变色织物构建及原理解析

11.3.2.1　电子墨水的显示原理

电子墨水显示技术是利用电泳原理，通过电极间带电物质在电场作用下的运动实现色彩交替显示的一种新型技术，是一种类纸式显示技术。该技术通过反射光来实现颜色显示，与纸和织物的颜色原理类似，但与需要背光源的液晶等显示技术截然不同。电子墨水显示技术的成功之处在于创新性地引入了微胶囊技术，把电泳显示液完全包封在一层透明膜形成的微小粒子中，从而实现了微胶囊内的电泳显示。微胶囊的使用抑制了电泳颗粒在大于胶囊尺寸范围内的团聚、沉积、侧移等缺点，提高了电泳显示器件的稳定性，延长了使用寿命，将电子墨水显示电子纸的使用寿命从可重复使用几万次提高到可重复使用一千万次。此外，微胶囊的引入使电泳显示具有了特定的优势，即可以打印或喷涂在聚对苯二甲酸乙二酯（PET）、聚碳酸酯（PC）、聚酰亚胺（PI）等各种柔性基材或玻璃、钢片等硬性基材上，从而制备出廉价、柔性的显示器件。可见，该技术的类纸式反射原理和微胶囊形式使其非常适合用于织物电极，从而实现织物变色。

微胶囊电泳显示通常可分为单粒子体系、双粒子体系及多粒子体系。

单粒子体系如图11-19（a）所示。单粒子显示是在外加电场作用下，微胶囊内一种带电粒子在含有染料的悬浮液中发生电泳迁移运动而实现图案和文字的显示。透明聚合物微胶囊内含有带正电或带负电的有色粒子和一种有颜色的溶液，利用电泳技术，对微囊上方的极板施加与粒子电性相反的电压时，带电粒子向上移动，停留在微囊可见的一侧，显示粒子颜色。而对微囊下方的极板施加与粒子电性相反的电压时，这些粒子向下移动，图像呈背景溶剂的颜色，从而实现图文显示。

双粒子体系如图11-19（b）所示。将电性相反、不同颜色的粒子装入微胶囊中，悬浮液通常是无色的。如黑白粒子体系，白球带正电，黑球带负电，在外加电场方向向上时，白球向上移动，黑球向下移动，上极板显白色。电场方向改变时，两种粒子分别向反方向运动，上极板显黑色。目前应用较多的依然是双粒子显示体系。

将双粒子体系进一步拓展，如赋予正电荷带电粒子呈现不同的zeta电位，就可以实现多粒子体系，如图11-19（c）所示。图中，彩色的红、黄和绿色粒子都带正电，但是zeta电位不同，白色的带负电。当在极板上施加电压时，带正电的粒子移动到负极板，且由于zeta电位不同，在不同电压下，正电粒子移动速度及分布不同，从而使得颜色不同。可以实现基于原色混色的彩色显示。

图11-19　电子墨水显示原理(www.xing528.com)

11.3.2.2　基于电子墨水微胶囊的变色织物制备

将电子墨水微胶囊电泳显示技术用于变色迷彩织物，需要解决的问题是：①彩色颜料电泳粒子的制备及控制；②超薄透明导电薄膜的制备；③柔韧性好、不易破损的微胶囊制备；④变色片的柔性、可弯曲技术；⑤高耐水汽的密封技术。

图11-20　彩色显示薄膜结构简图

用于纺织品的彩色显示薄膜一般结构如图11-20所示。基本分为四层结构，第一层为透明导电薄膜；第二层为微胶囊层，需要将微胶囊加入助剂配制成电子墨水，涂覆在第一层的透明导电薄膜上；第三层为胶水层，将胶黏剂直接涂覆在烘干的微胶囊层上；第四层为另一透明导电薄膜，可以将导电薄膜直接层压到胶水层即可。该透明导电薄膜可以与第一层导电薄膜相同，也可以是其他类导电材料，对于变色织物用，通常可采用导电织物。为了防止水汽的影响，还可以在两层导电薄膜上层压一层防水性较强的透明的高分子塑料保护膜，防止水汽侵入对电子纸造成损坏。

显示原理：上下两层透明导电薄膜作为两个电极，当有电压施加在电极上时，微胶囊里面包裹的带不同电荷的粒子会在电场作用下移向两个不同电极方向，并在两个电极上聚集从而呈现出不同颜色。比如，胶囊层为红绿微胶囊时，红色粒子带正电荷，绿色粒子带负电荷，当对上电极施加正压，下电极施加负压，绿色粒子和红色粒子在电场用作下移动，绿色粒子在上电极聚集，红色粒子在下电极聚集，从而在上电极呈现绿色，下电极呈现红色。当加相反电场的时候，上电极呈现红色，下电极呈现绿色，从而呈现两色的互变。