Un dispositivo cristallino liquido colesterico elettrochimico per la modulazione di colori veloce e bassa tensione

I cristalli liquidi colesterici sono noti per avere colori di reazione brillanti e la modulazione rapida del colore è importante per lo sviluppo di display riflettenti di nuova generazione. Il nostro metodo consente la modulazione del colore più veloce con la tensione di funzionamento più bassa mai segnalata per i cristalli liquidi colesterici. La chiave è FcD.

Un drogante chirale con potere di torsione elicoilico reattivo redox. A dimostrare la procedura saranno Shoichi Tokunaga, un postdoc, e Mengyan Zeng, uno studente laureato del nostro laboratorio. Per iniziare a preparare la miscela di cristalli liquidi colesterici, posizionare 84,6 milligrammi di 5OCB e 5,922 milligrammi di FcD in una fiala di vetro da 10 millilitri.

In una fiala separata, sciogliere 12,9 milligrammi di EMIm-OTf in 10 millilitri di diclorometano. Trasferire 2,1 millilitri della soluzione EMIm-OTf nella miscela di cristalli liquidi e mescolare bene i componenti scuotendo delicatamente il flaconcino. Quindi, coprire il flaconcino con un foglio di alluminio e perforare diversi fori nel foglio con un ago.

Riscaldare la soluzione a 80 gradi celsius per un'ora per evaporare la maggior parte del DCM. Mettere il flaconcino sotto vuoto e continuare a riscaldarlo per un'altra ora per rimuovere il DCM rimanente per ottenere una miscela di cristalli liquidi chiari e arancioni. Successivamente, per iniziare a preparare il vetro ITO, tagliare un pezzo di vetro da 10 a 10 millimetri modellato con ITO nella forma desiderata e un pezzo di vetro ITO standard da 10 per 12 millimetri.

Posizionare entrambi i pezzi di vetro ITO nel tensioattivo diluito senza lasciarli toccare. Unire 60 millilitri di una soluzione di tensioattivi alcalini e 240 millilitri di acqua ultra pura in un contenitore di vetro da 500 millilitri. Sonicare le piastre in tensioattivi alcalini diluiti per 30 minuti.

Quindi, decantare il tensioattione e sciacquare le piastre con porzioni di 200 millilitri di acqua ultra pura. Eseguire questa procedura di risciacquo tre volte in totale. Riempire il contenitore con 300 millilitri di acqua ultra pura.

Sonicare le piastre per 20 minuti. E decantare l'acqua. Lavare le piastre in acqua ultra pura in questo modo tre volte in totale.

Infine, asciugare le piastre pulite con un flusso di gas azoto e conservarle in piastre di Petri pulite e monouso. Tenere i piatti in un essiccatore pulito. Per iniziare a preparare la cellula, sonicare uno 0,7% pesando la dispersione di PEDOT in nitrometano per 60 minuti per garantire che il polimero sia ben disperso.

Quindi, fissare il vetro ITO standard pulito su uno spin coater e rimuovere la polvere dalla superficie rivestita ITO con una pistola a soffiante a azoto. Applicare con cura 50 microlitri di dispersione PEDOT appena sonicata sulla superficie ITO e girare rivestire la piastra a 1000 giri/min per 60 secondi. Lasciare riposare la piastra rivestita nell'aria ambiente per un'ora dopo.

Quindi, fissare la piastra ITO modellata in una macchina per lo sfregamento dotata di un panno a rayon. Strofinare accuratamente la superficie modellata ITO sotto un flusso di gas azoto. Quindi, in un'area priva di polvere, mescolare una goccia di adesivo ottico con una quantità di 5 micrometri borosilicate perline di vetro.

Posare la piastra rivestita PEDOT a faccia in su sullo spazio di lavoro. Applicare circa 0,2 millimetri cubi della miscela adesiva su ogni angolo di un lato stretto della piastra. Applicare altre due porzioni di adesivo a otto millimetri di distanza da quel lato per formare un rettangolo di otto per 10 millimetri sulla piastra.

Posizionare la piastra ITO modellata a faccia in giù sull'adesivo con un bordo allineato con le gocce a metà lungo la piastra rivestita PEDOT in modo che le piastre siano sfalsate di circa due millimetri. Premere delicatamente verso il basso gli angoli della cella per ottenere uno spazio uniforme tra le piastre come indicato dalla scomparsa del motivo di frangia nella cella. Cancellare la cella con luce UV di 365 nanometri per 20 secondi per impostare l'adesivo.

