，曾在荷蘭、比利時留學將近十年之久。在那裡，她歷經了讀博、做博士後這兩件大事。
2010 年聖誕節期間，她來到廣州參加會議。從大雪紛飛的荷蘭來到中國廣州，一下飛機就發現這裡居然繁花似錦，讓她立刻就對廣州產生了好印象。
後來，在留學生論壇上看到一則招聘廣告，提交申請和麵試之後，華南師範大學很快就給她拋來了橄欖枝。
其表示：“這些年在廣州工作和生活，我發現廣州是一個非常包容的城市，我很喜歡廣州和現在的工作單位。”回國任職 12 年間，她也經歷了從教授、到副院長、再到院長的蛻變。
圖 | （來源：資料圖）
左手科研，右手管理，這便是她的日常生活。光電資訊顯示和感測技術，是和團隊的主要研究方向。
前不久，她和團隊利用液滴內電流體顆粒組裝技術（eMAP，Electro-Microfluidic Assembly of Particles），研發了一種能同時實現反射和透射的顯示技術，並探索了其在彩色化、雙穩態、廣可視角度等方面的多種效能。
（來源：Light: Science & Applications）
總的來說，eMAP 是一種基於多場耦合綜合物理機制的技術平臺，透過交流電場來驅動液滴限域的粒子，既可以控制顆粒在液滴中的高度位置，又可以調節顆粒組裝形成的結構，從而提供更多的光學調控可能性。
哪怕使用更少的粒子組合，也能實現豐富的光學調控範圍，因而在顯示技術上具有一定應用價值，並有望為反射式顯示帶來突破。
同時，eMAPD 顯示技術還具備材料易獲得、以及製程工藝可標準化等優勢，具備較大的產業化可能。
儘管針對液滴中電場驅動粒子組裝已經有了不少研究。但是在本次工作之中，他們首次將液滴“壓扁”，這不但增加了液滴與驅動電極的接觸面積，而且可以調控電場的分佈。
另外，他們還發明瞭一種基於液滴電融合的液滴陣列化方法，實現了簡單、可靠的大面積液滴生成與陣列化技術，有效提升了器件製備和封裝的可靠性。
為了進一步實現 eMAPD 的實用性，他們還優化了多種彩色顯示油墨，證明了 eMAPD 的多彩色顯示能力，發現其具有快速重新整理、廣視角和雙穩態等特性，能為節能綠色顯示技術的發展奠定基礎。
目前，課題組正在打造基於粒子組織結構的開關，這是一種光的閥門，它的開關效能可以被電場控制，而且具備易於整合的特點，有望用於整合光調控器件之中。
（來源：Light: Science & Applications）
資訊化時代，顯示技術必不可少
表示：“在資訊化時代，顯示技術成為不可或缺的關鍵技術之一。”其中，反射式顯示也被稱為電子紙顯示。
它的工作原理在於：透過電驅動的方式來顯示單元內顯示材料的物理運動或材料效能的變化，從而針對可見光傳輸的反射和透射進行調控，進而透過背板來驅動波形的設計和應用，藉此呈現出豐富多彩的顯示效果。
一般來說，反射式顯示上的顏色，來自於顯示材料自身。例如，電泳電子紙顯示的顆粒材料、膽甾液晶的液晶材料、以及電潤溼顯示的油墨材料等。
目前，已經商用的電子產品主要採用電泳電子紙技術，即透過電場驅動帶正、負電荷的黑白兩色顆粒，在微膠囊內發生反向運動，從而達到黑白顏色切換顯示的效果。
然而，這種彩色化顯示的方式和速度，都會受到顯示原理和顯示材料的限制。至於全綵顯示和影片顯示，更是一直未能實現的目標。
多年來，該團隊一直在從事液滴研究。液滴，是一個非常好的載體，可以包裹和承載奈米粒子、以及分子等軟物質材料。
同時，液滴還是一個相對獨立、又和外界存在一定互動作用的微空間。液滴內部場強和分佈，與液滴大小和材料都有一定關係。
所以課題組一直在思考的問題是：液滴內部的電場是如何分佈的呢？非球形液滴的電場分佈是否不對稱甚至會扭曲？在非均勻場強條件下，液滴內部的粒子受到電場驅動之後會如何排列？
（來源：Light: Science & Applications）
用逆向思維攻克難關
圍繞上述問題他們開展了從材料到器件的研究。在構思彩色顯示技術的初期，課題組主要面臨如下三個挑戰：
其一，如何讓強電場進入液滴，從而進一步操控顆粒；
其二，如何實現液滴陣列化；
其三，如何提升顯示效果，包括提升重新整理速率、對比度、雙穩態等。
研究中該團隊提出了這一問題：“能否讓液滴中的顆粒像體相中的粒子一樣，用電場來驅動運動和組裝？”如果可以，這將是一個非常好的柔性光電器件新原理技術。
實驗中，他們發現液滴中的顆粒在加電以後幾乎不運動，電場似乎“失效”了。
後來，他們在開放式的疏水電極結構器件表面，發現液滴在電場驅動之下，能移動到電極間隙之間併發生形變，同時液滴內部的顆粒也會發生明顯運動。
