近日，《國家科學評論》（National Science Review, NSR）在線發表了南京大學現代工程與應用科學學院光熱調控中心周林/朱嘉研究團隊的研究成果：該團隊基於鋰金屬電池的充放電過程，實現了超低功耗的等離激元動態顯示，為「能源存儲」與「信息顯示」的一體化提供了新的途徑。
鹼金屬同時具有等離激元光學特性和電化學能源存儲特性。在該研究首次展示的顯示器件中，顯示面板同時又是鋰金屬電池的負極結構，從而實現了「能源存儲」與「信息顯示」的一體化，並具有動態可調和極低功耗的優點。
在這樣的一體化器件中：充電過程使鋰金屬在預設納米孔洞結構的負極襯底上成核和生長，使等離激元結構色產生並變化；放電過程使鋰金屬從負極襯底上剝落，導致等離激元結構色消失。
工作原理圖：基於鋰金屬電池的低功耗等離激元動態彩色顯示。作為電池負極的顯示面板由SiO2襯底、W導電薄膜(100 nm)、MgF2絕緣層(30 nm)組成，在無色的「關」狀態下有周期性的孔（上）。每個像素由特定橫向周期(p)和直徑(h)的周期性孔組成。在充電(電沉積)過程中，不同直徑(d)的Li納米顆粒產生不同顏色，狀態為「開」（下）。一旦在放電過程中鋰金屬納米顆粒被剝離，這些顏色可以被抹去。
在這樣的充放電和結構色動態顯示過程中，鋰金屬的儲能特性能夠有效地實現能量的回收和再利用。由於金屬鋰同時具備結構色顯示和電池負極的雙重功能，因此在未來的顯示器中，每一個顯示像素點同時又是一個微納鋰金屬電池，其中一個充電的像素點電池可以為另一個像素點電池提供能量，進行顏色切換，反之亦然。研究團隊發現，這樣的顯示器件的動態顯示狀態總功耗可降低到0.390 mW cm−2，靜態顯色狀態的總功耗降低到0.105 mW cm−2，遠低於當下的LCD、LED、EPD等顯示器件功耗，這對未來節能顯示技術的發展至關重要。
未來展望：基於鋰金屬電池的低功耗等離激元彩色顯示器。（左）工作原理：顯示器包含多個像素，有些像素會消色，有些像素會生成顏色，因此存儲能量的消色像素(如像素i)可以充電，給其他像素(如像素j)供電產生顏色；（右）不同顯示技術在空間分辨率、能耗、響應速度、集成度、視力保護等方面的比較。
綜上所述，得益於鋰金屬超越衍射極限的等離激元光場調控特性和鋰金屬電池的電化學儲能特性，和其他目前主流顯示器件相比，該工作具有更低的功耗，更高的空間分辨率，更高的集成度，可觀的調製速度，以及良好的視力保護優勢。因此，該基於鋰金屬電池的超低功耗等離激元顯示器的整體性能更具潛力更，為未來高性能顯示技術開闢了廣闊的發展方向，也為開發能源存儲和信息顯示一體化納米集成器件提供了新的途徑。
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Lithium plasmon based low-powered dynamic color display
https://doi.org/10.1093/nsr/nwac120
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