Riscaldare la cella su una piastra calda a 100 gradi celsius per tre ore per finire di polimerizzarlo. Infine, collegare fili conduttori dotati di clip di aligatore alla superficie ITO esposta su ogni piastra mediante sautering ad ultrasuoni. Utilizzare il nastro isolante per fissare i fili della cella di vetro a uno scivolo al microscopio per una manipolazione più semplice in un secondo momento.

Scaldare il vetro ITO, una piccola spatola e la miscela di cristalli liquidi colesterici a 80 gradi celsius per 10-15 minuti. Quindi, trasferire rapidamente una piccola quantità della miscela di cristalli liquidi colesterici caldi allo spazio tra le piastre con la spatola riscaldata. La cellula si riempirà per azione capillare in circa 60 secondi.

Una volta che la cella è piena, ridurre la temperatura dello stadio a 37 gradi celsius e attendere che la cella si stabilizzi a quella temperatura. Applicare la pura forza premendo delicatamente il centro del dispositivo di cristallo liquido per vedere il colore riflesso brillante. Quindi, posizionare il dispositivo sopra il palco caldo sotto un microscopio ottico digitale con il lato modellato del dispositivo rivolto verso l'obiettivo.

Collegare le piastre rivestite in modelli e PEDOT rispettivamente ai terminali positivi e negativi di un poteniostat. Configurare il poteniostat in modo che si alterna tra l'applicazione di 1,5 volt per quattro secondi e 0 volt per otto secondi. Osservare e registrare il cambio di colore del dispositivo a cristalli liquidi con il microscopio digitale mentre si pedala la tensione.

Successivamente, impostare uno spettrofotometro UV-vis per scansionare la trasmittanza da 800 a 300 nanometri. Metti un piccolo jack nel vano campione per tenere il palco caldo. Posizionare il dispositivo di cristallo liquido su una piastra calda per riscaldarsi e acquisire una misurazione di sfondo dello stadio caldo vuoto.

Quindi, caricare di nuovo il dispositivo nella fase calda e posizionarlo nello spettrometro con il lato modellato rivolto verso il fascio. Utilizzare un panno scuro per coprire gli spazi tra la porta della camera campione e i fili. Attendere alcuni minuti affinché il dispositivo si stabilizzi a 37 gradi celsius.

Se necessario, regolare la posizione dello stadio caldo per massimizzare la trasmittanza. Quindi, acquisire uno spettro iniziale di trasmittanza attraverso il dispositivo. Successivamente, applicare 1,5 volt al dispositivo per quattro secondi e acquisire immediatamente uno spettro di trasmissione.

Al termine della misurazione, applicare 0 volt al dispositivo per otto secondi e acquisire un altro spettro. Infine, registrare la trasmittanza percentuale a 510 nanometri nel tempo mentre si pedala la tensione tra 1,5 volt per quattro secondi e 0 volt per otto secondi cinque volte. Il cristallo liquido colesterico drogato con un complesso chirale di binaftolo ferrocene, appariva blu brillante e aveva una banda di riflessione centrata a 467 nanometri.

Applicando 1,5 volt a un elettrodo ITO a contatto con la soluzione di cristallo liquido, la banda di riflettanza è stata spostata al centro su 485 nanometri. Il cristallo liquido colesterico ossidato appariva da ciano brillante a verde contro l'ambiente blu nonxidizzato. La banda di riflettanza si spostò di nuovo a 467 nanometri applicando 0 volt all'elettrodo con un corrispondente recupero del colore di riflessione blu.

La trasmittanza è diminuita modestamente con cicli ripetuti a causa dell'aumento del disturbo orientamento, ma questo è stato riparato applicando una pura forza al dispositivo. Il cambio di colore dal blu al ciano si è verificato in 0,4 secondi e il cambio di ritorno ha richiesto 2,7 secondi. L'applicazione alternativa di 1,5 volt per 0,5 secondi e 0 volt per cinque secondi ha provocato un elettrodo lampeggiante.

Quando si tenta la procedura, si prega di fare attenzione quando si assembla la cella. La qualità della cella determina la qualità dell'immagine di visualizzazione del dispositivo. È possibile identificare l'intervallo di tensione appropriato per il funzionamento del dispositivo utilizzando voltammetria ciclica.

I raggi X per la spettroscopia elettronica possono confermare l'emergere della parte ossidata nel materiale cristallino liquido. Regolando con precisione la struttura chimica del drogante di chirolo reattivo redox e di altri componenti, possiamo sviluppare nuovi tipi di display riflettenti, come la carta elettronica a colori. Ulteriori indagini sul meccanismo del nostro drogante di chirolo, possono approfondire la scienza fondamentale dei cristalli liquidi colesterici dove il meccanismo molecolare dell'induzione di chirolo non è ancora chiaro.