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　　水玲玲，曾在荷蘭、比利時留學將近十年之久。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，她來到廣州參加會議。從大雪紛飛的荷蘭來到中國廣州，一下飛機就發(fā)現(xiàn)這里居然繁花似錦，讓她立刻就對廣州產(chǎn)生了好印象。后來，水玲玲在留學生論壇上看到一則招聘廣告，提交申請和面試之后，華南師范大學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，是水玲玲和團隊的主要研究方向。前不久，她和團隊利用液滴內(nèi)電流體顆粒組裝技術（eMAP，Electro-Microfluidic Assembly of Particles），研發(fā)了一種能同時實現(xiàn)反射和透射的顯示技術，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制的技術平臺，通過交流電場來驅(qū)動液滴限域的粒子，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，從而提供更多的光學調(diào)控可能性。哪怕使用更少的粒子組合，也能實現(xiàn)豐富的光學調(diào)控范圍，因而在顯示技術上具有一定應用價值，并有望為反射式顯示帶來突破。同時，eMAPD 顯示技術還具備材料易獲得、以及制程工藝可標準化等優(yōu)勢，具備較大的產(chǎn)業(yè)化可能。

　　盡管針對液滴中電場驅(qū)動粒子組裝已經(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，實現(xiàn)了簡單、可靠的大面積液滴生成與陣列化技術，有效提升了器件制備和封裝的可靠性。為了進一步實現(xiàn) eMAPD 的實用性，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)能綠色顯示技術的發(fā)展奠定基礎。目前，課題組正在打造基于粒子組織結(jié)構的開關，這是一種光的閥門，它的開關性能可以被電場控制，而且具備易于集成的特點，有望用于集成光調(diào)控器件之中。

　　（來源：Light: Science & Applications）

　　信息化時代，顯示技術必不可少

　　水玲玲表示：“在信息化時代，顯示技術成為不可或缺的關鍵技術之一。”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)動的方式來顯示單元內(nèi)顯示材料的物理運動或材料性能的變化，從而針對可見光傳輸?shù)姆瓷浜屯干溥M行調(diào)控，進而通過背板來驅(qū)動波形的設計和應用，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，即通過電場驅(qū)動帶正、負電荷的黑白兩色顆粒，在微膠囊內(nèi)發(fā)生反向運動，從而達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，更是一直未能實現(xiàn)的目標。多年來，該團隊一直在從事液滴研究。液滴，是一個非常好的載體，可以包裹和承載納米粒子、以及分子等軟物質(zhì)材料。同時，液滴還是一個相對獨立、又和外界存在一定交互作用的微空間。液滴內(nèi)部場強和分布，與液滴大小和材料都有一定關系。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稱甚至會扭曲？在非均勻場強條件下，液滴內(nèi)部的粒子受到電場驅(qū)動之后會如何排列？

　　（來源：Light: Science & Applications）

　　用逆向思維攻克難關

　　圍繞上述問題他們開展了從材料到器件的研究。在構思彩色顯示技術的初期，課題組主要面臨如下三個挑戰(zhàn)：其一，如何讓強電場進入液滴，從而進一步操控顆粒；其二，如何實現(xiàn)液滴陣列化；其三，如何提升顯示效果，包括提升刷新速率、對比度、雙穩(wěn)態(tài)等。研究中該團隊提出了這一問題：“能否讓液滴中的顆粒像體相中的粒子一樣，用電場來驅(qū)動運動和組裝？”如果可以，這將是一個非常好的柔性光電器件新原理技術。實驗中，他們發(fā)現(xiàn)液滴中的顆粒在加電以后幾乎不運動，電場似乎“失效”了。后來，他們在開放式的疏水電極結(jié)構器件表面，發(fā)現(xiàn)液滴在電場驅(qū)動之下，能移動到電極間隙之間并發(fā)生形變，同時液滴內(nèi)部的顆粒也會發(fā)生明顯運動。通過此，他們揭示了液滴位移—液滴變形—顆粒運動的連鎖電響應規(guī)律，并驗證了原理的可行性。但是，這是一個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？并能在電場運動下進行可控的運動？為此，他們累計篩選幾十種材料，兼顧了油水極性、液滴穩(wěn)定性、顆粒在液滴中的穩(wěn)定分散不團聚等方方面面。要想實現(xiàn)優(yōu)異的性能，還必須實現(xiàn)物理結(jié)構的可控性。所以在器件的加工和集成、以及驅(qū)動電場波形的設計上，該團隊投入了大量時間，實現(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、材料極性和電學性能、顆粒色彩飽和度和對比度等難題。而在優(yōu)化液滴像素的形狀和驅(qū)動參數(shù)之時，該團隊發(fā)現(xiàn)了液滴變形與液滴內(nèi)部電場增強關系，進一步分析了多物理場下的電場作用機制。 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。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動的距離，從而實現(xiàn)在減低驅(qū)動電壓的同時，還能提升 eMAPD 的刷新速率。高通量陣列化，則是另一個必須要解決的難題。該團隊的申詩濤和馮昊強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，當兩個液滴相距較近的時候，加電之后液滴就會發(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”，研制了大面積的均勻液滴像素陣列加工技術，實現(xiàn)了基于液滴像素結(jié)構的顯示效果。具體來說，液滴內(nèi)部粒子在電場驅(qū)動之下的組裝結(jié)構，與宏觀體相中顆粒的組裝過程和現(xiàn)象都不相同。由于液滴無法獨立存在，而是通過分散在外相中進而形成乳液，因此液滴具有液-液界面或氣-液界面。這種界面是柔性的，而且具有分子級的光滑度。當界面內(nèi)外都是流體，就會非常適合粒子“滑動”。課題組表示：“這是一個令人意外的美好關鍵轉(zhuǎn)折，也教會了我們有時要在困難中采取逆向思維，化缺點為優(yōu)點、出奇兵解決問題。”通過電-微流體粒子組裝技術所打造的信息顯示器件，其器件結(jié)構原理如下：在液滴下方針對電極施加交流電場，借此驅(qū)動液滴內(nèi)的彩色顆粒發(fā)生運動，這樣一來就能形成組裝結(jié)構，從而能對顆粒空間高度、以及相對位置實現(xiàn)精確的操控。這時，只需一種顆粒和一種流體材料，即可實現(xiàn)三種組裝結(jié)構、及其所對應的顯示狀態(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，從而能夠允許光透過液滴。對于顯示色彩的調(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 技術充分利用了液滴材料和幾何結(jié)構所帶來的優(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，讓顆粒可以沿著液滴的液-液界面滑動，借此保證結(jié)構的形態(tài)可控，最終實現(xiàn)多模態(tài)的組裝結(jié)構調(diào)控。

　　（來源：Light: Science & Applications）日前，相關論文以《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，水玲玲擔任通訊作者。

　　圖 | 相關論文（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，爭取在單個像素里實現(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)動機制的同時，達成降低能耗的目標。