论文综述：电子纸用二氧化钛颗粒的表面改性研究

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1、本科生毕业设计（论文）综述学院轻工学院专业印刷工程导师杨春莉学生苏红霞学号2011108306722015年3月25日1目的与意义随着低碳环保和能源节约意识的增强，传统纸张虽然容易携带，适合人类的阅读习惯，但是存在无法及时更新内容，增加对树木的砍伐，制浆造纸过程中产生废气等一系列缺陷[1]。目前流行的电子媒体虽然有丰富多彩的内容，完备的功能，仍然存在屏幕小、辐射较强、容易产生视觉疲劳等问题[2]。电子纸正是在这样的环境下应运而生，在一定程度上，它是传统的纸张与先进网络技术的完美结合，也是近代电子

2、化社会的新型纸张，随着技术的不断完善，会给人类的工作和学习带来极大的方便[3]。电子纸利用电泳颗粒的双稳性实现显示功能，是一种超薄、柔软的电子显示器，具有高反射率、低能耗、宽视角等特点[4]。微胶囊电泳显示因为有高的显示对比度、显示的双稳性、超低能耗，成为当下电子纸的主要研究方向。微胶囊电泳显示液由电泳颗粒、分散介质、染料、电荷控制剂和稳定剂组成，其中电泳颗粒在电子墨水显示中起到图像呈色作用而构成整个图像，因此电泳颗粒是电子墨水的重要组成部分之一，其性能将直接影响电子墨水的对比度、图像灰度、响应

3、时间等质量问题，因此制备出性能优异的电泳颗粒十分重要。而电泳颗粒中最基本的显色颗粒之一就是白色电泳颗粒。白色电泳颗粒通常选用的是二氧化钛（TiO2）颗粒和二氧化硅（SiO2）颗粒，SiO2虽然密度较低，但其折射率也不高，因此显示效果不是很好；TiO2颗粒介电常数高、折射率高、白度好，是一种理想的电泳颗粒材料[5]。TiO2颗粒是一种多晶型的化合物，根据中心钛原子外围电子与氧原子的键合方式不同，可形成锐钛矿型、金红石型和板钛矿型三种晶型结构。板钛矿型属于不稳定晶型，只存在于自然界中，很难人工合成，

4、使用价值不高；锐钛矿型结构高度对称，低温下稳定，且光学活性最好；金红石型具有更好的折光率、介电常数以及以硬度，在工业上的用途比较多。不同晶型的TiO2颗粒在一定条件下可以相互转换，锐钛矿型和板钛矿型TiO2颗粒在900℃时可以完全转换为金红石型TiO2颗粒。当TiO2颗粒的粒径从微米级降至纳米级时，颗粒的表面能增加很大，其表面基团易于形成氢键和配位键，加上静电引力和范德华力的作用，极易发生颗粒间的团聚。因此，必须通过颗粒的表面改性来降低其表面能，改变其表面性质，提高纳米颗粒与有机介质的亲和力，改

5、善电泳颗粒在有机介质中的分散性。金红石型与锐钛矿型TiO2颗粒中Ti-O键距小且不同的Ti-O键不等距，其中金红石型为1.944×10-10m和1.988×10-10m，锐钛矿型为1.937×10-10m和1.946×10-10m[6]。这种Ti-O键之间的不平衡性使得纳米TiO2颗粒表面有很强的极性，导致其表面所吸附的水易发生极化解离形成羟基，附着在纳米TiO2颗粒表面；同时纳米TiO2颗粒大的比表面积，使得其表面附有数量众多的羟基。这样的结构使纳米TiO2颗粒在使用过程中却极容易团聚，造成T

6、iO2颗粒分散性能下降，而且影响其使用性能与应用范围[7]。而且锐钛矿型TiO2颗粒的密度为3.8~3.9g/cm3，金红石型TiO2颗粒的密度为4.2~4.3g/cm3，远大于有机溶剂的密度（1~2g/cm3），容易在电泳介质中发生沉降。因此，为了克服TiO2颗粒的密度大、在有机溶剂分散性比较差以及电泳性能不理想等缺陷，提高TiO2颗粒在有机溶剂的分散稳定性和荷电特性，必须对TiO2颗粒进行表面改性[8]。2电子纸用TiO2颗粒表面改性国内外研究现状2.1国内研究现状王允韬、王建平[9]等用以

7、甲基丙烯酸甲酯和甲基丙烯酸共聚物用分散聚合的方法包裹纳米TiO2颗粒作为电泳颗粒，以四氯乙烯作为分散介质，SPAN-80作为电荷控制剂，制得电泳显示液。将制得的电泳显示液分散在低分子量脲甲醛树脂中，搅拌后形成乳液，然后加热使树脂发生聚合，最后制备出透明度好、致密坚固的脲甲醛树脂基电子墨水，并且研究电泳颗粒的电场响应行为。李晓娥[10]等通过研究不同改性剂对TiO2颗粒的改性效果，筛选出了最佳表面处理剂为月硅酸钠，并且摸索出最佳的改性工艺条件，使改性后的粉体亲油疏水，亲油化度大大提高，但是粒径变化

8、不明显。彭旭慧、乐园[11]等认为TiO2颗粒化学性质稳定，热稳定性好，白度高，而且环保无毒，同时又具有较高的折射率，是作为电泳颗粒用于电泳显示的最佳选择。为了改善TiO2颗粒与分散介质的相容性，增强TiO2颗粒的分散稳定性，以及确保理想的电泳性能，用Al2O3改性TiO2颗粒，并用XPS、XRD、FTIR表征了颗粒的表面组成和结构，研究了改性后的颗粒在四氯乙烯中的分散稳定性和带电性。实验研究表明：在最佳改性条件下，改性后的颗粒在四氯乙烯中的分散稳定性和带电性明显提高，颗粒的完全沉降时间从原来的