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　　水玲玲，曾在荷蘭、比利時(shí)留學(xué)將近十年之久。在那里，她歷經(jīng)了讀博、做博士后這兩件大事。

　　2010 年圣誕節(jié)期間，她來到廣州參加會(huì)議。從大雪紛飛的荷蘭來到中國廣州，一下飛機(jī)就發(fā)現(xiàn)這里居然繁花似錦，讓她立刻就對(duì)廣州產(chǎn)生了好印象。后來，水玲玲在留學(xué)生論壇上看到一則招聘廣告，提交申請(qǐng)和面試之后，華南師范大學(xué)很快就給她拋來了橄欖枝。其表示：“這些年在廣州工作和生活，我發(fā)現(xiàn)廣州是一個(gè)非常包容的城市，我很喜歡廣州和現(xiàn)在的工作單位。”回國任職 12 年間，她也經(jīng)歷了從教授、到副院長、再到院長的蛻變。

　　圖 | 水玲玲（來源：資料圖）左手科研，右手管理，這便是她的日常生活。光電信息顯示和傳感技術(shù)，是水玲玲和團(tuán)隊(duì)的主要研究方向。前不久，她和團(tuán)隊(duì)利用液滴內(nèi)電流體顆粒組裝技術(shù)（eMAP，Electro-Microfluidic Assembly of Particles），研發(fā)了一種能同時(shí)實(shí)現(xiàn)反射和透射的顯示技術(shù)，并探索了其在彩色化、雙穩(wěn)態(tài)、廣可視角度等方面的多種性能。

　　（來源：Light: Science & Applications）總的來說，eMAP 是一種基于多場耦合綜合物理機(jī)制的技術(shù)平臺(tái)，通過交流電場來驅(qū)動(dòng)液滴限域的粒子，既可以控制顆粒在液滴中的高度位置，又可以調(diào)節(jié)顆粒組裝形成的結(jié)構(gòu)，從而提供更多的光學(xué)調(diào)控可能性。哪怕使用更少的粒子組合，也能實(shí)現(xiàn)豐富的光學(xué)調(diào)控范圍，因而在顯示技術(shù)上具有一定應(yīng)用價(jià)值，并有望為反射式顯示帶來突破。同時(shí)，eMAPD 顯示技術(shù)還具備材料易獲得、以及制程工藝可標(biāo)準(zhǔn)化等優(yōu)勢，具備較大的產(chǎn)業(yè)化可能。

　　盡管針對(duì)液滴中電場驅(qū)動(dòng)粒子組裝已經(jīng)有了不少研究。但是在本次工作之中，他們首次將液滴“壓扁”，這不但增加了液滴與驅(qū)動(dòng)電極的接觸面積，而且可以調(diào)控電場的分布。另外，他們還發(fā)明了一種基于液滴電融合的液滴陣列化方法，實(shí)現(xiàn)了簡單、可靠的大面積液滴生成與陣列化技術(shù)，有效提升了器件制備和封裝的可靠性。為了進(jìn)一步實(shí)現(xiàn) eMAPD 的實(shí)用性，他們還優(yōu)化了多種彩色顯示油墨，證明了 eMAPD 的多彩色顯示能力，發(fā)現(xiàn)其具有快速刷新、廣視角和雙穩(wěn)態(tài)等特性，能為節(jié)能綠色顯示技術(shù)的發(fā)展奠定基礎(chǔ)。目前，課題組正在打造基于粒子組織結(jié)構(gòu)的開關(guān)，這是一種光的閥門，它的開關(guān)性能可以被電場控制，而且具備易于集成的特點(diǎn)，有望用于集成光調(diào)控器件之中。

