पिछले कुछ दशकों में, साधारण कागज की तुलना में EPDs पर बहुत ध्यान दिया गया है, क्योंकि उनकी कम लागत, कम वजन, कम बिजली की खपत और सुरक्षा। EPDs रिफ्लेक्टिव डिस्प्ले हैं जो डाईइलेक्ट्रिक तरल पदार्थ में चार्ज किए गए निलंबन कणों के विपरीत चार्ज किए गए इलेक्ट्रोड की ओर प्रवास के आधार पर कार्य करते हैं और इसे इलेक्ट्रोफोरेसिस [20,25,26] (चित्र 4) के रूप में जाना जाता है। हाल ही में, अमेज़ॅन किंडल, हनवोन और ओईडी टेक्नोलॉजीज जैसी कंपनियों के माध्यम से कई डिस्प्ले बाजार में प्रवेश कर चुके हैं। इस क्षेत्र की दो प्रमुख कंपनियां SiPix और E-Ink हैं जो पहले ही विलय हो चुकी हैं, लेकिन ये दोनों तकनीकें अलग-अलग हैं। SiPix तकनीक में प्लास्टिक के माइक्रो कैप्सूल होते हैं 3.3.3 डाइइलेक्ट्रिक तरल माध्यम, जो बहुत पतला, हल्का है और रोल-टू-रोल प्रक्रिया द्वारा निर्मित है (चित्र 5) [27]। इलेक्ट्रोफोरेटिक डिस्प्ले और इलेक्ट्रॉनिक स्याही के गुणों को निम्नलिखित में विस्तार से समझाया गया है।
तथाकथित इलेक्ट्रोफोरेसिस सिद्धांत एक डीसी विद्युत क्षेत्र के प्रभाव में निलंबन तरल पदार्थ में निलंबित चार्ज किए गए कणों की गति को संदर्भित करता है। जब भी इलेक्ट्रोड के बीच विद्युत क्षेत्र का उपयोग एक सेल में किया जाता है, तो कण विद्युत आवेश के संबंध में प्रवास करते हैं और निलंबन तरल पदार्थ स्थिर रहता है [20,28,29]। इसलिए, इलेक्ट्रोफोरेटिक कण EPDs के मुख्य घटकों में से एक हैं। आम तौर पर, एक गोलाकार कण, जिसका आवेश 'q' है, एक विद्युत क्षेत्र 'E' के तहत और एक इलेक्ट्रोफोरेटिक तरल में निलंबित है, चार बलों से प्रभावित होता है: विद्युत, उछाल, गुरुत्वाकर्षण और मंद चिपचिपा बल, क्योंकि यह द्विध्रुवीय इलेक्ट्रोड और विपरीत ध्रुव के बीच चलता है [30]। हेल्महोल्ट्ज़-स्मोलुचोव्स्की समीकरण [3] (Eq. (1)) का उपयोग चार्ज किए गए कण के इलेक्ट्रोफोरेटिक वेग (U) का वर्णन करने के लिए किया जाता है। इस समीकरण में, शब्द ε, ξEP, Ex और μ क्रमशः तरल का डाईइलेक्ट्रिक स्थिरांक, कण का जीटा संभावित, लगाया गया विद्युत क्षेत्र और कण की गतिशीलता हैं। इलेक्ट्रोफोरेटिक जीटा संभावित (ξEP) चार्ज किए गए कण की एक विशेषता है। इलेक्ट्रोफोरेसिस चार्ज किए गए कणों को एक स्थिर घोल से गुजरने की ओर ले जाता है। विभिन्न पैरामीटर जिनमें चिपचिपापन परिवहन माध्यम का और इसका डाइइलेक्ट्रिक व्यवहार, काले और सफेद कणों का आकार और आवेश घनत्व, माइक्रो कैप्सूल शेल की मोटाई और इसका डाइइलेक्ट्रिक स्तर EPD के कार्य और प्रदर्शन को प्रभावित कर सकते हैं। तरल माध्यम में कणों को अस्थिर बनाने का एक तरीका है फैलाव विलायक और कणों के बीच गुरुत्वाकर्षण की भरपाई करना, और परिणामस्वरूप, अवसादन को कम करना [31]।
