复合粒子,研究发现CB/T-151复合粒子表面的吸附量为24.8wt.%,在10mg/mLSpan80的作用下,复合粒子的Zeta电位和泳动率分别为9mV和1.51×10-10m2V-1s-1。采用自由基共聚制备了四种丙烯酸酯类共聚物,并通过自组装的方法制备了四种炭黑复合粒子,研究表明具有长烷基链的PLMA的共聚物能更有效的提高分散粒子的稳定性,当DMAEMA与LMA单体的投料比为3：5时,制备的复合粒子具有最高的Zeta电位和泳动率,分别为32.5mV和5.44×10-10m2V-1s-1。3.以TiO2-MPS-PLMA复合粒子和CB/PDMAEMA-co-PLMA、CB/T-151复合粒子为基础,筛选出两种双粒子电泳悬浮液,研究发现TiO2-MPS-PLMA和CB/PDMAEMA-co-PLMA组成的电泳悬浮液表现出良好的电泳池性能,其中白色状态的反射率为36%,黑色状态的反射率为0.4%,对比度为90：1。对于TiO2-MPS-PLMA和CB/T-151组成的电泳悬浮液,白色状态的反射率为12%,黑色状态的反射率为0.4%,器件的对比度为30：1。4.采用ATRP技术合成了嵌段共聚物PDMAEMA-b-PLMA,并以此制备了炭黑复合粒子CB/PDMAEMA-b-PLMA,与TiO2-MPS-PLMA复合粒子配制成双粒子电泳悬浮液,该电泳悬浮液表现出良好的电泳池性能,其中白色状态的反射率为43%,黑色状态的反射率为0.36%,电泳池的对比度高达120：1。嵌段共聚物PDMAEMA-b-PLMA的引入解决了微胶囊包覆时粒子的团聚问题,并以此制备了显示原型器件,在9V电压驱动下,白色反射率约为36%,黑色反射率约为4.5%,对比度为8：1,原型器件的响应时间为1.4-2.0s。5.采用一种通用简单的溶胶.凝胶法制备了红、绿、蓝、品红、青和黄多色的氧化硅/有机颜料核壳结构复合粒子,通过调节前驱体TEOS的浓度可方便的调控复合粒子的尺寸。氧化硅包覆层提高了颜料的反射率,使得复合粒子更加艳丽和鲜艳,另外可以方便的自组装上嵌段共聚物PLMA-b-PDMAEMA,提高了复合粒子在电泳介质中的分散性和荷电性。六种复合粒子在含有Span85的四氯乙烯中具有相似的Zeta电位和泳动率,大约为30mV和4-5×10-10m2V-s-1。以此筛选配制的双粒子彩色电泳悬浮液表现出优异的光学性能和动态响应。
【作者】殷沛沛；
【导师】陈红征；吴刚；
【作者基本信息】浙江大学，材料科学与工程，2013，博士
【关键词】电泳显示；电泳悬浮液；复合粒子；悬浮稳定性；粒子带电；

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