Un dispositif de cristallin Liquid cholestérique électrochimique pour la Modulation de la couleur rapide et à basse tension

Cristaux liquides cholesteric sont connus pour avoir des couleurs de réaction vives, et la modulation rapide des couleurs est important pour le développement de la prochaine génération d’écrans réfléchissants. Notre méthode permet la modulation de couleur la plus rapide avec la tension de fonctionnement la plus basse jamais signalée pour les cristaux liquides cholesteric. La clé est fcd.

Un dopant chiral avec la puissance de torsion helical sensible de redox. Shoichi Tokunaga, postdoc, et Mengyan Zeng, un étudiant diplômé de notre laboratoire, démontreront la procédure. Pour commencer à préparer le mélange de cristaux liquides cholesteric, placez 84,6 milligrammes de 5OCB et 5,922 milligrammes de FcD dans un flacon de verre de 10 millilitres.

Dans un flacon séparé, dissoudre 12,9 milligrammes d’EMIm-OTf en 10 millilitres de dichloromethane. Transférer 2,1 millilitres de la solution EMIm-OTf au mélange de cristaux liquides et bien mélanger les composants en secouant doucement le flacon. Ensuite, recouvrez le flacon de papier d’aluminium et perforez plusieurs trous dans le papier d’aluminium à l’aide d’une aiguille.

Chauffer la solution à 80 degrés Celsius pendant une heure pour évaporer la majeure partie du DCM. Mettez le flacon sous vide, et continuez à le chauffer pendant une autre heure pour enlever le DCM restant pour obtenir un mélange clair et orange de cristal liquide. Ensuite, pour commencer à préparer le verre ITO, couper un morceau de verre de 10 x 10 millimètres à motifs avec ITO dans la forme désirée, et un morceau de verre ITO standard de 10 x 12 millimètres.

Placez les deux morceaux de verre ITO dans le surfactant dilué sans les laisser toucher. Dans un récipient en verre de 500 millilitres, mélanger 60 millilitres d’une solution de surfactant alcalin et 240 millilitres d’eau ultra pure. Sonicate les plaques dans le surfactant alcalin dilué pendant 30 minutes.

Puis, décanter le surfactant, et rincer les assiettes avec des portions de 200 millilitres d’eau ultra pure. Effectuez cette procédure de rinçage trois fois au total. Remplissez le récipient de 300 millilitres d’eau ultra pure.

Sonicate les plaques pendant 20 minutes. Et décanter l’eau. Lavez les assiettes dans de l’eau ultra pure de cette façon trois fois au total.

Enfin, séchez les assiettes propres avec un jet de gaz azoté et rangez-les dans des boîtes de Pétri propres et jetables. Gardez la vaisselle dans un dessiccateur propre. Pour commencer à préparer la cellule, sonicate un 0,7 pour cent en pesant la dispersion de PEDOT dans le nitrométhane pendant 60 minutes pour s’assurer que le polymère est bien dispersé.

Ensuite, fixez le verre ITO standard propre sur un revêtement de spin, et retirez la poussière de la surface enduite d’ITO à l’aide d’un pistolet à explosion d’azote. Appliquez soigneusement 50 microlitres de dispersion PEDOT fraîchement sonique sur la surface ITO et faites tourner la plaque à 1000 RPM pendant 60 secondes. Laissez reposer la plaque enduite dans l’air ambiant pendant une heure par la suite.

Ensuite, fixez la plaque ITO à motifs dans une machine à frotter équipée d’un tissu de rayonne. Frottez soigneusement la surface à motifs ITO sous un flux de gaz azoté. Puis, dans une zone exempte de poussière, mélanger une goutte d’adhésif optique avec une quantité de taille similaire de 5 micromètres de perles de verre borosilicate.

Mentez la plaque enduite PEDOT face vers le haut sur l’espace de travail. Appliquer environ 0,2 millimètre cube du mélange adhésif à chaque coin d’un côté étroit de la plaque. Appliquez deux autres portions d’adhésif à huit millimètres de ce côté pour former un rectangle de huit par 10 millimètres sur la plaque.

Placez la plaque ITO à motifs face vers le bas sur l’adhésif avec un bord aligné avec les gouttes à partie le long de la plaque enduite PEDOT de sorte que les plaques sont compensées par environ deux millimètres. Appuyez doucement sur les coins de la cellule pour atteindre un écart uniforme entre les plaques comme l’indique la disparition du motif de frange dans la cellule. Eradiate la cellule avec 365 nanomètres de lumière UV pendant 20 secondes pour régler l’adhésif.