सामान्य तौर पर, डाईइलेक्ट्रिक माध्यम में रंगीन निलंबन या बिखरे हुए चार्ज किए गए कणों वाले EPD एक सेल में विपरीत रंग बनाते हैं जिसमें दो संवाहक, पारदर्शी और समानांतर इलेक्ट्रोड होते हैं जिन्हें लगभग एक माइक्रोन की निर्दिष्ट दूरी पर रखा गया है।
1960 के दशक से, EPDs (EPDs) को एक प्रकार के रिफ्लेक्टिव डिस्प्ले के रूप में विकसित किया गया है। उनकी छवियों को बार-बार विद्युत रूप से लिखा या मिटाया जा सकता है। इस तकनीक के कई फायदे हैं जैसे कि विस्तृत देखने का कोण और उच्च कंट्रास्ट अनुपात जो मुद्रित कागजात के समान हैं। EPD इलेक्ट्रॉनिक पेपर बनाने का पहला और बुनियादी विकल्प है। हालाँकि, छवि की गुणवत्ता और कण क्लस्टरिंग, एग्लोमरेशन और एकत्रीकरण की दीर्घायु सुनिश्चित करने की क्षमता कुछ गंभीर समस्याएँ हैं जो उद्योग में इसके अनुप्रयोगों को सीमित करती हैं।
इलेक्ट्रोफोरेटिक कणों के गुण छवि गुणवत्ता के निर्धारण की कुंजी हैं। बेहतर छवि गुणवत्ता के लिए बहुत छोटे कण आकार की आवश्यकता होती है जिसमें एक संकीर्ण आकार वितरण, छवियों को सटीक रूप से बनाने और नियंत्रित करने के लिए बड़ा सतह आवेश, उच्च कंट्रास्ट अनुपात, लगाए गए वोल्टेज के लिए त्वरित प्रतिक्रिया, शेल में उपयोग की जाने वाली पारदर्शिता, प्रकाश स्थिरता और स्याही का स्थिर फैलाव और अन्य पैरामीटर। नतीजतन, कई शोधकर्ताओं ने संशोधित कणों, सतह आकृति विज्ञान, सतह आवेशों और विशेष स्थिरता के प्रभाव का पता लगाया है [32–34]। इस प्रकार, E Ink माइक्रो कैप्सूल के लक्षण वर्णन के लिए, विभिन्न इंस्ट्रुमेंटल तकनीकों में पराबैंगनी–दृश्य स्पेक्ट्रोस्कोपी (UV–Vis), ऑप्टिकल इमेज माइक्रोस्कोपी, फूरियर ट्रांसफॉर्मेड इंफ्रारेड स्पेक्ट्रोस्कोपी (FTIR), स्कैनिंग इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप (SEM), जीटा पोटेंशियल, डायनेमिक लाइट स्कैटरिंग (DLS) और इलेक्ट्रोफोरेटिक सेल का उपयोग किया गया [34–41]।
जैसा कि पहले उल्लेख किया गया है, इलेक्ट्रोफोरेटिक कणों की स्थानिक स्थिरता छवि गुणवत्ता निर्धारित करने में एक प्रमुख कारक है, जिसे जीटा संभावित के माप से निर्दिष्ट किया गया है। वास्तव में, जीटा संभावित कोलाइडल सिस्टम की संभावित स्थिरता का एक कारक है। यदि निलंबन में सभी कणों में एक धनात्मक या ऋणात्मक आवेश होता है, तो कण एक दूसरे को पीछे हटाने की प्रवृत्ति रखते हैं और एकीकृत होने की कोई प्रवृत्ति नहीं दिखाते हैं। समान आवेश वाले कणों की एक दूसरे को पीछे हटाने की प्रवृत्ति सीधे जीटा संभावित से संबंधित है। सामान्य तौर पर, निलंबन की स्थिर और अस्थिर सीमा को जीटा संभावित द्वारा निर्धारित किया जा सकता है। 30 mV से अधिक या −30 mV से कम जीटा संभावित वाले कणों वाले निलंबन को स्थिर माना जाता है [42]।
