酸碱协同调控SiO2 沉积构建球形有机电泳粒子的创新策略及其性能研究

针对有机颜料在非极性介质中分散性差、电泳显示性能受限的问题，研究人员通过酸碱协同调控SiO2 沉积结合聚合物封装技术，成功制备了球形有机-无机-有机杂化纳米粒子（R254@SiO2 -1-A）。该材料在模拟电泳环境中表现出98.2%的稳态保留率和78 ms的快速响应时间，为高稳定性、高响应性电泳显示技术提供了新思路。

　　

在电子墨水屏和智能显示技术蓬勃发展的今天，电泳显示（Electrophoretic Display, EPD）因其低功耗、广视角和类纸质感备受青睐。然而，色彩表现力不足始终是制约其发展的瓶颈——传统有机颜料粒子在非极性介质中易发生晶相转变和聚集，导致分散性差、响应速度慢，严重影响显示质量。更棘手的是，这些不规则形状的颜料粒子在电场中迁移不均匀，进一步降低了显示对比度。如何构建兼具高色纯度、快速响应和长期稳定性的电泳粒子，成为学术界和产业界共同关注的焦点。

针对这一挑战，来自天津大学的研究团队在《Dyes and Pigments》发表了一项突破性研究。他们创新性地提出酸碱协同调控策略，通过精确控制二氧化硅（SiO₂
）在有机颜料表面的沉积行为，结合聚合物封装技术，成功制备出球形有机-无机-有机杂化纳米粒子。这种"三明治"结构的R254@SiO₂
-1-A粒子不仅解决了传统颜料分散稳定性差的难题，更在模拟电泳环境中创下98.2%稳态保留率和78毫秒响应速度的优异记录，为下一代彩色电泳显示技术提供了关键材料基础。

研究团队运用了三大核心技术：酸碱梯度调控SiO₂
沉积技术，通过分阶段调节pH值实现硅壳均匀包覆；硅烷偶联剂（KH570）表面嫁接技术，在SiO₂
层引入聚合物活性位点；以及差异引发剂调控乳液聚合，利用水溶性引发剂KPS和油溶性AIBN分别构建聚合物骨架和包覆结构。

形态学分析揭示结构优势
通过扫描电镜观察到，原始C.I.颜料红254（R254）呈100-200 nm不规则短棒状。经酸碱协同调控沉积的R254@SiO₂
-1样品（先酸性后碱性条件）形成厚度约10 nm的连续致密硅壳，而单一pH处理的样品则出现SiO₂
团聚现象。这种差异证实分阶段pH调控能有效平衡硅酸聚合速率与沉积取向。

引发剂类型决定最终形貌
研究发现引发剂选择直接影响聚合物层结构：水溶性KPS引发剂促使聚合物骨架形成，产生多孔球形结构；而油溶性AIBN则倾向于生成致密聚合物包覆层。Zeta电位测试显示，最优样品表面电位高达-179.2±12 mV，远超未改性颜料的-35 mV，这归因于SiO₂
壳层提供的丰富硅羟基和聚合物引入的磺酸基团。

电泳性能实现双重突破
在模拟电泳装置中，杂化粒子展现出近乎完美的98.2%稳态保留率，且响应时间较原始颜料缩短近5倍。器件测试数据显示，在±15 V驱动电压下，白色态亮度（L值）达61.3，红色态色度（a值）保持52的高水平。更令人振奋的是，经过24小时待机后，颜色参数衰减不足3%，证实了该设计在长期稳定性方面的突破。

这项研究通过创新的"有机颜料-SiO₂
-聚合物"三级结构设计，成功解决了电泳粒子形貌控制与界面稳定的矛盾。酸碱协同沉积技术实现了SiO₂
涂层的均匀致密化，而差异引发聚合策略则为形貌精准调控提供了新思路。特别值得注意的是，该工作首次系统论证了引发剂类型对最终粒子结构的决定性影响，为后续研究提供了重要理论依据。从应用角度看，这种杂化粒子在保持有机颜料高色纯度的同时，兼具无机材料的机械强度和聚合物的加工适应性，为开发高性能彩色电泳显示器件开辟了新路径。研究揭示的结构-性能关系对功能性纳米杂化材料的设计具有普适指导意义，其技术路线可延伸至光电传感、药物载体等多个领域。