3 Tampilan elektroforetik (EPD)
Dalam beberapa dekade terakhir, banyak perhatian telah diberikan kepada EPDs atas kertas biasa karena biaya rendah mereka, berat rendah,konsumsi daya rendahEPD adalah tampilan reflektif yang bertindak berdasarkan migrasi partikel suspensi bermuatan di dalamcairan dielektrikke arah elektroda bermuatan berlawanan dan ini dikenal sebagaielektroforesis [20,25,26](Gambar 4Baru-baru ini, banyak layar telah memasuki pasar melalui perusahaan seperti Amazon Kindle, Hanvon dan OED Technologies.Dua perusahaan besar di bidang ini adalah SiPix dan E-Ink yang telah bergabung, tapi kedua teknologi ini berbeda. teknologi SiPix terdiri dari microcaps dari plastiktampilan elektroforetik, yang sangat tipis, ringan dan diproduksi dengan proses roll-to-roll (Gambar 5)[27]Sifat-sifat tampilan elektroforetik dan tinta elektronik dijelaskan secara rinci di bawah ini.
3.1 Fungsi tampilan elektroforetik (EPD)
Yang disebut prinsip elektroforesis mengacu pada gerakan partikel bermuatan yang tersuspensi dalamcairan suspensiSetiap kali medan listrik antara elektroda digunakan dalam sel,partikel bermigrasi sehubungan dengan muatan listrik dan cairan suspensi tetap stabil[20,28,29]Oleh karena itu, partikel elektroforetik adalah salah satu komponen utama dari EPD.di bawah medan listrik E dan tersuspensi dalam cairan elektroforetik, berada di bawah pengaruh empat kekuatan: listrik, daya apung, gravitasi dan retardingkekuatan viskos, karena bergerak antara elektroda bivalen dan kutub berlawanan[30]. Persamaan Helmholtz-Smoluchowski[3](Eq.(1)) digunakan untuk menggambarkan kecepatan elektroforetik (U) partikel bermuatan.EP, Exdan μ adalahdielektrikkonstan cairan,Potensi zetadari partikel,medan listrik yang diterapkandan mobilitas partikel, masing-masing. Potensi zeta elektroforetik (ξEPElektroporesis menyebabkan pergerakan partikel bermuatan melalui larutan statis.viskositasdari media transportasi dan perilaku dielektriknya, ukuran dan kepadatan muatan partikel hitam dan putih,ketebalan cangkang mikro kapsul dan tingkat dielektriknya dapat mempengaruhi fungsi dan kinerja EPDSalah satu cara untuk membuat partikel tidak stabil dalam media cair adalah untuk mengimbangi gravitasi antara pelarut dispersi dan partikel, dan sebagai hasilnya, mengurangi sedimentasi[31].
Secara umum, EPD yang mengandung suspensi berwarna atau partikel bermuatan yang tersebar dimedia dielektrikmenciptakan warna kontras dalam sel dengan dua elektroda konduktif, transparan dan paralel yang telah ditempatkan pada jarak tertentu sekitar satu mikron.
Sejak tahun 1960, EPD (EPD) telah dikembangkan sebagai jenis tampilan reflektif.Teknologi ini memiliki banyak keuntungan seperti sudut pandang yang luas dan rasio kontras yang tinggi yang mirip dengan kertas cetak. EPD adalah pilihan pertama dan dasar untuk membuat kertas elektronik.Aglomerasi dan agregasi adalah beberapa masalah serius yang membatasi aplikasinya di industri.
3.2 Parameter efektif dalam kualitas gambar layar EPD dengan E Ink
Sifat-sifat partikel elektroforetik adalah kunci untuk menentukan kualitas gambar.muatan permukaan besar untuk secara akurat menciptakan dan mengontrol gambar, rasio kontras yang tinggi, respon cepat terhadaptegangan yang diterapkan, transparansi yang digunakan dalam cangkang, stabilitas cahaya dan dispersi tinta yang stabil dan parameter lainnya.morfologi permukaan, muatan permukaan dan stabilitas khusus[32?? 34]Dengan demikian, untuk karakterisasi E Ink microcapsules, berbagai teknik instrumental termasuk ultraviolet (UVV), Optical Image Microscopy,Fourier Transformed Infrared Spectroscopy(FTIR), Scanning Electron Microscope (SEM), Zeta Potential, Dynamic Light Scattering (DLS) dan sel elektroforetik digunakan[34?? 41].
