本文介绍了一种用于制备含氧化还原响应型手性掺杂剂的反射式胆甾相液晶显示器件的方案，该器件可实现快速、低电压操作。
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本文内容
摘要
摘要
我们展示了一种制备包含胆甾相液晶（LC）作为活性组分的原型反射式显示器件的方法。该胆甾相液晶由向列相液晶4'-戊氧基-4-氰基联苯（5OCB）、氧化还原响应型手性掺杂剂（FcD）以及支持电解质1-乙基-3-甲基咪唑三氟甲磺酸盐（EMIm-OTf）组成。其中最重要的组分是FcD。该分子的螺旋扭曲能力（HTP）值会随氧化还原反应而改变。因此，通过在液晶混合物中施加原位电化学氧化还原反应，器件可响应电刺激而改变其反射颜色。通过毛细作用将液晶混合物注入由两片带有图案化氧化铟锡（ITO）电极的玻璃片构成的夹心式ITO玻璃池中，其中一片玻璃上的ITO电极 дополнительно 涂覆了高氯酸掺杂的聚（3,4-亚乙二氧基噻吩）-共聚-聚（乙二醇）（PEDOT+）。当施加+1.5 V电压时，器件的反射颜色在0.4秒内从蓝色（467 nm）变为绿色（485 nm）；随后施加0 V电压，器件在2.7秒内恢复至原始蓝色。该器件在迄今报道的所有胆甾相液晶器件中具有最快的电响应速度和最低的工作电压。该技术有望为开发低能耗的下一代反射式显示器开辟道路。
引言
胆甾相液晶（LCs）因其内部螺旋状分子排列而呈现出明亮的反射颜色1,2,3,4。其反射波长 λ 由螺旋螺距 P 和液晶的平均折射率 n 决定（λ = nP）。此类液晶可通过向向列相液晶中掺杂手性化合物（即手性掺杂剂）来制备，其螺旋螺距由公式 P = 1/βMC 确定，其中 βM 为螺旋扭曲能力（HTP），C 为手性掺杂剂的摩尔分数。基于这一原理，目前已开发出多种可对外界刺激（如光5,6,7,8、热9、磁场10和气体11 ）产生响应的手性掺杂剂。这些特性在传感器
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方案
1. 胆甾型液晶混合物的制备
- 将84.6 mg的5OCB和5.922 mg的FcD19 （相对于5OCB为3.1 mol%）加入一个洁净的10 mL玻璃小瓶中。
- 将12.9 mg的EMIm-OTf和10 mL二氯甲烷（CH2Cl2）加入另一个洁净的10 mL玻璃小瓶中，并充分混合。将2.1 mL的EMIm-OTf溶液转移至含有5OCB和FcD的玻璃小瓶中。轻轻振荡小瓶，使所有组分充分混合。
- 用铝箔覆盖玻璃小瓶，并在顶部戳几个小孔。
- 在通风良好的通风橱中，将上述含有5OCB、FcD（相对于5OCB为3.1 mol%）和EMIm-OTf（相对于5OCB为3.0 mol%）的CH2Cl2 溶液于80 °C加热。60分钟后，大部分CH2Cl2 已蒸发。此步骤对确保各组分均匀混合至关重要。
- 在通风良好的通风橱中，使用油封旋转真空泵在80 °C、减压条件（约5.0 Pa）下继续蒸发残留的CH
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结果
在37 °C下，对含有FcD掺杂（3.1 mol%）胆甾相液晶并添加EMIm-OTf（3.0 mol%）的液晶器件施加0至+1.5 V电压循环期间，采集其照片、透射光谱以及510 nm处透射率随时间变化的曲线。
该液晶混合物含有 FcD（3.1 mol%）、EMIm-OTf（3.0 mol%）和 5OCB，在冷却过程中于 46.8 °C 至 3.2 °C 之间、在加热过程中于 4.8 °C 至 49.7 °C 之间表现出胆甾相介晶相，差示扫描量热法（DSC）测定结果（扫描速率：5 °C/min）证实了这一点。含有该混合物的液晶器件在 37 °C 时呈现出明亮的反射色（图 2
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讨论
当在顶部 ITO 电极施加 +1.5 V 电压时（图 1C），FcD 发生氧化反应生成 FcD+。由于 FcD+ 的螺旋扭曲能力（101 µm-1，图 1B）低于 FcD（116 µm-1，图 1A<.......
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披露
我们没有需要披露的内容。
致谢
我们 感谢日本理化学研究所新兴物质科学中心的Keisuke Tajima博士提供的有益讨论。本研究部分工作在东京大学先进表征纳米技术平台完成，该平台由日本文部科学省（MEXT）资助。本研究得到了日本学术振兴会（JSPS）科学研究费补助金（S类）（18H05260）的经费支持。 "基于多尺度界面分子科学的新型功能材料" T.A. 感谢日本学术振兴会（JSPS）资助的挑战性探索研究基金（16K14062）。Y.I. 感谢日本学术振兴会（JSPS）青年科学家奖学金。S.T. 感谢日本学术振兴会（JSPS）青年科学家资助项目。
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材料
| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
|---|---|---|---|
| 1-乙基-3-甲基咪唑三氟甲磺酸盐，98% | TCI | E0494 | |
| 4-氰基-4'-戊氧基联苯，98% | TCI | C1551 | |
| 金刚石尖玻璃切割器 | AS ONE | 6-539-05 | |
| 二氯甲烷，99.5% | KANTO CHEMICAL | 10158-2B | HPLC 级 |
| 差示扫描量热仪 | METTLER TOLEDO | DSC 1 | |
| 数码显微镜 | KEYENCE | VHX-5000 | |
| Extran MA01 | Merck | 107555 | |
| 完全氧化铟锡（ITO）镀膜玻璃板 | 定制，电阻：~30Ω | ||
| 玻璃微珠 | Thermo Fisher Scientific | 9005 | 直径 5 ± 0.3 μm |
| 加热台 | INSTEC | mK1000 | |
| 图案化氧化铟锡（ITO）玻璃板 | 定制，电阻：~30Ω | ||
| 油封旋片真空泵 | SATO VAC | TSW-150 | 压力：~5 Pa |
| 光学胶粘剂 | Noland | NOA81 | |
| 聚(3,4-乙烯二氧噻吩)，双聚(乙二醇)，月桂基封端 | Sigma Aldrich | 687316 | 0.7 wt%（硝基甲烷分散液） |
| 电化学工作站 | TOHO TECHNICAL RESEARCH | PS-08 | |
| 摩擦取向机 | EHC | MRJ-100S | |
| 分光光度计 | JASCO | V-670 UV/VIS/NIR | |
| 旋涂仪 | MIKASA | 1H-D7 | |
| 超纯水 | Merck | Milli-Q Integral 3 | |
| 超声波清洗机 | AS ONE | ASU-2 | 功率：40 W |
| 超声波焊接仪 | KURODA TECHNO | SUNBONDER USM-IV | |
| 紫外灯 | AS ONE | SLUV-4 | 功率：4 W |
参考文献
- Chandrasekhar, S. Liquid Crystals. , Cambridge University Press. Cambridge. (1992).
- Blinov, L. M., Chigrinov, V. G. Electrooptic Effects in Liquid Crystal Materials. , Springer-Verlag. New York. (1994).
- Pieraccini, S., Masiero, S., Ferrarini, A., Spada, G. P.
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