電致變色聚合物的好輔助：等離子體

材料牛注：電致變色聚合物是一種在外加偏電壓感應下光吸收或光散射特性發生變化，并且這種變化在外加電場移去后仍能完整地保留的聚合物。電致變色聚合物的缺陷主要是難以適應視頻中的色彩的快速度改變。目前，為了使這種聚合物達到良好的明暗像素的對比度，必須增強其相關的厚度。但是這樣做在增強明暗對比度的同時也會降低聚合物中離子和電子的移動速度，進一步影響運動時間。而正是這點限制了聚合物在顯示器和視頻窗口的應用。

不久前，美國桑迪亞國家實驗室的科學家們針對這一缺陷進行了改良。他們設計了一種方案來使得變色較慢的電致變色聚合物可以快速的改變顏色以適應平板電腦顯示器的需要。他們將電致變色聚合物限制在納米的級別并且利用光子撞擊金屬表面的時產生的電子波（等離子體）來解決這個問題。

桑迪亞實驗室的科學家們首先切割鋁片表面的納米縫隙，并且根據影響垂直光線入射的因素來進行設計。之后根據設計要求在薄鋁片入射光線的兩側涂上電致變色聚合物。這樣當光照到鋁片的縫隙間時，光子會激發電子運動以形成表面等離子體激元。

由于每個縫隙中的原子陣列（或結構）是不同的而且具有一定的距離，而這種距離對應著不同波長的光，因此每個縫隙之間會產生不同顏色的光：紅色、綠色或者藍色。而對應紅色、綠色或者藍色的光波會在縫隙間的陣列進行傳播，傳播方向則是沿著聚合物和鋁片之間的界面。

桑迪亞實驗室項目的負責人 Alec Talin表示：“我們大部分的像素點是由10x10納米的縫隙陣列組成的，這些像素點是從沉積在玻璃基板上的氮化硅層鋁片切割下來的。每個像素的的面積是10-6cm2，這意味著我們可以在一平方英寸的面積上放置600萬的像素點。同時我們也會放置一些像100x100微米的較大的像素點。此外，像素點并不是獨立的放置在基板上的， 可以在商業展示中進行應用。目前，這種技術同樣可以用于液晶顯示屏”。

由于電致變色聚合物非常薄，這種聚合物會在極短時間內轉變為充電狀態，從而更好的吸收色光。在此期間，由于縫隙的深度比聚合物的厚度寬很多，光會沿著鋁片表面的縫隙進行一個較長的距離的傳播。這樣的結構設計會在明暗的像素間形成良好的對比度，同時也會促進聚合物電荷狀態的改變。Talin表示：“作為一個表面等離子體激元，光聚集于鋁和聚合物的界面，并沿著0.5微米左右的縫隙進行傳播。其中電致變色層的厚度只有15納米左右，透過這個厚度可以“看到”電子或者離子的運動，此外還限制了電子和離子的運動速度從而控制電致變色顯色的速度”。

盡管解決了大部分問題，但是在平板電腦使用電致變色聚合物之前，還有一些重要的工程問題需要解決。首先，Talin 指出聚合物電解質的替代品需要對液態電解質進一步研究。“例如，在鋰聚合物電池中液態電解質就可以很好的替代其中的聚合物”。其次這項技術需要考慮使用環境，不僅適用于室內背光的環境下進行傳輸，而且需要在戶外反射模式下進行傳輸。“這項技術完全能滿足使用者的需求，因此我認為這項技術和目前通用的技術相比有很強的競爭力。”Talin 補充道。最后一步則需要將陣列上獨立的像素點整合，并最終展示出完整的視頻。

在接下來的研究中，Talin 和他的同事們正在考慮使用固態的有機或者無機的電致變色材料和電解質，進一步提高產品性能并降低操作難度。目前，這項研究成果已經發表在了期刊Nature Communications上。

原文參考鏈接：Plasmonics Make Electrochromic Polymers Fast Enough for Video

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