Seperti yang disebutkan sebelumnya, stabilitas spasial partikel elektroforetik adalah faktor kunci dalam menentukan kualitas gambar, yang ditentukan dari pengukuran potensial zeta.Potensi zeta adalah faktor untuk stabilitas potensial sistem koloidJika semua partikel dalam suspensi memiliki muatan positif atau negatif, partikel cenderung menolak satu sama lain dan tidak menunjukkan kecenderungan untuk mengintegrasikan.Kecenderungan partikel dengan muatan yang sama untuk menolak satu sama lain secara langsung terkait dengan potensi zetaSecara umum, batas stabil dan tidak stabil suspensi dapat ditentukan oleh potensi zeta.Suspensi yang mengandung partikel dengan potensi zeta lebih besar dari 30 mV atau kurang dari −30 mV dianggap stabil[42].
Juga tampilan berwarna dapat disiapkan menggunakan pewarna berwarna ataupigmen organiksebagai elektroforetik berwarnaNanopartikelPewarna atau pigmen dalam tinta elektronik harus memiliki kecerahan yang baik, warnakekuatandan kinerja yang sangat baik dengan cahaya, panas danresistensi pelarutyang dapat menawarkan potensi besar untuk diusulkan untuk berbagai aplikasi yang lebih luas[43?? 45]Tinta elektronik yang baik dalam EPD dapat mencapai stabilitas suspensi jangka panjang dan muatan permukaan yang lebih tinggi dalam suspensi elektroforetik[37,46,47]Beberapa nanopartikel bahkan dimodifikasi oleh beberapa modifier sepertiPolyethylene [34,46,48,49]dan oktadesilamin[32,50,51]Untuk pengendalian gambar yang akurat dan respon cepat terhadapmedan listrik yang diterapkan, partikel harus memiliki muatan permukaan yang tinggi sehingga, mobilitas adalah dalam kisaran 10- 5¥10- 6cm2/Vs, perbedaan kepadatan dengan pelarut kurang dari 0,5 g/cm3dan diameter yang tepat adalah sekitar 190 ∼ 500 nm[30,52].
3.3 Tinta elektronik (E Ink) atau tinta elektroforetik
E Ink adalah hasil langsung dari integrasi kimia, fisika dan elektronik.Komposisi E Ink untuk EPD mengandung partikel elektroforesis seperti bahan berwarna bermuatan atau mikrokapsul yang terdispersi dalam lingkungan dielektrik dan agen kontrol muatan[22?? 24]Berdasarkan perangkat dan prinsip kerja yang disebutkan di atas, bahan penting dari teknologi ini termasuk partikel berwarna (pewarna/pigmen), cangkang mikro kapsul,minyak isolasi dan agen kontrol muatan dan penstabilBagian-bagian berikut menjelaskan masing-masing komponen tersebut.
3.3.1 Pewarna/pigmen sebagai partikel berwarna untuk inti
Seperti yang disebutkan sebelumnya, partikel berwarna dari ukuran nano hingga mikro adalah bahan kunci untuk mengevaluasi fungsi elektroforetik.;mengurangi jumlah sedimentasi, kepadatannya harus secara khusus kompatibel dengan pelarut suspensi, kelarutan dalam pelarut harus cukup rendah,kecerahan harus tinggi sehingga memastikan kinerja optik yang efektif, permukaan harus dapat diisi dengan mudah, memastikan produksi massal membutuhkan pigmen untuk menjadi stabil dengan baik dan juga mampu dimurnikan dengan mudah.Penyerapan partikel pada permukaan kapsul atau dalam piksel harus dihindari jika mereka dikemas dalam mikro kapsul atau piksel.Bahan dari berbagai jenis telah diselidiki untuk aplikasi EPD[9,53?? 61]- Tidak.2 [38,62], hitam karbon[41], SiO2 [63]Al.2O3 [58], pigmen kuning[34,64], pigmen merah[32,65], ironis merah dan magnesium ungu adalah bahan anorganik yang telah menarik banyak perhatian dalam penelitian.[66?? 69]dan phtalocyanine hijau[51,70]Secara umum, pewarna/pigmen dariNanometerukuran didistribusikan dalam larutan dalam keadaan asli, diikuti dengan lapisan dengan bahan polimer untuk membentuk struktur kerangka inti.kelompok asetil atau halogen adalah bahan organik rantai panjang khas yang cocok sebagai bahan cangkang karenaikatan hidrogenKetersediaan di alam serta kecerahan tinggi adalah alasan mengapa perangkat EPD telah lama diproduksi oleh partikel hitam dan putih yang terbuat dari karbon hitam dan titanium dioksida masing-masing.Karena kedua bahan ini konduktif, persyaratan yang diinginkan dicapai melaluipolimer pelapispada mereka[71].
