CN113555608A - 具有近零能耗显示器件的电化学系统、制备方法和显示方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种具有近零能耗显示器件的电化学系统、制备方法和显示方法，所述的电化学系统包括第一极片、第二极片和电解液，所述第一极片的表面依次层叠设置有导电层和电介质层，所述电介质层上开设至少一组通孔组。在电池充放电过程中，本发明利用电池中活性材料的结构特性，通过调控活性材料在预设计的通孔组模板上进行有序地沉积和脱嵌，进而动态地调控可见光谱响应，实现颜色可调的显示器件；本发明将显示和供能两种功能合二为一，通过不同像素间的互相充放电，实现了自驱动的显示器件，而这样一种集电化学系统和自驱动的近零能耗的显示为一体的器件为未来高度集成的超小低能耗的芯片器件提供了可能。

Description

具有近零能耗显示器件的电化学系统、制备方法和显示方法
技术领域
本发明属于电化学系统技术领域，尤其涉及一种具有近零能耗显示器件的电化学系统、制备方法和显示方法。
背景技术
在未来下一代信息技术中，具有超高分辨率、低能耗的高性能的图像可视化显示器件十分重要。目前的显示器件主要分为主动式发光显示如LCD、LED、OLED等和被动式反射显示例如kindle墨水屏等，这些显示屏除了在色彩上的追求外，也都在朝着超高分辨、超低能耗的目标努力，然而都还是受衍射极限，能耗高的困扰。
等离激元纳米材料具有独特的突破衍射极限的亚波长空间的光场局域作用，因此具有超高分辨率，此外等离激元纳米材料光谱特性受材料组成和几何结构影响，因此在宽波长范围内具有灵活的光谱调控作用，于是有望构建先进的显示器件。然而，等离激元纳米材料往往一旦材料和结构确定，其光谱特性也随之确定，所以往往只能实现静态图像。因此，在过去的几十年里，人们做了很多努力研究等离激元颜色动态显示。
实现动态等离激元显示的方法主要分为以下两种：一类是通过利用等离激元纳米颗粒阵列作为像素点，由于光谱特性对纳米颗粒阵列的材料和几何结构具有依赖性，因此可以通过一些动态的电学、化学或者力学等外部刺激调控纳米颗粒阵列的材料或者几何结构实现动态光谱调控，进而实现动态等离激元显示；另一类是将静态的等离激元纳米材料结构与传统的一些显示屏内动态调控光源手段例如液晶等结合起来，实现动态等离激元显示。然而这些器件虽然实现了超高分辨的动态等离激元显示，却仍然能耗较高，显示和供能两个部分仍然各自为营，一直没有共同发展。
有一类工作利用了电致变色材料做智能窗，通过电化学充放电，改变材料的成分改变其光学常数，从透明态和暗色态切换，也能实现能量的回收利用，例如文章(Li H，Firby C J，Elezzabi A Y.Rechargeable Aqueous Hybrid Zn2+/Al3+ElectrochromicBatteries.Joule，2019，3(9))中，利用了电致变色材料WO3作为电池正极材料，通过Al3+在充放电过程中的嵌入脱出使得其在透明和蓝墨色间切换。但是这样的一种体系存在以下问题：a.由于颜色本身来源于材料，可实现的颜色切换极为有限，一般只能实现两到三种颜色；b.由于正负极材料的选取，使得其作为电池能输出的能量有限；c.电致变色体系的颜色来源于材料，属于色素色，分辨率受衍射极限限制且容易老化不稳定。
因此，如何设计一种电化学系统，具有显示功能，并且能耗低、结构简单、稳定性高、分辨率高并且颜色丰富，成为目前迫切需要解决的问题。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种具有近零能耗显示器件的电化学系统、制备方法和显示方法，通过在第一极片的表面从下至上依次设置导电层和具有通孔组的电介质层，形成显示器件，在电池自身的充电放电过程中，改变活性材料的结构特性进而改变等离激元光谱特性，实现了一种电化学系统以及自驱动近零能耗的等离激元动态显示器件，具有结构简单、能耗低和稳定性高等特点。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