इसके अतिरिक्त, रंगीन डिस्प्ले को रंगीन रंगों या कार्बनिक पिगमेंट का उपयोग करके रंगीन इलेक्ट्रोफोरेटिक नैनोकणों के रूप में तैयार किया जा सकता है। इलेक्ट्रॉनिक स्याही में डाई या पिगमेंट में अच्छी चमक, रंग शक्ति और प्रकाश, गर्मी और विलायक प्रतिरोध के साथ उत्कृष्ट प्रदर्शन होना चाहिए जो अनुप्रयोगों की एक विस्तृत श्रृंखला के लिए प्रस्तावित होने की महान क्षमता प्रदान कर सकता है [43–45]। EPDs में अच्छी इलेक्ट्रॉनिक स्याही इलेक्ट्रोफोरेटिक निलंबन में दीर्घकालिक निलंबन स्थिरता और उच्च सतह आवेश प्राप्त कर सकती है [37,46,47]। कुछ नैनोकणों को EPDs अनुप्रयोग में पॉलीइथिलीन [34,46,48,49] और ऑक्टाडेसिलमाइन [32,50,51] जैसे कुछ संशोधकों द्वारा भी संशोधित किया गया था। छवि के सटीक नियंत्रण और लगाए गए विद्युत क्षेत्र के लिए त्वरित प्रतिक्रिया के लिए, कणों में एक उच्च सतह आवेश होना चाहिए जैसे कि, गतिशीलता 10-5–10-6 cm−1/Vs की सीमा में है, विलायक के साथ घनत्व अंतर 0.5 g/cm से कम है3 और उपयुक्त व्यास लगभग 190–500 nm है [30,52]।
E Ink रसायन विज्ञान, भौतिकी और इलेक्ट्रॉनिक्स के एकीकरण का सीधा परिणाम है। EPD के लिए E Ink की संरचना में इलेक्ट्रोफोरेसिस कण जैसे चार्ज किए गए रंगीन पदार्थ या माइक्रो कैप्सूल शामिल हैं जो एक डाइइलेक्ट्रिक वातावरण और चार्ज नियंत्रण एजेंट [22–24] में फैले हुए हैं। डिवाइस और पूर्वोक्त कार्य सिद्धांत के आधार पर, इस तकनीक की महत्वपूर्ण सामग्रियों में रंगीन कण (रंग/पिगमेंट), माइक्रो कैप्सूल शेल, इन्सुलेशन तेल और चार्ज नियंत्रण एजेंट और स्टेबलाइजर शामिल हैं। निम्नलिखित खंडों में इनमें से प्रत्येक घटक की व्याख्या की गई है।
जैसा कि पहले उल्लेख किया गया है, नैनो से माइक्रो-मीटर आकार के रंगीन कण इलेक्ट्रोफोरेटिक के कार्यों का मूल्यांकन करने के लिए प्रमुख सामग्री हैं। पिगमेंट को कई आवश्यकताओं को पूरा करने की आवश्यकता है; अवसादन की मात्रा कम करें, घनत्व निलंबन विलायक के साथ विशिष्ट रूप से संगत होना चाहिए, विलायक में घुलनशीलता पर्याप्त रूप से कम होनी चाहिए, चमक अधिक होनी चाहिए ताकि प्रभावी ऑप्टिकल प्रदर्शन सुनिश्चित हो सके, सतह को आसानी से चार्ज करने में सक्षम होना चाहिए, बड़े पैमाने पर उत्पादन सुनिश्चित करने के लिए पिगमेंट को ठीक से स्थिर करने की आवश्यकता होती है और आसानी से शुद्ध करने में भी सक्षम होना चाहिए। कैप्सूल में या पिक्सेल में उनके एन्कैप्सुलेशन के मामले में कैप्सूल की सतह पर या पिक्सेल में कणों के अवशोषण से बचना चाहिए। EPD अनुप्रयोगों के लिए विभिन्न