Chauffer la cellule sur une plaque chauffante à 100 degrés Celsius pendant trois heures pour finir de guérir l’adhésif. Enfin, connectez les fils conducteurs munis de pinces aligator à la surface ITO exposée sur chaque plaque par sautering ultrasonique. Utilisez du ruban isolant pour fixer les fils de la cellule de verre à une lame de microscope pour faciliter la manipulation plus tard.

Chauffer le verre ITO, une petite spatule et le mélange de cristaux liquides cholesteric à 80 degrés Celsius pendant 10 à 15 minutes. Ensuite, transférez rapidement une petite quantité du mélange chaud de cristaux liquides cholesteric à l’écart entre les plaques avec la spatule chauffée. La cellule se remplira par action capillaire en environ 60 secondes.

Une fois la cellule pleine, réduisez la température du stade à 37 degrés Celsius et attendez que la cellule se stabilise à cette température. Appliquez une force simple en appuyant doucement sur le centre du dispositif de cristal liquide pour voir la couleur réfléchie lumineuse. Ensuite, placez l’appareil sur le dessus de la scène chaude sous un microscope optique numérique avec le côté modelé de l’appareil face à la lentille.

Connectez les plaques à motifs et pedot enduites aux terminaux positifs et négatifs d’un poteniostat respectivement. Configurer le poteniostat pour alterner entre l’application de 1,5 volts pendant quatre secondes, et 0 volts pendant huit secondes. Observez et enregistrez le changement de couleur de l’appareil à cristaux liquides avec le microscope numérique tout en faisant le tour de la tension.

Ensuite, installez un spectrophotomètre UV-vis pour scanner la transmission de 800 à 300 nanomètres. Mettez une petite prise dans le compartiment de l’échantillon pour tenir la scène chaude. Placez le dispositif de cristal liquide sur une plaque chaude pour garder au chaud et acquérir une mesure de fond de l’étape chaude vide.

Ensuite, chargez l’appareil de nouveau dans le stade chaud et placez-le dans le spectromètre avec le côté à motifs face au faisceau. Utilisez un chiffon foncé pour couvrir les lacunes entre la porte de chambre échantillon et les fils. Attendez quelques minutes pour que l’appareil se stabilise à 37 degrés Celsius.

Si nécessaire, ajustez la position de l’étape chaude pour maximiser la transmission. Ensuite, acquérir un spectre initial de transmission à travers l’appareil. Après cela, appliquez un 1,5 volts sur l’appareil pendant quatre secondes et obtenez immédiatement un spectre de transmission.

Lorsque la mesure se termine, appliquer 0 volts sur l’appareil pendant huit secondes et acquérir un autre spectre. Enfin, une transmission record de 510 nanomètres au fil du temps tout en faisant du vélo la tension entre 1,5 volts pendant quatre secondes et 0 volts pendant huit secondes cinq fois. Le cristal liquide cholesteric dopé avec un complexe chiral de binaphtol de ferrocène, est apparu bleu vif et a eu une bande de réflexion centrée à 467 nanomètres.

L’application de 1,5 volts à une électrode ITO en contact avec la solution de cristal liquide, déplacé la bande de réflectance au centre sur 485 nanomètres. Le cristal liquide cholesteric oxydé est apparu cyan lumineux au vert contre l’environnement bleu non oxydé. La bande de réflectance est revenue à 467 nanomètres lors de l’application de 0 volts à l’électrode avec une récupération correspondante de la couleur de réflexion bleue.

La transmission a diminué modestement avec des cycles répétés en raison du désordre orientationnel croissant, mais ceci a été réparé en appliquant une force simple à l’appareil. Le changement de couleur du bleu au cyan s’est produit en 0,4 seconde, et le changement de retour a pris 2,7 secondes. En appliquant alternativement 1,5 volts pendant 0,5 seconde, et 0 volts pendant cinq secondes a entraîné une électrode clignotante.

Lorsque vous essayez la procédure, s’il vous plaît prendre soin lors de l’assemblage de la cellule. La qualité de la cellule détermine la qualité de l’image d’affichage de l’appareil. Vous pouvez identifier la plage de tension appropriée pour l’utilisation de l’appareil à l’aide de voltammetry cyclique.

La radiographie de la spectroscopie électronique peut confirmer l’émergence de la partie oxydée du matériau cristallin liquide. En accordant avec précision la structure chimique du dopant de chirol sensible redox et d’autres composants, nous pouvons développer de nouveaux types d’affichages réfléchissants, tels que le papier électronique pleine couleur. Une étude plus approfondie du mécanisme de notre dopant de chirol, peut approfondir la science fondamentale des cristaux liquides cholesteric où le mécanisme moléculaire de l’induction de chirol est encore peu clair.