第一方面，本发明提供了一种具有近零能耗显示器件的电化学系统，所述的电化学系统包括第一极片、第二极片和电解液，其特征在于，所述第一极片的表面从下至上依次层叠设置有导电层和电介质层，所述电介质层上开设至少一组通孔组，设置有导电层和电介质层的所述第一极片为显示器件。
本发明通过在电介质层上开设至少一组通孔组，在电池充放电过程中，利用电化学系统中活性材料的结构特性，通过电化学的精确调控活性材料颗粒在预设计的通孔组模板上进行有序地沉积和脱嵌，也就是精确调控电化学系统中充电和放电的过程，调控活性材料颗粒的结构大小，进而动态地调控光谱响应；进一步地，本发明是通过活性材料颗粒结构产生的等离激元结构色做显示颜色，不同于色素色，是一种稳定且可实现超高分辨率的颜色，而且利用被动式反射颜色显示，相比于主动式发光显示降低了能耗；更进一步地，本发明利用自身显示器件的储能特性，在颜色产生时候存储电能，在颜色擦除时释放电能以供二次使用，或释放电能以供其他像素点显色使用，其中作为电池的能量效率就代表了能量可回收利用率，实现了超低能耗，并实现了自供能。
本发明将显示和供能两种功能合二为一，通过不同像素间的互相充放电，实现了自驱动的显示器件，而这样一种集电化学系统和自驱动的近零能耗的显示为一体的器件为未来高度集成的超小低能耗的芯片器件提供了可能。
以锂金属电池负极为例，利用金属锂颗粒的能量载体特性和光学载体特性，一方面作为锂金属电池的负极材料，另一方面作为等离激元显示的像素点，在电池自身的充电放电过程中，改变负极材料金属锂的结构特性进而改变等离激元光谱特性，实现了一种电化学系统以及自驱动近零能耗的等离激元动态显示器件。通过连续可逆的电化学调控，金属锂在电化学充电过程中在负极模板上有序地成核生长，使得等离激元结构色产生，并进行储能，而在放电过程中，金属锂颗粒逐渐从模板上溶解脱嵌，使得颜色擦除。而且在这个动态显示的颜色产生过程中所消耗的能量被金属锂很好地存储起来，在颜色消散过程中，再放出再次利用，因此利用金属锂的储能特性有效降低了显示能耗，实现了动态颜色下低至0.390mW/cm2和静态颜色下低至0.105mW/cm2的能耗，未来电池能量效率提升至99％，将实现一种近零能耗的显示。
需要说明的是，其中第一极片和第二极片分别为电池中负极和正极，即第一极片为正极时，第二极片为负极；第一极片为负极时，第二极片为正极，本领域技术人员可根据不同电化学系统的工作原理，将导电层和电介质层设置在正极或负极上。
作为本发明的一个优选技术方案，所述通孔组中通孔的直径为10～2000nm，例如为10nm、100nm、200nm、400nm、600nm、800nm、1000nm、1200nm、1400nm、1600nm、1800nm或2000nm。
本发明通过控制通孔组中通孔的直径为10～2000nm，对于活性材料沉积和脱嵌具有良好效果，能够动态地调控光谱响应，若直径小于10nm，则光谱调控有限；若直径大于2000nm，则显示分辨率不佳，并且容易大于通孔间距使通孔相连。
优选地，同一所述通孔组中通孔的直径相同或不同。
优选地，不同所述通孔组中通孔的直径相同或不同。
作为本发明的一个优选技术方案，所述通孔组中，相邻通孔之间的距离为10～2000nm，例如为10nm、100nm、200nm、400nm、600nm、800nm、1000nm、1200nm、1400nm、1600nm、1800nm或2000nm。
优选地，同一所述通孔组中，相邻通孔之间的距离相同或不同。
优选地，不同所述通孔组中，相邻通孔之间的距离相同或不同。