प्रकार की सामग्रियों की जांच की गई है [9,53–61]। TiO−1 [38,62], कार्बन ब्लैक [41], SiO−1 [63], Al−1O3 [58], पीला पिगमेंट [34,64], लाल पिगमेंट [32,65], लौह लाल और मैग्नीशियम बैंगनी अकार्बनिक सामग्री हैं जिन्होंने अनुसंधान में बहुत ध्यान आकर्षित किया है। टोलुइडाइन रेड्स, थैलोसाइनिन ब्लू [66–69] और थैलोसाइनिन ग्रीन [51,70] की भी कार्बनिक कणों के रूप में जांच की गई है। सामान्य तौर पर, नैनोमीटर आकार के रंगों/पिगमेंट को मूल अवस्था में एक घोल में फैलाया जाता है, इसके बाद कोर-शेल संरचना बनाने के लिए बहुलक सामग्री के साथ कोटिंग की जाती है। एल्कोक्सी समूह, एसिटाइल समूह या हैलोजन वाली सामग्री उनके हाइड्रोजन बंधनों के कारण शेल सामग्री के रूप में उपयुक्त विशिष्ट लंबी श्रृंखला वाली कार्बनिक सामग्री हैं। प्रकृति में उपलब्धता के साथ-साथ उच्च चमक ऐसे कारण हैं कि EPD उपकरणों का निर्माण लंबे समय से काले और सफेद कणों से किया जाता है जो क्रमशः काले कार्बन और टाइटेनियम डाइऑक्साइड से बने होते हैं। चूंकि ये दोनों सामग्रियां संवाहक हैं, इसलिए वांछित आवश्यकताओं को उन पर कोटिंग पॉलिमर के माध्यम से प्राप्त किया जाता है [71]।
कंट्रास्ट के कारण छवि गुणवत्ता में, सफेद पिगमेंट के गुण बहुत महत्वपूर्ण हैं। ज्यादातर, शोधकर्ताओं ने TiO−1 को एक सामान्य सफेद पिगमेंट के रूप में इस्तेमाल किया क्योंकि इसकी सफेदी और उत्कृष्ट ऑप्टिकल और परावर्तन गुण हैं। इस पिगमेंट के साथ सबसे महत्वपूर्ण समस्या इसकी उच्च घनत्व के कारण निलंबन में अस्थिरता है। पिछले दशक में, शोधकर्ताओं ने खोखले नैनोकणों TiO−1 [72], TiO−1 संशोधक के साथ संशोधित [62,73] और TiO−1 बहुलक के साथ लेपित [22,43,74] जैसे समाधानों का सुझाव देते हुए इस समस्या को हल करने का गहन प्रयास किया है। पहली बार, कोमिस्की एट अल। नीले तरल में फैले सफेद कणों के साथ E Ink माइक्रो कैप्सूल की रिपोर्ट करते हैं जिसे यूरिया और फॉर्मेल्डिहाइड की इन सीटू पोलीमराइजेशन विधि से तैयार किया गया था। 4.2 के विशिष्ट गुरुत्व के साथ टाइटेनियम डाइऑक्साइड का उपयोग परावर्तन और उच्च रंग शुद्धता के लिए एक सफेद कण के रूप में किया गया था [75]। पॉलीइथिलीन का उपयोग विशिष्ट गुरुत्व को कम करने के लिए टाइटेनियम डाइऑक्साइड पर एक कोटिंग के रूप में और लगाए गए विद्युत क्षेत्र पर प्रतिक्रिया करने के लिए कणों के सतह संशोधन के रूप में किया गया था। इस अध्ययन में, प्रतिक्रिया समय 0.1 s के रूप में बताया गया था। जैसा कि चित्र 6(a) में दिखाया गया है, जब एक माइक्रोएन्कैप्सुलेटेड इलेक्ट्रोफोरेटिक कण को विपरीत आवेशों वाले दो इलेक्ट्रोड के बीच रखा जाता है, तो चार्ज किए गए कण एक धारा लगाकर उन्मुख होते हैं जो अन्यथा विपरीत आवेश वाले इलेक्ट्रोड की ओर उन्मुख होते हैं। इस मामले में, जब एक दर्शक ऊपर से कण को देखता है, तो वह
