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喷墨打印聚合物分散液晶应用于电致变色智能窗

发布时间:2023-02-17
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牛津大学Stephen教授团队使用高精度可加热喷墨打印设备(MicroFab 高精度纳米材料沉积喷墨打印系统Jetlab Ⅱ)将高粘度PDLC油墨进行空间图案化,按需沉积打印在ITO玻璃基板上,实验成功制备每英寸250像素的分辨率的PDLC像素阵列,单个像素尺寸为130µm,电场强度E为1.4 Vμm−1。通过施加电压使其消失,成为新一代智能显示窗口用于隐私应用的电可切换屏幕制造。


介绍

聚合物分散液晶(PDLC)属于一类电光材料,已在广泛应用于光学开关、光闸、全息光栅等领域,PDLC技术通常基于单层膜,该单层膜由悬浮在聚合物基质中的液晶(LC)液滴组成。近年来,图案化PDLC引起了人们的兴趣,喷墨按需打印(DOD)是一种数字增材制造工艺,允许小体积的流体沉积在基板上所需的位置。通过打印LC和UV固化聚合物油墨,可以成功地制造具有空间图案的徽标和徽标的PDLC膜(如图1所示)。

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▲ 图1  a)喷墨打印在玻璃基板上图案化聚合物分散液晶(PDLC)油墨说明 b)PDLC“像素”中形成聚合物粘合剂的图示 c)制备器件侧视示意图 d)PDLC智能显示概念图示,其中公司标志或徽标可以随着电场的增加而消失。

图2显示了在一个喷射循环中可以稳定产生的单个液滴的飞行运动轨迹。在飞行过程中,观察到的液滴直径为65±5µm,液滴体积为180±30pL,液滴速度为1.38ms−1。图2c、d分别显示了通过将5个墨滴降落到基板的相同位置而形成的PDLC像素的侧面轮廓和偏振光学显微镜图像的结果。

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▲ 图2 聚合物分散液晶(PDLC)液滴的按需打印。

图3a显示了在相邻液滴之间以20、40和50µm间距打印的180pL恒定体积的液滴的显微镜图像,OFF和ON状态的偏振显微镜图像证实了液滴可以从不透明状态一致切换到透明状态。样品的阈值电压Vth和饱和电压Vsat分别为9和32Vpp,对应电场强度Eth=0.3Vμm-1和Esat=1.14Vμm-1,透明的完全接通电场强度为E=1.4Vμm-1。图4c显示了使用印有埃克塞特学院徽章的数码单反相机拍摄的图像,从正面和与设备成一定角度观看时拍摄的图像。图3d展示了徽标和图像可随着电压的施加而消失。

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▲ 图3 a)打印的PDLC液滴在0和40Vpp下的偏振光学显微镜图像,单个液滴直径为130±5µm,装置厚度为14µm。b)从0至40Vpp施加1kHz频率的方波。c)在0Vpp下相机从正面和侧面拍摄的照片。d)0和40Vpp(E=1.4Vµm−1)下相机拍摄的图片。

结论

Stephen教授团队使用MicroFab Jetlab®Ⅱ展示了使用喷墨打印技术制造的新型图案化PDLC膜,并证明了随着电压的施加而消失,显示其在智能显示上的应用。提供了一种无需光掩模就可对PDLC膜进行构图的方法,并允许在多通道喷墨打印系统的帮助下在基板上同时使用不同的LC配方,工艺的灵活性使得智能显示制造概念扩展到生产线系统上,可以在柔性基板之间打印和组装PDLC油墨来进行卷对卷制造。


参考文献:

[1] Feng C ,  Zheng X ,  Xu R , et al. Highly efficient inkjet printed flexible organic light-emitting diodes with hybrid hole injection layer[J]. Organic Electronics, 2020, 85:105822.

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