本发明通过调控通孔组的结构和电化学充放电条件，从而实现对活性材料的结构参数调控，进而改变金属等离激元结构色，实现电学调控的动态等离激元结构色。本发明中通过通孔直径以及通孔之间的距离进行配合，结合控制充放电过程条件，实现了金属锂等离激元结构色从白色到蓝色、黄色、红色、紫色等宽色域的显示颜色，在0.25μA/cm2的电流密度下在负极模板上沉积金属锂220s的条件下，当通孔直径为280nm，相邻通孔之间的距离为440nm时，显示蓝色，当通孔直径为240nm，相邻通孔之间的距离为360nm时，显示红色，当通孔直径为160nm，相邻通孔之间的距离为280nm时，显示黄色，此外，上述三种颜色的实验测得的反射光谱和理论计算所得的反射光谱反射谷重合度基本一致，进一步说明该颜色是由等离激元效应产生的结构色。
需要说明的是，本发明提供的电化学系统中显示的颜色还与充放电过程中的参数有关，本领域技术人员可调节充放电条件参数和通孔组的结构，进一步调节显示颜色，例如，同一电量下，不同尺寸的通孔组，其颜色不同；同一尺寸的通孔组在不同电量下，其颜色也不同。
作为本发明的一个优选技术方案，所述导电层的厚度为5nm～900μm，例如为5nm、100nm、200μm、300μm、400μm、500μm、600μm、700μm、800μm或900μm。
优选地，所述导电层的材质包括钨、镍、锡、铜、金、银、铂、铝、镁、锌中的一种或至少两种的组合及其合金。
作为本发明的一个优选技术方案，所述电介质层的厚度为5nm～100μm，例如为5nm、100nm、20μm、30μm、40μm、50μm、60μm、70μm、80μm、90μm或100μm。
优选地，所述电介质层的材质包括氟化镁、二氧化硅或氮化硅中的一种或至少两种的组合。
需要说明的是，本发明对通孔组的数量、排布以及形状不做具体要求和特殊限定，本领域技术人员可根据显示颜色、显示形状或显示大小合理设置通孔组的数量、排布以及形状，例如，将通孔组设计成方块状，或几个通孔组排列成风车状等，每个通孔组的结构尺寸相同，则显示颜色相同，每个通孔组的结构不同，其显示的颜色也不同。
作为本发明的一个优选技术方案，所述电化学系统的类型包括锂金属电池、钠金属电池、镁金属电池、锌金属电池或铝金属电池中的一种。
本发明通过合理设计通孔组的周期结构，调控好金属的有序生长，即可在不同电化学系统内实现显示功能。
第二方面，本发明提供了一种如第一方面所述的具有近零能耗显示器件的电化学系统的制备方法，所述的制备方法包括：
在电化学系统的第一极片表面制备导电层，再在导电层的表面上制备电介质层，并在电介质层上开设通孔组，并与第二极片和电解液组装，制备得到所述电化学系统。
作为本发明的一个优选技术方案，所述通孔组在电介质层上的开设形式包括电子束曝光、聚焦离子束或光刻中的一种或至少两种的组合。
作为本发明的一个优选技术方案，所述导电层的制备方式包括蒸镀和/或沉积。
优选地，所述电介质层的制备方式包括蒸镀和/或沉积。
作为本发明的一个优选技术方案，所述的制备方法具体包括以下步骤：
在电化学系统的第一极片表面蒸镀和/或沉积导电层，再在导电层的表面蒸镀和/沉积电介质层，并在电介质层上利用电子束曝光、聚焦离子束或光刻开设通孔组，与第二极片和电解液组装后，制备得到所述电化学系统。
第三方法，本发明提供了一种如第一方法所述的具有近零能耗显示器件的电化学系统的显示方法，所述显示方法包括：
电化学系统使用过程中，活性材料沉积或脱嵌至有序通孔组的通孔内，改变通孔内活性材料的结构大小，调控等离激元共振模式，进而调控可见光谱反射率，实现颜色显示并动态可调。