　　（來源：Light: Science & Applications）

　　信息化時(shí)代，顯示技術(shù)必不可少

　　水玲玲表示：“在信息化時(shí)代，顯示技術(shù)成為不可或缺的關(guān)鍵技術(shù)之一。”其中，反射式顯示也被稱為電子紙顯示。它的工作原理在于：通過電驅(qū)動(dòng)的方式來顯示單元內(nèi)顯示材料的物理運(yùn)動(dòng)或材料性能的變化，從而針對(duì)可見光傳輸?shù)姆瓷浜屯干溥M(jìn)行調(diào)控，進(jìn)而通過背板來驅(qū)動(dòng)波形的設(shè)計(jì)和應(yīng)用，借此呈現(xiàn)出豐富多彩的顯示效果。一般來說，反射式顯示上的顏色，來自于顯示材料自身。例如，電泳電子紙顯示的顆粒材料、膽甾液晶的液晶材料、以及電潤濕顯示的油墨材料等。目前，已經(jīng)商用的電子產(chǎn)品主要采用電泳電子紙技術(shù)，即通過電場驅(qū)動(dòng)帶正、負(fù)電荷的黑白兩色顆粒，在微膠囊內(nèi)發(fā)生反向運(yùn)動(dòng)，從而達(dá)到黑白顏色切換顯示的效果。然而，這種彩色化顯示的方式和速度，都會(huì)受到顯示原理和顯示材料的限制。至于全彩顯示和視頻顯示，更是一直未能實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)。多年來，該團(tuán)隊(duì)一直在從事液滴研究。液滴，是一個(gè)非常好的載體，可以包裹和承載納米粒子、以及分子等軟物質(zhì)材料。同時(shí)，液滴還是一個(gè)相對(duì)獨(dú)立、又和外界存在一定交互作用的微空間。液滴內(nèi)部場強(qiáng)和分布，與液滴大小和材料都有一定關(guān)系。所以課題組一直在思考的問題是：液滴內(nèi)部的電場是如何分布的呢？非球形液滴的電場分布是否不對(duì)稱甚至?xí)で?？在非均勻場?qiáng)條件下，液滴內(nèi)部的粒子受到電場驅(qū)動(dòng)之后會(huì)如何排列？

　?。▉碓矗篖ight: Science & Applications）

　　用逆向思維攻克難關(guān)