सकारात्मक इलेक्ट्रोड−1यांग एट अल। ने सोल्-जेल विधि द्वारा विनाइल ट्राइएथोक्सीसिलेन (VTES) के साथ टाइटेनियम डाइऑक्साइड कणों को संशोधित किया, TiO−1 कणों की सतह पर प्रवाह समूहों को ग्राफ्ट किया। TiO2 कणों में कंट्रास्ट के लिए अंधेरे परिवेश में उत्कृष्ट गुण होते हैं और E Ink के उत्पादन में सफेद इलेक्ट्रोफोरेटिक कणों के रूप में व्यापक रूप से उपयोग किए जाते हैं। हालाँकि, चूंकि इस कण का घनत्व अधिक होता है, इसलिए वैन डेर वाल्स आकर्षण पर्याप्त नहीं होता है और एकत्रीकरण, त्वरित अवसादन की ओर जाता है और विद्युत क्षेत्र के लिए धीमी प्रतिक्रिया दिखाता है। इसलिए, सतह संशोधन पर व्यापक शोध किया गया है। इस अध्ययन में, पूरे FTIR के परिणामों ने 560 और 670 cm-1 तरंग दैर्ध्य में नए शिखर की पुष्टि की, जो VTES में Si-O बंधनों के खिंचाव कंपन और 12,020 और 1120 cm−1 तरंग दैर्ध्य के दो शिखर का प्रतिनिधित्व करता है। इस प्रकार, यह दिखाया गया था कि VTES को TiO2 सतह पर भी ग्राफ्ट किया गया था। संशोधित कणों का आकार 100–200 nm की सीमा में बहुत संकीर्ण वितरण के साथ बताया गया है [37]। हाल ही में, 3.3.3 डाइइलेक्ट्रिक तरल माध्यम का उपयोग
इलेक्ट्रोफोरेटिक डिस्प्ले के प्रोटोटाइप में 180–191 ms की प्रतिक्रिया समय के साथ बताया गया है [30]। वर्तमान में EPDs उत्पाद 260–300 ms और 1000 ms के प्रतिक्रिया समय और ताज़ा समय के रूप में 16 Gy स्तर के सफेद से काले रंग दिखा सकते हैं [5]। इस तथ्य के बावजूद कि सफेद पिगमेंट का व्यावसायीकरण किया जाता है, विद्युत क्षेत्र के लिए उनकी गुणों को स्थानिक रूप से तेज़ प्रतिक्रिया में सुधार करने की अभी भी आवश्यकता है।पूर्ण रंगीन डिस्प्ले को ब्लैक एंड व्हाइट EPDs में प्रत्येक छवि तत्वों को विभाजित करके और RGB (लाल, हरा, नीला) और CMY (नीला, लाल, पीला) सरणियों के रूप में क्षैतिज रंगीन फिल्टर रखकर विकसित किया जा सकता है [76]। हालाँकि, रंगीन फ़िल्टर बड़ी मात्रा में परावर्तित प्रकाश को अवशोषित करता है, जिसके परिणामस्वरूप कम कंट्रास्ट और चमक होती है। हाल ही में, अध्ययनों ने रंगीन डिस्प्ले (CEPD) के लिए ट्राई-कलर इलेक्ट्रोफोरेटिक कणों की तैयारी पर ध्यान केंद्रित किया है। एन्कैप्सुलेटेड डाई और संशोधित पिगमेंट का उपयोग इलेक्ट्रोफोरेटिक कणों के संश्लेषण के लिए किया जाता है। रंगीन स्याही की तैयारी रंगीन सामग्री को पॉलिमर जैसे पॉलीस्टीरिन, पॉली (एन विनाइल पाइरोलिडोन), पॉली (मिथाइल मेथैक्रिलेट) और कुछ अन्य