本发明所述的数值范围不仅包括上述例举的点值，还包括没有例举出的上述数值范围之间的任意的点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明通过在电介质层上开设至少一组通孔组，在电池充放电过程中，利用电化学系统中活性材料的结构特性，通过电化学的精确调控活性材料颗粒在预设计的通孔组模板上进行有序地沉积和脱嵌，也就是精确调控电化学系统中充电和放电的过程，调控活性材料颗粒的结构大小，进而动态地调控光谱响应；进一步地，本发明是通过活性材料颗粒结构产生的等离激元结构色做显示颜色，不同于色素色，是一种稳定且可实现超高分辨率的颜色，而且利用被动式反射颜色显示，相比于主动式发光显示降低了耗能；更进一步地，本发明利用自身显示器件的储能特性，在颜色产生时候存储电能，在颜色擦除时释放电能以供二次使用，或释放电能以供其他像素点显色使用，其中作为电池的能量效率就代表了能量可回收利用率，实现了超低能耗，并实现了自供能。
附图说明
图1为本发明实施例1中提供的电化学系统的工作流程示意图，其中，a代表的是放电结束后电化学系统的示意图，b代表的是放电结束后第一极片(即显示器件)的结构示意图，c代表的是充电结束后电化学系统的示意图，d代表的是充电结束后第一极片的结构示意图；
图2为本发明实施1中提供的电化学系统在显示蓝色情况下充放电的表征关系图，其中，e代表的是蓝色的显示和擦除的单次循环光谱，f代表的是蓝色色块在初始、颜色产生和颜色擦除三个状态下的SEM图；g代表的是蓝色色块的多次循环特性光镜图，h代表的是循环过程中电压-容量调控曲线，i代表的是循环的显色和消色反射光谱；
图3为本发明实施例2显示器件点亮蓝光LED的性能展示图，其中，j代表显示器件初始显色状态图，k代表放电结束显色状态图，l代表的是LED灯初始状态图，m代表的是LED灯点亮状态图，n代表的是LED灯点亮20s时状态图，o代表的是LED灯点亮40s时状态图；
图4为本发明实施例2中显示器件自驱动功能展示图，其中，p代表的是自驱动显示的工作原理示意图，q代表的是自驱动显示实验过程中两串联的子显示模块端的电压-时间曲线，r代表的是自驱动显示器件的原位实时显微照片。
其中，1-第一极片；2-导电层；3-电介质层；4-金属锂颗粒。
具体实施方式
需要理解的是，在本发明的描述中，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
需要说明的是，在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
下面通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
在一个具体实施方式中，本发明提供了一种具有近零能耗显示器件的电化学系统，所述的电化学系统包括第一极片1、第二极片和电解液，所述第一极片1的表面从下至上依次层叠设置有导电层2和电介质层3，所述电介质层3上开设至少一组通孔组，设置有导电层2和电介质层3的所述第一极片为显示器件。
进一步地，通孔组中通孔的直径为10～2000nm。更进一步地，同一通孔组中通孔的直径相同或不同；不同通孔组中通孔的直径相同或不同。
进一步地，通孔组中，相邻通孔之间的距离为10～2000nm；同一通孔组中，相邻通孔之间的距离相同或不同；不同通孔组中，相邻通孔之间的距离相同或不同。可选地，在0.25μA/cm2的电流密度下在负极模板上沉积金属锂220s的条件下，当通孔直径为280nm，相邻通孔之间的距离为440nm时，显示蓝色，当通孔直径为240nm，相邻通孔之间的距离为360nm时，显示红色，当通孔直径为160nm，相邻通孔之间的距离为280nm时，显示黄色。
进一步地，导电层2的厚度为5nm～900μm，材质包括钨、镍、锡、铜、金、银、铂、铝、镁、锌中的一种或至少两种的合金。电介质层3的厚度为5nm～100μm，材质包括氟化镁、二氧化硅或氮化硅中的一种或至少两种的组合。