Dalam kualitas gambar karena kontras, sifat pigmen putih sangat penting.2sebagai pigmen putih yang umum karena keputihannya dan sifat optik dan refleksi yang sangat baik.Masalah yang paling penting dengan pigmen ini adalah ketidakstabilan dalam suspensi karena kepadatannya yang tinggiDalam dekade terakhir, para peneliti telah mencoba secara intensif untuk memecahkan masalah ini dengan menyarankan solusi seperti nanopartikel berongga TiO2 [72], TiO2dimodifikasi dengan modifier[62,73]dan TiO2berlapis dengan polimer[22,43,74]Untuk pertama kalinya, Comiskey et al. melaporkan mikrokapsul E Ink dengan partikel putih yang tersebar dalam cairan biru yang disiapkan denganpolimerisasi in situTitanium dioksida dengangravitasi spesifikdari 4,2 digunakan untuk refleksi dan kemurnian warna yang tinggi sebagai partikel putih[75]Polyethylene digunakan sebagai lapisan pada titanium dioksida untuk mengurangi gravitasi spesifik dan sebagai modifikasi permukaan partikel untuk merespons medan listrik yang diterapkan.,yangwaktu responsdilaporkan sebesar 0,1 s. Seperti yang ditunjukkan dalamGambar 6(a) ketika partikel elektroforetik yang dikelompokan mikro ditempatkan di antara dua elektroda dengan muatan berlawanan,partikel bermuatan berorientasi dengan menerapkan arus yang jika tidak berorientasi ke arah elektroda dengan muatan berlawananDalam hal ini, ketika pemirsa melihat partikel dari atas, ia melihat latar belakang putih dengan muatan negatif di sekitarelektroda positifSelanjutnya, bagian (b) menunjukkan photomicrograph dari contoh asli dari elektroforetik microcapsules dibangun dalam medan listrik[75].
Yang et al. memodifikasi partikel titanium dioksida dengan Vinyl Triethoxysilane (VTES) dengan metode Sol-Gel melalui aliran kelompok graft pada TiO2partikel di permukaan.2partikel memiliki sifat yang sangat baik di lingkungan gelap untuk kontras dan banyak digunakan sebagai partikel elektroforetik putih dalam produksi E Ink.karena partikel ini memiliki kepadatan tinggi, Van der Waals tarikan tidak cukup dan mengarah ke agregasi, sedimentasi cepat dan menunjukkan respon lambat untuk medan listrik.Penelitian luas telah dilakukan pada modifikasi permukaanDalam penelitian ini, hasil dari seluruh FTIR telah mengkonfirmasi puncak baru di 560 dan 670 cm.-1panjang gelombang karena getaran peregangan dan dua puncak dengan 12,020 dan 1120 cm- 1panjang gelombang yang mewakili getaran peregangan ikatan Si-O di VTES.2Ukuran partikel yang dimodifikasi telah dilaporkan dalam kisaran 100~200 nm dengan distribusi yang sangat sempit.[37]Baru-baru ini, penggunaanSilikon nanopartikeltelah dilaporkan dengan waktu respons 180~191 ms dalam prototipetampilan elektroforetik [30]Saat ini produk EPDs dapat menunjukkan 16 Gy tingkat warna putih ke hitam dengan 260 ~ 300 ms dan 1000 ms sebagai waktu respons dan waktu refresh masing-masing[5]. Meskipun fakta bahwa pigmen putih dikomersialkan, masih ada kebutuhan untuk meningkatkan sifat mereka respon cepat spasial ke medan listrik.
