Les principes schématiques de la conception et de la fabrication du dispositif :Le dispositif microfluidique proposé en polymère polydiméthylsiloxane (PDMS), en utilisant des techniques de fabrication de photolithographie standard pour former des microcanaux à motifs de pixels. La pression à l'intérieur du dispositif microfluidique était régulée avec un système de vannes commandé par ordinateur composé d'une électrovanne, pompe à vide et régulateur d'air. La commande du commutateur a été programmée par MATLAB et la pression manométrique contrôlée par le régulateur intégré. Crédit: Microsystèmes et nano-ingénierie , doi:10.1038/s41378-018-0018-1
Une nouvelle étude publiée le Microsystèmes et nano-ingénierie par Kazuhiro Kobayashi et Hiroaki Onoe détaille le développement d'un système d'affichage multicolore flexible et réfléchissant qui ne nécessite pas d'alimentation continue en énergie pour la rétention des couleurs. L'idée vise à trouver des applications futuristes avec des écrans couleur durables et à remplacer les panneaux d'affichage électroniques existants actuellement utilisés pour les messages et les images multicolores. Alors que le concept provient du papier électronique ou de l'électronique flexible qui ressemble à une impression sur papier (développé pour les vêtements intelligents), la méthode proposée repose simplement sur des gouttelettes d'eau colorées et des poches d'air introduites séquentiellement dans un dispositif microfluidique fabriqué avec précision sur un polymère flexible pour maintenir des images bitmap stables sans consommation d'énergie.
Le procédé s'écarte également des techniques existantes des cristaux liquides ou des diodes électroluminescentes organiques (OLED), qui consomment de l'énergie au niveau du pixel électroluminescent. La technique abrite un train de gouttelettes d'eau microfluidique en tant que flexible, affichage réfléchissant. Le principe de fonctionnement du système est basé sur un sélecteur de liquide rotatif avec une pression négative basée sur l'aspiration pour entraîner les gouttelettes dans la direction souhaitée et former un signe prédéterminé.
Les microcanaux du dispositif proposé ont été fabriqués avec le polymère flexible, polydiméthylsiloxane (PDMS), un matériau dont les propriétés incluent la transparence à la lumière visible et la perméabilité à l'air. Les auteurs ont utilisé des techniques de lithographie douce et de collage pour créer des microcanaux PDMS-PDMS avec des motifs de pixels allant de 400 à 800 µm de diamètre et de 50 à 200 µm de hauteur. Dans l'architecture de l'appareil, les motifs ont été connectés via des canaux linéaires de 100-200 µm de largeur. Étant donné que le matériau est perméable à l'air et soluble dans les gaz, une fine couche de parylène (500 nm d'épaisseur) a été déposée à l'intérieur des microcanaux pour empêcher les fuites et l'évaporation de l'air et de l'eau.
Le dispositif fabriqué pour l'affichage couleur a) Microcanaux sinueux avec un affichage 7x13 pixels (25 dpi). Les ports d'entrée et de sortie ont été connectés au sélecteur de liquide et au système d'aspiration, b) des images microscopiques des pixels en forme de larme qui constituent les microcanaux, les points blancs sur chaque pixel ont été causés par la lumière visible illuminée sur la surface de l'appareil, c) vue en coupe du microcanal, un mince film de parylène a été déposé à l'intérieur du microcanal pour empêcher les fuites d'air. Crédit: Microsystèmes et nano-ingénierie , doi:10.1038/s41378-018-0018-1
Pour fabriquer une taille de pixel optimisée, les auteurs ont mis au point une relation entre la géométrie des microcanaux et la perte d'eau afin de maintenir un volume spécifique d'eau colorée au fur et à mesure que les gouttelettes avançaient dans l'appareil. La conception et l'optimisation de l'appareil comprenaient des mesures de la pression différentielle minimale requise pour entraîner les gouttelettes d'eau colorées à travers les microcanaux. La pression dans le système d'aspiration du dispositif microfluidique était contrôlée par un système de vannes assisté par ordinateur, et le contrôle du commutateur a été programmé à l'aide de MATLAB. En outre, la capacité de changement de couleur et de contrôle des gouttelettes a été évaluée au niveau du pixel unique pour un affichage optimisé de l'image. La relation entre la position des gouttelettes et le temps de pression négative appliquée a été optimisée pour indiquer que le dispositif pouvait être contrôlé au niveau du pixel unique.
Observer la relation entre la position des gouttelettes et le moment de la pression négative appliquée pour contrôler la position des gouttelettes au niveau du pixel unique. Crédit :Microsystèmes et Nano-ingénierie, doi:10.1038/s41378-018-0018-1
Dans l'étude, une gamme d'images ont été créées de cette manière dans des microcanaux en zigzag comme preuve de principe pour tester le concept proposé d'écrans réfléchissants multicolores flexibles. La rétention de la couleur a été permise en arrêtant le système d'aspiration, pendant laquelle l'orientation de l'affichage est restée intacte sans apport d'énergie.
La preuve de principe d'une matrice de points tricolore a) des motifs à rayures multicolores (alignés verticalement et horizontalement) affichés sur des microcanaux, b-c) les caractères bitmap « A » et « T » visualisés sur l'écran réfléchissant à base de microfluidique, d-g) tester la flexibilité de l'affichage pour indiquer le maintien du cadre d'origine pour la rétention d'affichage multicolore. Crédit: Microsystèmes et nano-ingénierie , doi:10.1038/s41378-018-0018-1
Les résultats expérimentaux ont validé que le système pouvait afficher des images réfléchissantes multicolores et les conserver sans consommation d'énergie comme théorisé. Les images étaient durables tout en conservant leur position après une torsion souple, pour indiquer la souplesse et la récupération du cadre multicolore d'origine. Les scientifiques prédisent que de tels systèmes d'affichage flexibles et sans énergie peuvent trouver des applications innovantes sur les peaux de robots, vêtements et accessoires dans la vie quotidienne à l'avenir.
En observant la flexibilité, récupération et rétention de l'affichage multicolore dans ses dimensions d'origine sur des microcanaux de PDMS flexible. Crédit: Microsystèmes et nano-ingénierie , doi:10.1038/s41378-018-0018-1
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