进一步地，电化学系统的类型包括锂金属电池、钠金属电池、镁金属电池、锌金属电池或铝金属电池中的一种。
在另一个具体实施方式中，本发明提供了一种上述的电化学系统的制备方法，所述的制备方法具体包括以下步骤：
在电化学系统的第一极片1表面蒸镀和/或沉积导电层2，再在导电层2的表面蒸镀和/沉积电介质层3，并在电介质层3上利用电子束曝光、聚焦离子束或光刻开设通孔组，与第二极片和电解液组装后，制备得到所述电化学系统。
示例性地，提供一种上述电化学系统的组装方法，所述组装方法包括：
组装显示器件的过程中，把负极极片作为电池的一侧以导电铜胶粘黏导电层引出作为金属锂沉积衬底，另一极片是LiFePO4用导电铜胶固定在石英衬底上引出。两个极片的上表面用一块透明的石英衬底覆盖住，上下两片石英片之间用环氧树脂密封以隔绝空气，密封时留有一个小洞以注射透明的液态电解液(成分是1M LiTFSI溶解于DME与DOL体积比为1:1的溶剂中，添加1％质量比的LiNO3作为电解液添加剂，来自多多试剂)。待环氧树脂胶干之后，把样品转移到手套箱(H2O<0.01ppm，O2<0.01ppm)中，用针头注射电解液使其充满整个上下两片玻璃之间的空间，并且保证不留有气泡，最后一步继续用环氧树脂密封，得到所述电化学系统。
本实施例还提供了一种上述具有近零能耗显示器件的电化学系统的显示方法，所述显示方法包括：
电化学系统使用过程中，活性材料沉积或脱嵌至有序通孔组的通孔内，改变通孔内活性材料的结构大小，调控等离激元共振模式，进而调控可见光谱反射率，实现颜色显示并动态可调。
实施例1
本实施例提供了一种电化学系统，电化学系统的类型为锂金属电池，如图1所示，所述电化学系统的负极极片上依次层叠设置有导电层2和电介质层3，电介质层3上开设有一组呈长方形的通孔组。
进一步地，通孔组中通孔的直径为200nm，相邻通孔之间的距离为400nm。
进一步地，导电层2的厚度为100nm，材质为钨。电介质层3的厚度为50nm，材质为氟化镁。
本实施例还提供了一种上述的电化学系统的制备方法，所述的制备方法具体包括以下步骤：
在电化学系统的第一极片1表面蒸镀导电层2，再在导电层2的表面蒸镀电介质层3，并在电介质层3上利用电子束曝光开设通孔组，与第二极片和电解液组装后，制备得到所述电化学系统。
将上述电化学系统进行充放电，图1中，a代表的是放电结束后电化学系统的示意图，b代表的是放电结束后负极极片(即显示器件)的结构示意图，c代表的是充电结束后电化学系统的示意图，d代表的是充电结束后负极极片的结构示意图。
此外，所述电化学系统的显示和擦除的单次循环光谱图如图2中的e所示，蓝色色块在初始、颜色产生和颜色擦除三个状态下的SEM图如图2中的f所示，蓝色色块的多次循环特性光镜图如图2中的g所示，循环过程中电压-容量调控曲线如图2中的h所示，循环过程中显色和消色反射光谱如图2中的i所示。
从图2中i可见，在充电过程中色块从初始白色状态(可见波段几乎100％的反射率)逐渐产生不同深度的蓝色(约600nm处的反射谷)，最后在放电过程后，色块又恢复到最初的白色状态(可见波段几乎100％的反射率)。图2中f可见，表征了初始白色状态、蓝色状态、恢复到白色状态各自的微纳结构，蓝色状态金属锂颗粒4有序沉积在了通孔里面，最后恢复的白色状态和初始状态相同，通孔里没有金属锂颗粒4的填充，证明了结构转变的循环性能。此外，如图2中g-i所示，可以发现蓝色在多圈循环后依然在反射谷处维持了50％的反射率对比，综上可见该器件设计可以实现很好的多次循环的动态显示。
实施例2
本实施例提供了一种电化学系统，类型为锂金属电池，所述电化学系统负极极片的表面从下至上依次层叠设置有导电层2和电介质层3，电介质层3上开设有四组呈长方形的通孔组；分为第一通孔组、第二通孔组、第三通孔组和第四通孔组，其中第一通孔组和第二通孔组并排设置，第三通孔组和第四通孔组并排设置。
