Un nuovo studio pubblicato su Microsistemi e Nanoingegneria di Kazuhiro Kobayashi e Hiroaki Onoe descrive in dettaglio lo sviluppo di un sistema di visualizzazione multicolore flessibile e riflettente che non richiede una fornitura continua di energia per la ritenzione del colore. L'idea mira a trovare applicazioni futuristiche con display a colori sostenibili e sostituire i segni di visualizzazione elettronici esistenti attualmente utilizzati per messaggi e immagini multicolori. Mentre il concetto ha origine dalla carta elettronica o dall'elettronica flessibile che assomiglia alla stampa su carta (sviluppato per l'abbigliamento intelligente), il metodo proposto si basa semplicemente su gocce d'acqua colorate e sacche d'aria introdotte in sequenza in un dispositivo microfluidico fabbricato con precisione su un polimero flessibile per mantenere immagini bitmap stabili senza consumo di energia.

Il metodo si discosta anche dalle tecniche esistenti di cristalli liquidi o diodi organici a emissione di luce (OLED), che consumano energia a livello del pixel emettitore di luce. La tecnica ospita un treno di gocce d'acqua microfluidico come un flessibile, display riflettente. Il principio di funzionamento del sistema si basa su un selettore rotativo di liquido con pressione negativa basata sull'aspirazione per guidare le goccioline nella direzione prevista e formare un segno predeterminato.

I microcanali del dispositivo proposto sono stati fabbricati con il polimero flessibile, polidimetilsilossano (PDMS), un materiale con proprietà che includono la trasparenza alla luce visibile e la permeabilità all'aria. Gli autori hanno utilizzato una litografia morbida e tecniche di incollaggio per creare microcanali PDMS-PDMS con pattern di pixel che vanno da 400-800 μm di diametro e 50-200 μm di altezza. Nell'architettura del dispositivo, i modelli sono stati collegati tramite canali lineari di 100-200 μm di larghezza. Poiché il materiale è permeabile all'aria e solubile in gas, un sottile strato di Parylene (spessore 500 nm) è stato depositato all'interno dei microcanali per impedire la fuoriuscita e l'evaporazione di aria e acqua.

Per fabbricare una dimensione pixel ottimizzata, gli autori hanno ideato una relazione tra la geometria del microcanale e la perdita d'acqua al fine di mantenere un volume specifico di acqua colorata quando le goccioline avanzano nel dispositivo. La progettazione e l'ottimizzazione del dispositivo includevano misurazioni della pressione differenziale minima richiesta per guidare le gocce d'acqua colorate attraverso i microcanali. La pressione all'interno del sistema di aspirazione del dispositivo microfluidico è stata controllata con un sistema di valvole assistito da computer, e il controllo dell'interruttore è stato programmato utilizzando MATLAB. Inoltre, la capacità di commutazione del colore e controllo delle gocce è stata valutata a livello del singolo pixel per la visualizzazione dell'immagine ottimizzata. La relazione tra la posizione della goccia e il tempo di pressione negativa applicata è stata ottimizzata per indicare che il dispositivo potrebbe essere controllato a livello del singolo pixel.

Nello studio, una serie di immagini è stata creata in questo modo in microcanali a zig-zag come prova di principio per testare il concetto proposto di display riflettenti multicolori flessibili. La ritenzione del colore è stata abilitata arrestando il sistema di aspirazione, durante il quale l'orientamento del display è rimasto intatto senza alimentazione.

I risultati sperimentali hanno convalidato che il sistema potrebbe visualizzare immagini riflettenti multicolori e conservarle senza consumo di energia come teorizzato. Le immagini erano durevoli pur mantenendo la loro posizione dopo una torsione flessibile, per indicare flessibilità e recupero dell'originario quadro policromo. Gli scienziati prevedono che tali sistemi di visualizzazione flessibili e a basso consumo energetico potrebbero trovare applicazioni innovative sulle pelli dei robot, vestiti e accessori nella vita quotidiana in futuro.

© 2018 Phys.org