透過此，他們揭示了液滴位移—液滴變形—顆粒運動的連鎖電響應規律，並驗證了原理的可行性。
但是，這是一個包含多種材料的體系。因此必須考慮以下問題：即顆粒如何被包裹在液滴中？顆粒如何在包裹中穩定存在？並能在電場運動下進行可控的運動？
為此，他們累計篩選幾十種材料，兼顧了油水極性、液滴穩定性、顆粒在液滴中的穩定分散不團聚等方方面面。
要想實現優異的效能，還必須實現物理結構的可控性。所以在器件的加工和整合、以及驅動電場波形的設計上，該團隊投入了大量時間，實現了穩定的器件加工整合。
為了獲得更好的顯示效能，他們又解決了油墨的洩露、材料極性和電學效能、顆粒色彩飽和度和對比度等難題。
而在最佳化液滴畫素的形狀和驅動引數之時，該團隊發現了液滴變形與液滴內部電場增強關係，進一步分析了多物理場下的電場作用機制。
在綜合考慮介電泳力、電偶極作用力、電熱流作用力的協同作用之後，課題組提出了最優液滴形狀，並採用一種被“壓扁”的液滴形狀作為 eMAPD 的畫素結構。
透過此，不僅可以增加液滴與電極表面接觸的面積，還能減少顆粒在液滴中上下運動的距離，從而實現在減低驅動電壓的同時，還能提升 eMAPD 的重新整理速率。
高通量陣列化，則是另一個必須要解決的難題。該團隊的申詩濤和馮昊強兩位博士嘗試多種方法之後效果依然不理想。
他們發現液滴如果分散不開，當兩個液滴相距較近的時候，加電之後液滴就會發生融合，這種現象困擾課題組一兩年之久。
後來，他們索性利用電融合/電聚並這一“缺點”，研製了大面積的均勻液滴畫素陣列加工技術，實現了基於液滴畫素結構的顯示效果。
具體來說，液滴內部粒子在電場驅動之下的組裝結構，與宏觀體相中顆粒的組裝過程和現象都不相同。
由於液滴無法獨立存在，而是透過分散在外相中進而形成乳液，因此液滴具有液-液介面或氣-液介面。這種介面是柔性的，而且具有分子級的光滑度。當介面內外都是流體，就會非常適合粒子“滑動”。
課題組表示：“這是一個令人意外的美好關鍵轉折，也教會了我們有時要在困難中採取逆向思維，化缺點為優點、出奇兵解決問題。”
透過電-微流體粒子組裝技術所打造的資訊顯示器件，其器件結構原理如下：在液滴下方針對電極施加交流電場，藉此驅動液滴內的彩色顆粒發生運動，這樣一來就能形成組裝結構，從而能對顆粒空間高度、以及相對位置實現精確的操控。
這時，只需一種顆粒和一種流體材料，即可實現三種組裝結構、及其所對應的顯示狀態連續調控。在這三種組裝狀態之中包含一種“透光”態，即顆粒在液滴赤道環上形成組裝結構，從而能夠允許光透過液滴。
對於顯示色彩的調控來說，這提供一種反射與透射相結合的解決方案，讓顯示顏色的種類和範圍得以被提升。
可以說，eMAPD 技術充分利用了液滴材料和幾何結構所帶來的優勢，依靠液滴彎曲介面所提供的“滑梯”，結合介電泳力和顆粒-顆粒之間的作用力，讓顆粒可以沿著液滴的液-液介面滑動，藉此保證結構的形態可控，最終實現多模態的組裝結構調控。
（來源：Light: Science & Applications）
日前，相關論文以《基於受抑制的油包水液滴陣列內粒子的電微流體組裝的反射顯示器》（）為題發表在 Light: Science & Applications[1]，申詩濤博士是第一作者，擔任通訊作者。
圖 | 相關論文（來源：Light: Science & Applications）
後續，他們將圍繞顯示材料的色彩和顯示速度來開展研究，並將主要研究如何最佳化乳液材料體系，爭取在單個畫素裡實現兩種以上顏色和八階灰度。另外，也將探索如何讓彩色染料在相容現有驅動機制的同時，達成降低能耗的目標。
參考資料：
1.Shen, S., Feng, H., Deng, Y. et al. A reflective display based on the electro-microfluidic assembly of particles within suppressed water-in-oil droplet array. Light Sci Appl 12, 290 (2023). https://doi.org/10.1038/s41377-023-01333-w
Advanced Science, doi:10.1002/advs.202203341
Small, doi:10.1002/smll.202302998
運營/排版：何晨龍
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