进一步地，第一通孔组和第二通孔组中通孔的直径均为200nm，相邻通孔之间的距离为360nm。第三通孔组和第四通孔组中通孔的直径均为240nm，相邻通孔之间的距离为400nm。
进一步地，导电层2的厚度为100nm，材质为钨。电介质层3的厚度为50nm，材质为氟化镁。
本实施例还提供了一种上述的电化学系统的制备方法，所述的制备方法具体包括以下步骤：
在电化学系统的第一极片1表面沉积导电层2，再在导电层2的表面沉积电介质层3，并在电介质层3上利用聚焦离子束开设通孔组，与第二极片和电解液组装后，制备得到所述电化学系统。
将上述电化学系统进行充放电，将充电后的显示器件取下，如图3所示，具有颜色显示的显示器件可以点亮一个蓝光LED长达40s，而蓝光熄灭显示模块所存储的能量耗尽，显示消色，说明该器件具有的显示和供能的双重功能，也说明除了作为自供能显示，也可以作为智能电池系统的电容量实时指示计。
将上述两个子显示器件串联(分别为序号i和ii)，给iii号子显示器件供能，相应变化情况如图4所示。在自驱动过程中，相应的两个子显示器件两端的电压-时间曲线由图4中q所示。整个实验过程，利用原位光镜观察了ii号和iii号子显示器件：首先串联的i号和ii号子显示器件预充电30s，实现显色；然后串联的两个子显示器件再给iii号子显示器件充电，使iii号子显示器件显色(30s至35s)，与此同时串联的i号和ii号子显示器件颜色擦除，在该动态显色消色过程中，无外界能源供给，实现了自驱动显示。
实施例3
本实施例提供了一种电化学系统，类型为锂金属电池，所述电化学系统中负极极片的表面从下至上依次层叠设置有导电层2和电介质层3，电介质层3上开设有四组呈通孔组；组合形成风车状，按照顺时针方向，分为第一风车通孔组、第二风车通孔组、第三风车通孔组和第四风车通孔组，其中，第一风车通孔组位于十二点方向。
进一步地，第一风车通孔组的直径为280nm，通孔组中，相邻通孔之间的距离为400nm；第二风车通孔组的直径为200nm，通孔组中，相邻通孔之间的距离为280nm；第三风车通孔组的直径为320nm，通孔组中，相邻通孔之间的距离为440nm；第四风车通孔组的直径为240nm，通孔组中，相邻通孔之间的距离为360nm。
进一步地，导电层2的厚度为100nm，材质为钨。电介质层3的厚度为50nm，材质为氟化镁。
本实施例还提供了一种上述的电化学系统的制备方法，所述的制备方法具体包括以下步骤：
在电化学系统的第一极片1表面沉积导电层2，再在导电层2的表面蒸镀电介质层3，并在电介质层3上利用聚焦离子束开设通孔组，与第二极片和电解液组装后，制备得到所述电化学系统。
此外，将上述实施例中电化学系统的显示情况与现有AMOLED以及墨水屏相比，本发明实现了在动态显示下0.390mW/cm2的超低能耗，而且若处于静止显示状态，能耗将低至0.105mW/cm2，几乎零能耗。进一步地，本发明中响应时间与工作电流密度相关，高的工作电流密度会使得金属锂颗粒4快速生长，使得颜色变化响应更加迅速。若从0.25mA/cm2提升至25mA/cm2，响应时间将从10s提升至0.1s，然而能耗只是稍微从0.009mW/cm2提升至0.9mW/cm2。
通过以上实施例，(1)本发明首次将高性能储能电池金属锂电池和显示面板结合到一起，实现了双功能的自供能近零能耗显示器件；(2)本发明基于金属锂电池本身的充放电，调控金属锂颗粒4结构参数，进而改变金属等离激元结构色，实现电学调控的动态等离激元结构色；(3)本发明通过在负极设计有序通孔的电介质材料覆盖的金属钨衬底，实现金属锂颗粒4有序的沉积生长，实现等离激元结构色；(4)本发明利用金属结构产生的等离激元结构色做显示颜色，是一种不同于色素色的稳定的、可实现超高分辨率的颜色；(5)本发明利用被动式反射颜色显示，跟主动式发光显示相比大大减少了光源能耗；(6)本发明进一步利用自身显示器件的储能特性，在颜色产生时候存储电能，在颜色擦除时释放电能以供二次使用，其中作为电池的能量效率就代表了能量可回收利用率，实现了超低能耗；(7)本发明进一步利用自身显示器件的储能特性，在颜色产生时候存储电能，在颜色擦除时释放电能以供其他像素点显色使用，此显示过程不在需要外部能源供给，从而实现了自供能；(8)本发明提出显示面板的像素点间互相充放电，实现低能耗自供能，且提出未来电池能量效率达到99％情况下将实现近零能耗显示。