　　圍繞上述問題他們開展了從材料到器件的研究。在構(gòu)思彩色顯示技術(shù)的初期，課題組主要面臨如下三個(gè)挑戰(zhàn)：其一，如何讓強(qiáng)電場進(jìn)入液滴，從而進(jìn)一步操控顆粒；其二，如何實(shí)現(xiàn)液滴陣列化；其三，如何提升顯示效果，包括提升刷新速率、對(duì)比度、雙穩(wěn)態(tài)等。研究中該團(tuán)隊(duì)提出了這一問題：“能否讓液滴中的顆粒像體相中的粒子一樣，用電場來驅(qū)動(dòng)運(yùn)動(dòng)和組裝？”如果可以，這將是一個(gè)非常好的柔性光電器件新原理技術(shù)。實(shí)驗(yàn)中，他們發(fā)現(xiàn)液滴中的顆粒在加電以后幾乎不運(yùn)動(dòng)，電場似乎“失效”了。后來，他們?cè)陂_放式的疏水電極結(jié)構(gòu)器件表面，發(fā)現(xiàn)液滴在電場驅(qū)動(dòng)之下，能移動(dòng)到電極間隙之間并發(fā)生形變，同時(shí)液滴內(nèi)部的顆粒也會(huì)發(fā)生明顯運(yùn)動(dòng)。通過此，他們揭示了液滴位移—液滴變形—顆粒運(yùn)動(dòng)的連鎖電響應(yīng)規(guī)律，并驗(yàn)證了原理的可行性。但是，這是一個(gè)包含多種材料的體系。因此必須考慮以下問題：即顆粒如何被包裹在液滴中？顆粒如何在包裹中穩(wěn)定存在？并能在電場運(yùn)動(dòng)下進(jìn)行可控的運(yùn)動(dòng)？為此，他們累計(jì)篩選幾十種材料，兼顧了油水極性、液滴穩(wěn)定性、顆粒在液滴中的穩(wěn)定分散不團(tuán)聚等方方面面。要想實(shí)現(xiàn)優(yōu)異的性能，還必須實(shí)現(xiàn)物理結(jié)構(gòu)的可控性。所以在器件的加工和集成、以及驅(qū)動(dòng)電場波形的設(shè)計(jì)上，該團(tuán)隊(duì)投入了大量時(shí)間，實(shí)現(xiàn)了穩(wěn)定的器件加工集成。為了獲得更好的顯示性能，他們又解決了油墨的泄露、材料極性和電學(xué)性能、顆粒色彩飽和度和對(duì)比度等難題。而在優(yōu)化液滴像素的形狀和驅(qū)動(dòng)參數(shù)之時(shí)，該團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)了液滴變形與液滴內(nèi)部電場增強(qiáng)關(guān)系，進(jìn)一步分析了多物理場下的電場作用機(jī)制。 在綜合考慮介電泳力、電偶極作用力、電熱流作用力的協(xié)同作用之后，課題組提出了最優(yōu)液滴形狀，并采用一種被“壓扁”的液滴形狀作為 eMAPD 的像素結(jié)構(gòu)。通過此，不僅可以增加液滴與電極表面接觸的面積，還能減少顆粒在液滴中上下運(yùn)動(dòng)的距離，從而實(shí)現(xiàn)在減低驅(qū)動(dòng)電壓的同時(shí)，還能提升 eMAPD 的刷新速率。高通量陣列化，則是另一個(gè)必須要解決的難題。該團(tuán)隊(duì)的申詩濤和馮昊強(qiáng)兩位博士嘗試多種方法之后效果依然不理想。他們發(fā)現(xiàn)液滴如果分散不開，當(dāng)兩個(gè)液滴相距較近的時(shí)候，加電之后液滴就會(huì)發(fā)生融合，這種現(xiàn)象困擾課題組一兩年之久。后來，他們索性利用電融合/電聚并這一“缺點(diǎn)”，研制了大面積的均勻液滴像素陣列加工技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了基于液滴像素結(jié)構(gòu)的顯示效果。具體來說，液滴內(nèi)部粒子在電場驅(qū)動(dòng)之下的組裝結(jié)構(gòu)，與宏觀體相中顆粒的組裝過程和現(xiàn)象都不相同。由于液滴無法獨(dú)立存在，而是通過分散在外相中進(jìn)而形成乳液，因此液滴具有液-液界面或氣-液界面。這種界面是柔性的，而且具有分子級(jí)的光滑度。當(dāng)界面內(nèi)外都是流體，就會(huì)非常適合粒子“滑動(dòng)”。課題組表示：“這是一個(gè)令人意外的美好關(guān)鍵轉(zhuǎn)折，也教會(huì)了我們有時(shí)要在困難中采取逆向思維，化缺點(diǎn)為優(yōu)點(diǎn)、出奇兵解決問題。”通過電-微流體粒子組裝技術(shù)所打造的信息顯示器件，其器件結(jié)構(gòu)原理如下：在液滴下方針對(duì)電極施加交流電場，借此驅(qū)動(dòng)液滴內(nèi)的彩色顆粒發(fā)生運(yùn)動(dòng)，這樣一來就能形成組裝結(jié)構(gòu)，從而能對(duì)顆粒空間高度、以及相對(duì)位置實(shí)現(xiàn)精確的操控。這時(shí)，只需一種顆粒和一種流體材料，即可實(shí)現(xiàn)三種組裝結(jié)構(gòu)、及其所對(duì)應(yīng)的顯示狀態(tài)連續(xù)調(diào)控。在這三種組裝狀態(tài)之中包含一種“透光”態(tài)，即顆粒在液滴赤道環(huán)上形成組裝結(jié)構(gòu)，從而能夠允許光透過液滴。對(duì)于顯示色彩的調(diào)控來說，這提供一種反射與透射相結(jié)合的解決方案，讓顯示顏色的種類和范圍得以被提升。可以說，eMAPD 技術(shù)充分利用了液滴材料和幾何結(jié)構(gòu)所帶來的優(yōu)勢，依靠液滴彎曲界面所提供的“滑梯”，結(jié)合介電泳力和顆粒-顆粒之間的作用力，讓顆?？梢匝刂旱蔚囊?液界面滑動(dòng)，借此保證結(jié)構(gòu)的形態(tài)可控，最終實(shí)現(xiàn)多模態(tài)的組裝結(jié)構(gòu)調(diào)控。

　?。▉碓矗篖ight: Science & Applications）日前，相關(guān)論文以《基于受抑制的油包水液滴陣列內(nèi)粒子的電微流體組裝的反射顯示器》（A reflective display based on the electro-microfluidic assembly of particles within suppressed water-in-oil droplet array）為題發(fā)表在 Light: Science & Applications[1]，申詩濤博士是第一作者，水玲玲擔(dān)任通訊作者。

　　圖 | 相關(guān)論文（來源：Light: Science & Applications）后續(xù)，他們將圍繞顯示材料的色彩和顯示速度來開展研究，并將主要研究如何優(yōu)化乳液材料體系，爭取在單個(gè)像素里實(shí)現(xiàn)兩種以上顏色和八階灰度。另外，也將探索如何讓彩色染料在兼容現(xiàn)有驅(qū)動(dòng)機(jī)制的同時(shí)，達(dá)成降低能耗的目標(biāo)。