论文综述：电子纸用二氧化硅颗粒的表面改性研究

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1、本科生毕业设计（论文）论文综述学院轻工学院专业印刷工程导师杨春莉学生王萍学号2011108308522015年3月25日电子纸用二氧化硅颗粒的表面改性研究一绪论1.1立题目的及意义电子纸是一种超轻薄、可卷曲的显示屏，类似于纸张可以重复的变动，是现代科技和古时候纸张结合起来的一种新发展，应用于生活各各领域，具有阅读舒适、易于更新、节约能源、携带方便、利于环保的优势。其核心是表面上涂有由许多微米胶囊组成的电子墨水，电子墨水[1]具有视角宽、对比度高、超轻薄、低能耗等优点，是包裹了电泳颗粒显示液的微胶囊。电泳颗粒的性能影响着电

2、子墨水显示器的响应时间和对比度[2]，为了提高颗粒的分散稳定性和荷电特性，可以对颗粒进行表面改性。电泳颗粒的表面改性研究已经成为国内外技术的研究热点。电子墨水是电子纸的核心[3]，作为一种多相的材料，通过外电场的作用可显示出双稳态、可逆以及柔性等特点，它是集化学、物理等各类学科的一种显示材料和显示技术。它是悬浮在液体中的许多微胶囊组成的悬浮体系[4]，而微胶囊由染料溶液和白色固体颗粒组成，白色固体颗粒在电场作用下向人们所设定的方向运动，从而显示出文字和图像。因此，其具有视角宽、对比度高、超轻薄、廉价、没有电磁辐射以及耗能

3、低等优点。在电子墨水显示里，电泳颗粒对图像呈色起到一定的作用从而构成整个图像[5]。电泳颗粒的平均直径是200-500nm之间，当直径太小时，电泳颗粒就会将可见光的折射和反射变为衍射，从而使光不经过颗粒传播，影响了显示的效果；当直径太大时，一个电子墨水微胶囊里的电泳颗粒就会减少，从而使显示的密度降低。因此，颗粒的分布要窄些[6]，否则会使显示效果不理想。电泳颗粒在显示体系里有着很重要的作用，它决定着电子纸的响应时间、对比度和图像质量。作为电泳颗粒应有以下几点特征：光学性能好，不透明性，明亮度高，有色彩；荷质比高，这为响应

4、快速的必要条件；和分散液之间的密度差小，最理想的范围是0-0.5g/cm3之间；在不是水的溶剂里其溶解度要低、化学性质稳定，从而利于聚合物链段伸展；球形且与微胶囊的囊壁之间不粘联[7]。球形的SiO2颗粒适合当作电子墨水中的白色电泳颗粒[8]，和二氧化钛相比，其白度比较高，化学的性质稳定，在有机溶剂里SiO2颗粒有很好的化学稳定性和光学特性，较易得到纳米级别的球形颗粒，并且它的多孔表面容易吸附改性。但是SiO2颗粒的密度较大（2.87g/cm3），超过了有机分散介质密度，像四氯乙烯密度（1.62g/cm3），因此导致沉降

5、。并且在有机分散介质里表面的Zeta电位很低，从而使电泳去驱动的电压很高，响应的速度很慢，无法达到电子墨水对颗粒电泳性能的要求。所以，将SiO2颗粒的表面进行处理，减少颗粒的平均密度、减少团聚、提高表面荷电性以及改善亲油性，是非常有必要的。1.2电子墨水用二氧化硅颗粒表面改性的国内外研究现状SiO2颗粒是一种无定型白色粉末的无机非金属材料，分子为网状结构，具有无味、无毒、无污染等特点[9]。溶胶-凝胶法是一种制备球形SiO2颗粒的重要方法，它是以有机醇盐为原料，经过聚合、水解和缩合反应。溶胶经过聚合后形成网络结构的凝胶，

6、当网络被灌满没有流动性的溶剂时，就得到凝胶，在经过干燥得出SiO2颗粒[10]。将制备出的SiO2颗粒进行表面改性，用化学物和SiO2颗粒的表面羟基反应，通过减少羟基的数量来使其从亲水性变为亲油性。通过改性可以增加聚合物和填料的交互作用[11]，还能提高聚合物与颗粒之间的相容性。通常能与SiO2颗粒表面上的羟基反应的易挥发掉的物质就能作为作为改性剂，常用的改性剂硅烷偶联剂、有机氯硅烷等。硅烷偶联剂是一种单体硅化合物，具有双向反应的化学物质，能够使填料与聚合物之间的界面形成化学键结合，并且分子式中的水解基团易与填料颗粒上的

7、羟基结合，亲油基可以和聚合物中分子链接触反应[12]。1.2.1国内研究现状电子纸中用SiO2颗粒的表面改性正不断地成为国内学者研究的热点，许多学者对此进行了详细的研究，以硅烷偶联剂、胺类化合物等为改性剂进行改性，从而减少SiO2颗粒的平均密度、减少团聚、提高表面荷电性。伍媛婷等[13]采用化学键合法研究了丁二酸对纳米二氧化硅表面改性，实验将丁二酸当作电荷控制剂，让丁二酸的一边梭基在四氯乙烯溶液里发生离子化，而丁二酸另一边的梭基和纳米二氧化硅表面上的羟基进行酯化反应，从而化学键合在其表面上。经FTIR、Zeta电位粒度仪

8、和XPS分析结果表明，纳米二氧化硅表面上的羟基数量降低，同时生成酯基，并且其表面上荷电和在四氯乙烯溶液里的电泳性增高，经过改性的纳米二氧化硅在四氯乙烯里的电位比未改性前提升大概5.5倍，从而减少团聚。吴海艳等[14]研究用硬脂酸、钛酸酯偶联剂和硅烷偶联剂分别对二氧化硅进行表面处理，分析结果表明，硅烷偶联剂对二氧化硅的