申请人声明，以上所述仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，所属技术领域的技术人员应该明了，任何属于本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。

Claims (10)

1.一种具有近零能耗显示器件的电化学系统，所述的电化学系统包括第一极片、第二极片和电解液，其特征在于，所述第一极片的表面从下至上依次层叠设置有导电层和电介质层，所述电介质层上开设至少一组通孔组，设置有导电层和电介质层的所述第一极片为显示器件。
2.根据权利要求1所述的电化学系统，其特征在于，所述通孔组中通孔的直径为10～2000nm；
优选地，同一所述通孔组中通孔的直径相同或不同；
优选地，不同所述通孔组中通孔的直径相同或不同。
3.根据权利要求1或2所述的电化学系统，其特征在于，所述通孔组中，相邻通孔之间的距离为10～2000nm；
优选地，同一所述通孔组中，相邻通孔之间的距离相同或不同；
优选地，不同所述通孔组中，相邻通孔之间的距离相同或不同。
4.根据权利要求1-3任一项所述的电化学系统，其特征在于，所述导电层的厚度为5nm～900μm；
优选地，所述导电层的材质包括钨、镍、锡、铜、金、银、铂、铝、镁、锌中的一种或至少两种的组合及其合金。
5.根据权利要求1-4任一项所述的电化学系统，其特征在于，所述电介质层的厚度为5nm～100μm；
优选地，所述电介质层的材质包括氟化镁、二氧化硅或氮化硅中的一种或至少两种的组合。
6.根据权利要求1-5任一项所述的电化学系统，其特征在于，所述电化学系统的类型包括锂金属电池、钠金属电池、镁金属电池、锌金属电池或铝金属电池中的一种。
7.一种权利要求1-6任一项所述的具有近零能耗显示器件的电化学系统的制备方法，其特征在于，所述的制备方法包括：
在电化学系统的第一极片表面制备导电层，再在导电层的表面上制备电介质层，并在电介质层上开设通孔组，并与第二极片和电解液组装，制备得到所述电化学系统。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述通孔组在电介质层上的开设形式包括电子束曝光、聚焦离子束或光刻中的一种或至少两种的组合；
优选地，所述导电层的制备方式包括蒸镀和/或沉积；
优选地，所述电介质层的制备方式包括蒸镀和/或沉积。
9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述的制备方法具体包括以下步骤：
在电化学系统的第一极片表面蒸镀和/或沉积导电层，再在导电层的表面蒸镀和/沉积电介质层，并在电介质层上利用电子束曝光、聚焦离子束或光刻开设通孔组，与第二极片和电解液组装后，制备得到所述电化学系统。
10.一种权利要求1-6任一项所述的具有近零能耗显示器件的电化学系统的显示方法，其特征在于，所述显示方法包括：
电化学系统使用过程中，活性材料沉积或脱嵌至有序通孔组的通孔内，改变有序通孔内活性材料的结构大小，调控等离激元共振模式，进而调控可见光谱反射率，实现颜色显示并动态可调。
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