顯示技術革命：雙模式電化學裝置融合光與色彩

顯示技術領域即將迎來重大突破，這主要得益於人們對電化學刺激響應材料日益增長的興趣。這些材料能夠在外部刺激（如低電壓）下迅速發生電化學反應，其關鍵優勢在於幾乎能瞬間產生不同顏色，為下一代顯示解決方案鋪平了道路。

一個研究團隊成功利用黏土薄膜有效整合了著色和發光分子。該研究由日本千葉大學理工學研究科的Norihisa Kobayashi教授和Kazuki Nakamura教授領導，Rong Cao女士和Naoto Kobayashi先生也做出了貢獻。他們創新的雙模式電化學裝置將發光和改變顏色的能力相融合，為現代顯示器提供了高度適應性且節能的解決方案。此研究成果近期發表於《材料化學期刊C》，凸顯了將先進材料科學與實際顯示應用相結合的獨特潛力。

Norihisa Kobayashi教授表示：「我們的方法在雙模式顯示設計中引入了一個具有顛覆性的概念，將發光和著色功能整合於單一裝置中。這一進展不僅提升了效能，還擴充套件了顯示器在不同環境中的多功能性。」

該裝置利用了一種稱為蒙脫石的層狀黏土化合物，它以其離子交換能力和強吸附效能而聞名。這種黏土基質用於穩定和提升兩個關鍵組分的效能：能提供鮮豔發光的銪(III)（或Eu(III)）配合物，以及能實現醒目顏色變化的庚基紫精（HV²⁺）衍生物。這些材料共同創造出一種混合解決方案，支援光和顏色的同步電化學調製。

研究團隊將Eu(III)、六氟乙醯丙酮（hfa - H₂）和三苯基氧化膦（TPPO）結合創造出一種配合物，然後將蒙脫石、HV²⁺和Eu(hfa)₃(TPPO)₂的混合薄膜塗覆在氧化銦錫（ITO）電極上構建裝置。當施加電壓時，這些薄膜展現出動態光學特性。具體而言，HV²⁺分子在電化學反應時產生鮮豔的青色著色，同時Eu(III)配合物的發光被淬滅，展示了對這兩種功能的精確控制。

這種創新的材料整合不僅具有科學意義，還對環境有益。該裝置透過降低能耗和採用低電壓操作，解決了人們對電子裝置可持續性日益增長的關注。此外，使用天然豐富的黏土化合物為類似應用中常用的合成材料提供了一種環保替代方案。

實驗結果表明，雙模式功能在不同環境條件下都能完美執行。研究還深入探討了黏土基質與嵌入分子之間的相互作用，揭示了黏土的結構特性如何促進效能提升。研究人員指出，黏土的層間間距有利於更好的電子移動，從而實現更快、更高效的反應。

Kazuki Nakamura教授解釋該裝置的應用時表示：「這項技術彌合了節能反射式顯示器和高可見度發光螢幕之間的差距。它對不同光照條件的適應性使其成為從數字標牌到便攜裝置等各種應用的理想解決方案。」研究結果令人信服，施加 - 2.0 V的偏置電壓可在發光和著色狀態之間實現高效的能量轉移，從而導致明顯的光學變化。這種雙模式效能透過熒光共振能量轉移和內濾效應等機制實現，確保了組分之間的有效相互作用。

該裝置的潛在應用十分廣泛。它可能為創新、節能的顯示器鋪平道路，這些顯示器在明亮和黑暗環境中都具有高可見度。例如，反射式平板電腦和數字標牌可能會從這項技術中大大受益，解決在陽光下可見度差或發光螢幕功耗高等挑戰。展望未來，研究團隊計劃透過引入更多材料來擴充套件裝置的功能，潛在地增強其多功能性，並為新的商業應用開啟大門。Norihisa Kobayashi教授指出：「我們的最終目標是設計出不僅更具可持續性，而且更具多功能性的顯示技術。」

參考文獻：Rong Cao、Naoto Kobayashi、Kazuki Nakamura和Norihisa Kobayashi所著《使用含有紫精衍生物和銪(III)配合物的層狀黏土化合物修飾電極進行電化學可控發光和著色》，2024年11月18日，《材料化學期刊C》。DOI: 10.1039/D4TC04026K

資金來源：日本學術振興會科研費助成事業、池田科學技術振興財團、日本科學技術振興機構SPRING、新能源產業技術綜合開發機構、和泉科學技術振興財團