[23,24] में रखकर प्राप्त की गई थी। हालाँकि, कम दृश्यता और खराब प्रकाश स्थिरता जैसी कुछ कमियाँ CEPD में रंगों के उपयोग को सीमित करती हैं। तुलना में, अल्ट्रा-लाइट प्रतिरोध, बेहतर स्थिरता और उच्च रंग शक्ति वाले कार्बनिक पिगमेंट CEPD के लिए अधिक उपयुक्तता दिखाते हैं [77]। CEPD में लागू रंगों की तैयारी के लिए कई विधियों का उपयोग किया गया है जो निम्नलिखित अनुभागों में सूचीबद्ध हैं।3.3.3 डाइइलेक्ट्रिक तरल माध्यमइस तकनीक में, माइक्रो कैप्सूल या माइक्रो पिक्सेल इलेक्ट्रोफोरेटिक डिस्प्ले डिवाइस से मिलकर बनता है जहाँ शेल की दीवार एक प्रमुख सामग्री में बदल जाती है। इलेक्ट्रोफोरेटिक डिस्प्ले में शेल की प्रमुख भूमिका रंगीन कणों के साथ-साथ माध्यम को एन्कैप्सुलेट करना है। इस उद्देश्य के लिए, न केवल अच्छी पारदर्शिता और कम स्तर की चालकता होना आवश्यक है, बल्कि इसके अंदर की सामग्रियों के साथ संगत भी होना चाहिए। एक और विशिष्टता यांत्रिक स्थिरता का तरीका है जबकि उसी समय लचीलापन बनाए रखना। इसलिए, कार्बनिक पॉलिमर जैसे पॉलीमाइन, पॉलीयूरेथेन, पॉलीसल्फोन, पॉलीइथिलीन एसिड, सेलूलोज़, जिलेटिन, अरबी गोंद, आदि को सबसे उपयुक्त विकल्प माना जाता है [32,55,78-87]। चुनी गई सामग्रियों के अनुसार, माइक्रो कैप्सूल के निर्माण के लिए विभिन्न विधियों का उपयोग किया गया है जिसमें यूरिया-फॉर्मेल्डिहाइड राल बनाने के लिए फॉर्मेल्डिहाइड और यूरिया का इन सीटू पोलीमराइजेशन [3,28,82,88] और
बनाने के लिए जिलेटिन और अरबी गोंद का समग्र जमावट शामिल है [79,89,90]।3.3.3 डाइइलेक्ट्रिक तरल माध्यमइलेक्ट्रोफोरेटिक डिस्प्ले उपकरणों के माइक्रो कैप्सूल के अंदर एक तरल माध्यम में रंगीन कणों का निलंबन होता है। इन उपकरणों की प्रमुख आवश्यकताओं के आधार पर, माध्यम को कई विशेष विशिष्टताओं का प्रतिनिधित्व करना चाहिए जिसमें थर्मल और रासायनिक स्थिरता, उपयुक्त इन्सुलेशन गुण (डाईइलेक्ट्रिक स्थिरांक 2 से बड़ा), लगभग समान परावर्तन और कणों के साथ घनत्व के साथ-साथ उनके परिवहन के लिए कम प्रतिरोध, और अंत में, पर्यावरण के अनुकूल प्रकृति। विभिन्न एकल कार्बनिक सॉल्वैंट्स
या तैयार किए गए सॉल्वैंट्स जैसे एल्केलीन, सुगंधित/एलिफैटिक हाइड्रोकार्बन, ऑक्सोसिलेन, आदि का अनुप्रयोग उपरोक्त आवश्यकताओं को पूरा कर सकता है [57,71,79,91,92]। सबसे व्यापक रूप से उपयोग की जाने वाली विधियों में से एक 2-फिनाइल ब्यूटेन-टेट्राक्लोरोएथिलीन, आइसोपर एल-टेट्राक्लोरोएथिलीन और एन-हेक्सेन-टेट्राक्लोरोएथिलीन का निर्माण है। उच्च और निम्न घनत्व वाले फ्लोरीनयुक्त विलायक और हाइड्रोकार्बन का मिश्रण घनत्व के उचित समायोजन का एक सामान्य तरीका है। तालिका 1 EPDs अनुप्रयोग में उपयोग किए जाने वाले कुछ सॉल्वैंट्स को दिखाती है।