211service.com
Nieuwe e-papertechnologie versnelt
Onderzoekers van de Universiteit van Toronto, in Ontario, hebben de snelheid van hun nieuwe kleurveranderende materiaal vertienvoudigd. Het materiaal, dat gebruik maakt van fotonische kristallen, reflecteert helder, intens licht van elke kleur, van rood naar blauw, en verandert van kleur op basis van de spanning die erop wordt toegepast. De technologie kan helderdere, flexibele kleurendisplays voor elektronische lezers en billboards mogelijk maken.
Kies een kleur: Een nieuw materiaal gemaakt van fotonische kristallen verandert van kleur wanneer er verschillende spanningen op worden toegepast.
Om kleurveranderingen te krijgen die overgaan van UV helemaal naar bijna-infrarood, is dit het enige materiaal op aarde dat dat kan, zegt professor scheikunde Geoffrey Ozin , die het nieuwe werk leidde. Het enige wat ik hier doe, is met één materiaal de spanning afstemmen.
Leesapparaten zoals de Amazon Kindle, de Sony Reader en de nieuwe reader van Plastic Logic gebruiken een zwart-wit e-paper van Boston's E Ink . E-paper reflecteert licht in plaats van het uit te stralen, waardoor het minder energie verbruikt en beter leesbaar is in fel zonlicht. Schermen die een kleurenversie van E Ink's technologie gebruiken, zullen naar verwachting de komende jaren op de markt komen, maar hun pixels zullen worden verdeeld in drie subpixels, met rode, groene en blauwe filters. Licht van de subpixels wordt gemengd in verschillende intensiteiten om verschillende kleuren te produceren. Dat betekent dat je maar een derde van het [pixel]-gebied hebt dat rood wordt weergegeven, zegt Jacques Angele, medeoprichter van het Franse e-paperbedrijf Nemoptic . Je vermindert dus de helderheid met een factor niet ver van drie.
Het belangrijkste voordeel van de nieuwe technologie is dat het fotonische kristal dat elke pixel maakt, kan worden afgestemd om verschillende kleuren uit te stralen. In principe zouden ze een goede helderheid moeten kunnen krijgen die meer lijkt op bedrukt papier, vergeleken met de huidige e-papertechnologie, zegt Angele. Door de snelheid waarmee het materiaal van kleur verandert te vergroten, komt het een stap dichter bij praktische toepassingen.
De Toronto-onderzoekers rapporteerden de nieuwe versie van het materiaal in een online toegepaste chemie papier. Het materiaal verandert niet alleen sneller van kleur, maar bestrijkt ook een veel breder kleurenspectrum.
Opalux , de in Toronto gevestigde startup die de technologie commercialiseert, gebruikt het nieuwe materiaal al om van kleur veranderende displays te maken. Het display wordt momenteel op glas gemaakt, maar zou gemakkelijk op flexibele substraten kunnen worden gemaakt, zegt Andre Arsenault, medeauteur van het papier en medeoprichter van Opalux.
Een fotonisch kristal is elke nanostructuur met een regelmatig patroon dat de beweging van fotonen beïnvloedt. Door de structuur iets te veranderen, kun je de kleur van het licht dat het kristal weerkaatst veranderen. Eerder maakten de Canadese onderzoekers fotonische kristallen met behulp van stapels van honderden silica-nanobolletjes ingebed in een polymeer. Ze plaatsten deze stapels samen met een elektrolyt - een materiaal dat ionen geleidt - tussen twee transparante elektroden die op glas zijn gecoat. Wanneer verschillende spanningen worden toegepast, gaat de elektrolyt in en uit het polymeer, dat opzwelt en krimpt, waardoor de afstand tussen de nanobolletjes verandert. Hierdoor verandert de golflengte van het gereflecteerde licht.
De cruciale verandering in het nieuwe materiaal is dat het geen silica bevat. De onderzoekers lossen de silica-nanobolletjes op met een zure oplossing. Dit laat een poreuze, webachtige polymeerstructuur achter, die nu fungeert als het fotonische kristal. De onderzoekers vullen de poriën met elektrolyt en plaatsen het materiaal tussen elektroden.
De elektrolyt staat nu in direct contact met een veel groter deel van het oppervlak van het polymeer, dus het gaat sneller en gelijkmatiger het polymeer in en uit, waardoor de kleurverandering wordt versneld en het aantal mogelijke kleuren wordt vergroot. Wanneer het actieve polymeer is gevuld met silicabolletjes, is er geen lege ruimte beschikbaar voor [elektrolyt] om in en uit te gaan, zegt Arsenault. Dus om de onderkant van de structuur te bereiken, [moet] het van de bovenkant helemaal naar beneden diffunderen, wat een lange weg kan zijn.
Het nieuwe materiaal heeft de snelheid van het display van E Ink ingehaald. De fotonisch-kristalpixels kunnen volgens Arsenault in ongeveer een tiende van een seconde van kleur veranderen. Daarentegen, zegt Angele, nemen de pixels van E Ink ongeveer een vijfde van een seconde in beslag. (Maar Angele voegt eraan toe dat de displays van Nemoptic - die een materiaal gebruiken dat nematische vloeibare kristallen worden genoemd - in een honderdste van een seconde van kleur veranderen.)
Angele zegt dat een nadeel van de fotonisch-kristalbenadering zou kunnen zijn dat deze afhangt van de stroom van elektrolyt als reactie op elektriciteit. Deze elektrochemische cyclus is vergelijkbaar met die van oplaadbare batterijen. Dus het kan dezelfde problemen hebben met oplaadbare batterijen, waar de efficiëntie na voldoende cycli afneemt, zegt Angele. Om een praktische display te maken, zullen de Toronto-onderzoekers ervoor moeten zorgen dat het apparaat duizenden cycli kan doorstaan. Het nauwkeurig regelen van de hoeveelheid elektrolyt die het polymeer doordringt om een specifieke kleur te krijgen, kan ook een uitdaging zijn, voegt Angele eraan toe.
Er zijn nog andere hindernissen te overwinnen. De pixels veranderen gemakkelijk van kleuren met een kortere golflengte naar langere kleuren - van blauw naar groen naar rood - maar het wisselen van kleur in de omgekeerde richting gaat langzamer. De pixels moeten ook meer kleurcontrast hebben. De onderzoekers hopen het materiaal beter te maken door nanodeeltjes aan het polymeer toe te voegen.