一種柔性反光多色顯示系統(tǒng)的開發(fā)

該裝置的設(shè)計(jì)和制作原理圖：該微流控裝置由PDMS聚合物材料制作而成，使用標(biāo)準(zhǔn)光刻制備技術(shù)形成像素圖案化微通道。微流控裝置內(nèi)的壓力由計(jì)算機(jī)控制的微閥系統(tǒng)調(diào)節(jié)，微閥由電磁閥、真空泵和空氣調(diào)節(jié)器組成。開關(guān)控制由MATLAB編程，表壓由內(nèi)置調(diào)節(jié)器控制。

據(jù)麥姆斯咨詢報(bào)道，由Kazuhiro Kobayashi和Hiroaki Onoe在《微系統(tǒng)與納米工程》（Microsystems and Nanoengineering）上刊載的一項(xiàng)新研究，詳細(xì)介紹了一種柔性反光多色顯示系統(tǒng)的開發(fā)，該系統(tǒng)不需要持續(xù)的能量供應(yīng)來(lái)保持色彩。該研究旨在找到可持續(xù)彩色顯示器的未來(lái)應(yīng)用，并替代當(dāng)前用于多色信息和圖像的電子顯示標(biāo)志。雖然該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)理念源于電子紙或看起來(lái)像紙上印刷（為智能穿戴而開發(fā)）的柔性電子產(chǎn)品，但是提出的方法僅依賴于在柔性聚合物上精確制備的微流控裝置，按順序引入彩色水滴和氣穴，以穩(wěn)定形成沒(méi)有能耗的位圖。

該方法也脫離了現(xiàn)有的液晶或有機(jī)發(fā)光二極管（OLED）技術(shù)，這兩種技術(shù)會(huì)消耗發(fā)光像素水平的能量。而本技術(shù)將微流控水滴隊(duì)列作為柔性反光顯示器。該系統(tǒng)的工作原理基于一種具有抽吸負(fù)壓功能的旋轉(zhuǎn)液體選擇器，沿預(yù)期方向驅(qū)動(dòng)液滴并形成預(yù)設(shè)的多色標(biāo)志。

這款微流控裝置中的微通道由柔性聚合物聚二甲基硅氧烷

（polydimethylsiloxane, PDMS）制作而成，該材料在可見光下具有透明和透氣的性質(zhì)。研究人員使用軟刻蝕和鍵合技術(shù)來(lái)創(chuàng)建PDMS-PDMS微通道，其像素圖案直徑為400~800微米，高度為50~200微米。在器件結(jié)構(gòu)中，圖案通過(guò)寬度為100~200微米的線性通道連接。由于該材料可以滲透空氣和氣容性物質(zhì)，因此微通道內(nèi)會(huì)沉積薄Parylene（聚對(duì)二甲苯）層（50納米厚），以防止空氣和水的泄露和蒸發(fā)。

制作彩色顯示裝置，a）具有7 x 13顯示像素（25dpi）的彎曲微通道。入口和出口與液體連接器和抽吸系統(tǒng)連接，b）構(gòu)成微通道的淚滴狀像素微觀圖像，照射在裝置表面的可見光生成每個(gè)像素上的白點(diǎn)，c）微通道的橫截面圖中，parylene薄膜沉積在微通道中以防止空氣泄漏。

為了制造出優(yōu)化的像素尺寸，研究人員設(shè)計(jì)了微通道結(jié)構(gòu)和水分流失之間的關(guān)系，以便液滴在微流控裝置中前進(jìn)時(shí)能夠保持特定量的染色水。該裝置的設(shè)計(jì)和優(yōu)化包括測(cè)量驅(qū)動(dòng)染色液滴通過(guò)微通道時(shí)所需的最小壓差。微流控裝置抽吸系統(tǒng)內(nèi)的壓力由計(jì)算機(jī)輔助閥系統(tǒng)控制，開關(guān)控制則使用MATLAB編程。此外，顏色轉(zhuǎn)換和液滴控制的能力將以單個(gè)像素水平進(jìn)行評(píng)估，以優(yōu)化圖像顯示。液滴位置與負(fù)壓施加時(shí)間之間的關(guān)系也被優(yōu)化，以表明該裝置可以在單像素水平進(jìn)行控制。

觀察液滴位置和負(fù)壓施加時(shí)間的關(guān)系，以在單像素水平控制液滴的位置

研究過(guò)程中，以該方法在鋸齒形微通道中創(chuàng)建了一系列圖像，作為測(cè)試所提出的柔性多彩反光顯示器概念的原理證明。通過(guò)停止抽吸系統(tǒng)可以保持色彩，在此期間，無(wú)需提供能量即可保持色彩顯示的方向。

三色點(diǎn)陣的原理驗(yàn)證，a）微通道上顯示多色條紋圖案（垂直和水平對(duì)齊），b-c）基于微流控裝置反光顯示的可視化位圖字符‘A’和‘T’，d-g）測(cè)試顯示器的柔性，維持原始結(jié)構(gòu)以保持多色顯示。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了該系統(tǒng)可以顯示多色反光圖像，如推理一般不需要消耗能量就能保持圖像。圖像經(jīng)久耐用，在扭曲后仍能保持其位置，展現(xiàn)了原始多色結(jié)構(gòu)的柔性和恢復(fù)能力。研究人員預(yù)測(cè)，未來(lái)可能會(huì)在機(jī)器人皮膚、衣服和日常配件中，挖掘這種柔性且無(wú)能耗的顯示系統(tǒng)的創(chuàng)新應(yīng)用。

在柔性PDMS微通道上觀察原始尺寸多色顯示器的柔性、恢復(fù)和保持能力