image: 作为电池阳极的显示面板由SiO2衬底、W导电薄膜(100 nm)、MgF2绝缘层(30 nm)组成，在无色的“关”状态下有周期性的孔（上）。每个像素由特定横向周期(p)和直径(h)的周期性孔组成。在充电(电沉积)过程中，不同直径(d)的Li纳米颗粒产生不同颜色，状态为“开”（下）。一旦在放电过程中锂金属纳米颗粒被剥离，这些颜色可以被抹去。 view more
Credit: ©《中国科学》杂志社
近日，《国家科学评论》杂志在线发表了南京大学现代工程与应用科学学院光热调控中心朱嘉/周林研究团队的研究成果，该研究团队基于锂金属电池的充放电过程，实现了超低功耗的等离激元动态显示，为能源存储和信息显示一体化提供了新的途径。
碱金属由于同时具有等离激元光学特性和能源存储特性，使得其在等离激元与能量储存的交叉领域受到了广泛的关注。一方面，碱金属作为一种低损耗的等离激元材料正在逐渐兴起。另一方面，锂作为最轻的金属，长期以来一直被视为下一代极具潜力的高能量密度的负极材料，具有较高的比容量(3860 mAh g-1)和最低的电化学电位(与标准氢电极相比-3.04 V)。
在这里，研究团队首次展示了基于锂金属电池的超低功耗等离激元显示器件，而这个显示面板同时又是锂金属电池的负极结构，使得能源存储和信息显示一体化，因此具有动态可调和极低功耗的优点。在这样的一体化器件中，充电过程使锂金属在预设纳米孔洞结构的负极衬底上成核和生长，使得等离激元结构色的产生和变化；而放电过程使锂金属从负极衬底上剥落，导致等离激元结构色消失。
在伴随着充放电过程的等离激元结构色的调控过程中，锂金属的储能特性能够有效地实现能量的回收和再利用。由于金属锂同时具备结构色显示和电池负极的双重功能，因此在未来的显示器中的每一个像素点，作为显示的像素点的同时又是一个微纳锂金属电池，其中一个充电的像素点电池可以为另一个像素点电池提供能量，进行颜色切换，反之亦然。研究团队发现这样的显示器件的动态显示状态总功耗降低到0.390 mW cm−2，静态显色状态的总功耗降低到0.105 mW cm−2，远低于当下的LCD,LED,EPD等显示器件功耗，这对未来节能显示技术发展至关重要。
综上所述，得益于锂金属超越衍射极限的等离激元光场调控特性和锂金属电池的电化学储能特性，该工作和其他目前主流显示器件相比，具有更低的功耗，更高的空间分辨率，更高的集成度，可观的调制速度和良好的视力保护优势。因此，该基于锂金属电池的超低功耗等离激元显示器的整体性能最佳，为未来高性能显示技术开辟了广阔的发展方向。他们的研究结果也为开发能源存储和信息显示一体化纳米集成器件提供了新的途径。
研究详情请见原文：
Lithium plasmon based low-powered dynamic color display
https://doi.org/10.1093/nsr/nwac120
Journal
National Science Review