Tampilan berwarna penuh dapat dikembangkan dengan membagi setiap elemen gambar dalam EPD hitam dan putih dan menempatkan filter berwarna horizontal sebagai RGB (merah, hijau, biru) dan CMY (biru, merah,kuning) array[76]Namun, filter berwarna menyerap sejumlah besar cahaya yang dipantulkan, yang menyebabkan kontras dan kecerahan yang rendah.studi telah difokuskan pada persiapan partikel elektroforetik tri-warna untuk tampilan warna (CEPD)Pewarna yang dikapsulkan dan pigmen yang dimodifikasi digunakan untuk sintesis partikel elektroforetik.Persiapan tinta berwarna diperoleh dengan menempatkan bahan berwarna ke dalam polimer sepertiPolystyrene, poli (N vinyl pyrrolidone), poli (methyl methacrylate) dan beberapa lainnyaCopolymer [23,24]Namun, beberapa kelemahan seperti visibilitas rendah dan stabilitas cahaya yang buruk membatasi penggunaan pewarna dalam CEPD.Stabilitas yang lebih baik dan kekuatan warna yang lebih tinggi menunjukkan lebih cocok untuk CEPD[77]Banyak metode telah digunakan untuk persiapan pewarna yang diterapkan dalam CEPD yang tercantum dalam bagian berikut.
3.3.2 Bahan cangkang untuk bahan berwarna di sekitarnya
Dalam teknologi ini, mikro kapsul atau mikropiksel terdiri daritampilan elektroforetikalat di mana dinding cangkang berubah menjadi bahan utama. peran utama cangkang dalam tampilan elektroforetik adalah untuk mengkapsulkan partikel berwarna serta media.itu tidak hanya diperlukan untuk memiliki transparansi yang baik dan tingkat konduktivitas yang rendah tetapi juga harus kompatibel dengan bahan di dalamnyaSpesifikasi lain adalah carastabilitas mekanik sementara mempertahankan fleksibilitas pada saat yang sama.polimer organikseperti poliamin,Polyurethane,Polysulfon, asam polietilena, selulosa, gelatin, permen karet, dll dianggap sebagai pilihan yang paling cocok[32,55, 78-87]Menurut bahan yang dipilih, berbagai metode telah digunakan untuk pembuatan mikro kapsul termasuk polimerisasi in situ formaldehida dan urea untuk membentuk resin urea-formaldehida[3,28,82,88]dan koagulasi komposit dari gelatin dan permen karet Arab untuk membentukfilm komposit [79,89,90].
3.3.3 Media cair dielektrik
Ada suspensi partikel berwarna dalam media cair di dalam mikrokapsul daritampilan elektroforetikBerdasarkan persyaratan utama dari perangkat ini, media harus mewakili beberapa spesifikasi khusus termasuk stabilitas termal dan kimia,sifat isolasi(konstan dielektrik lebih besar dari 2), hampir samarefleksibilitasdan kepadatan dengan partikel serta ketahanan rendah terhadap transportasi mereka, dan akhirnya, sifat ramah lingkungan.pelarut organikatau formulasi pelarut seperti alkilena, hidrokarbon aromatik/alifatik, oksosilan, dll dapat memenuhi persyaratan yang disebutkan di atas[57,71,79,91,92]Salah satu metode yang paling banyak digunakan adalah formulasi 2-phenylbutane-tetrachloroethylene, isopar L-tetrachloroethylene dan n-haxane-tetrachloroethylene.Pencampuran pelarut fluorinasi dengan kepadatan tinggi dan rendah dan hidrokarbon adalah cara umum untuk penyesuaian kepadatan yang tepat.Tabel 1menunjukkan beberapa pelarut yang digunakan dalam aplikasi EPD.
| Solvent | Struktur molekuler |
|---|