Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Journal Chemistry
Click here for the English version

Chemistry

En elektrokemisk Cholesteric flydende krystallinske enhed for hurtig og simpel-spænding farve graduering

Published: February 27, 2019 doi: 10.3791/59244
Automatic Translation
*1, *1,2, 1, 3, 3
1Department of Chemistry and Biotechnology, The University of Tokyo, 2Department of Chemistry, Tsinghua University, 3RIKEN Center for Emergent Matter Science
* These authors contributed equally

Summary

En protokol til fabrikation af en reflekterende cholesteric flydende krystallinske display enhed indeholder en redox-responderende chiral dopant så hurtig og lav spænding drift er præsenteret.

Abstract

Vi demonstrere en metode for at fabrikere en prototype reflekterende skærmenhed, der indeholder cholesteric flydende krystaller (LC) som en aktive komponent. Den cholesteric LC er sammensat af en nematisk LC 4'-pentyloxy-4-cyanobiphenyl (5OCB), redox-responderende chiral dopant (FcD) og en understøttende elektrolyt 1-ethyl-3-methylimidazolium trifluoromethanesulfonate (EMIm-OTf). Den vigtigste komponent er FcD. Dette molekyle ændrer sin spiralformet vride magt (HTP) værdi i svar på redox reaktioner. Derfor, på levestedet elektrokemiske redox reaktioner i LC blanding mulighed for enheden for at ændre dens refleksion farve i svar til elektriske stimuli. LC blandingen blev indført ved en kapillaritet i en sandwich-type ITO glas celle bestående af to glas dias med mønstrede indium tin oxid (ITO) elektroder, hvoraf den ene var belagt med poly(3,4-ethylenedioxythiophene) -co-poly (ethylen glykol) doteret med perchlorat (PEDOT+). På begæring af 1,5 V, ændre enheden refleksion farve fra blå (467 nm) til green (485 nm) i 0,4 s. efterfølgende indgives ansøgning af 0 V enheden Genskab den oprindelige blå farve i 2,7 s. Denne enhed er karakteriseret ved sin hurtigste elektriske svar og laveste driftsspænding blandt nogen tidligere rapporteret cholesteric LC enhed. Denne enhed kunne bane vejen for udvikling af næste generation reflekterende skærme med lavt energi forbrug satser.

Introduction

Cholesteric flydende krystaller (LCs) er kendt for at udstille lyse refleksion farver på grund af deres indre spiralformet molekylære ordninger1,2,3,4. Refleksion bølgelængde λ bestemmes af den heliske pitch Pedersen og den gennemsnitlige refraktive indeks Nielsen af Rembursen (λ = nP). Sådanne LCs kan genereres ved doping chiral forbindelser (chiral energiniveauerne) til nematisk LCs og dens spiralformet pitch er defineret ved ligning P = 1/βMC, hvor βM er den heliske vride magt (HTP) og C er molære brøkdel af den chiral dopant. Baseret på dette begreb, forskellige chiral energiniveauerne, der kan reagere på en lang række stimuli som lys5,6,7,8, varme9, magnetiske felt10og gas11 er blevet udviklet. Disse egenskaber er potentielt nyttige til forskellige applikationer såsom sensorer12 og lasere13,14,15 blandt andre16,17,18 .

For nylig har udviklet vi den første redox-responderende chiral dopant FcD (fig. 1A)19 der kan ændre dens HTP værdi i svar på redox reaktioner. FC D består af en ferrocene enhed, som kan gennemgå reversible redox reaktioner20,21,22, og en binaphthyl enhed, som er kendt for at udstille høj HTP værdi23. Cholesteric LC doteret med FcD, i overværelse af en understøttende elektrolyt, kan ændre dens refleksion farve inden for 0,4 s og genvinde sin oprindelige farve i 2,7 s efter spænding ansøgning + 1,5 og 0 V, henholdsvis. Høj reaktion hastighed og lav driftsspænding observeret for enheden er uden sidestykke blandt andre cholesteric LC enhed hidtil rapporteret.

En af de vigtige anvendelser af cholesteric LCs er i reflekterende skærme, hvis energi forbrugssats er meget lavere end de konventionelle LC-displays. Med henblik herpå bør cholesteric LCs ændre dens refleksion farve med elektriske stimuli. Men de fleste af de tidligere metoder udnytte en elektriske kobling mellem de anvendte elektriske stimuli og vært LC molekyler, som kræver høj spænding over 40 V24,25,26,27 ,28. For brugen af den elektrisk lydhør chiral dopant er der kun få eksempler på29,30 herunder vores tidligere arbejde31, som også kræver høj spænding med lav svar hastighed. I betragtning af disse tidligere værker, udførelsen af vores FcD-doteret cholesteric LC enhed, især for hurtig farve graduering hastighed (0,4 s) og lav driftsspænding (1,5 V), er en banebrydende resultat, der kan meget bidrage til udviklingen af næste generation reflekterende skærme. I denne detaljerede protokollen vise vi fabrication processerne og de operationelle procedurer for prototype cholesteric LC display enheder.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

1. forberedelse af cholesteric LC blandingen

  1. Tilføje 84.6 af 5OCB og 5.922 mg af FcD19 (3,1 mol % til 5OCB) ind i en ren 10 mL hætteglas.
  2. Tilføje 12.9 mg EMIm-OTf og 10 mL dichlormethan (CH2Cl2) ind i en ny ren 10 mL hætteglas og bland godt. Overføre 2,1 mL af EMIm OTf i 5OCB- og FcD-indeholdende hætteglasset. Ryst forsigtigt hætteglasset for at lade alle komponenterne, bland godt.
  3. Dække hætteglasset med en aluminiumsfolie og lave flere huller i toppen.
  4. Varme ovenstående CH2Cl2 løsning indeholdende 5OCB, FcD (3,1 mol % til 5OCB) og EMIm-OTf (3,0 mol % til 5OCB) ved 80 ° C i et velventileret hætte. Efter 60 min, de fleste af CH2Cl2 er fordampet. Denne procedure er vigtigt at sikre homogen blanding af komponenter.
  5. Fordampe den resterende CH2Cl2 under reduceret tryk (~5.0 Pa) af olie roterende vakuumpumpe ved 80 ° C i 60 min i godt ventileret hætten til at opnå en klar orange LC blanding.

2. forberedelse af sandwich-type ITO glas celle

  1. Rengøring procedure af ITO belagt glas
    1. Skære en ITO mønstret glas (10 cm x 10 cm, modstand: ~ 30 Ω), som indeholder 100 stykker af en bestemte elektrode til en mindre størrelse (10 mm x 10 mm) af en diamant tippes glas fræser så det ene stykke indeholder et mønster af elektrode. Altid tjekke modstanden i overfladen af glas at vide hvilken side er mønstrede med ITO bruger, for eksempel, digital multi-meter (ITO mønstrede side har lav modstand).
    2. Skære en fuldt ITO belagt glas (10 cm × 10 cm, modstand: ~ 30 Ω) til en mindre størrelse (10 mm x 12 mm) af en diamant tippes glas cutter. Igen, tjek modstanden i overfladen af glas at vide hvilken side er belagt med ITO.
    3. Udarbejde en vask løsning ved at blande 60 mL af Extran MA01 og 240 mL i ultrarent vand i en glasbeholder (~ 500 mL). Sættetid ovenstående forberedt ITO glasplader oploesningen grundigt på en sådan måde, at overfladen af hver glasplade ikke røre hinanden. I tilfælde af vask mange ITO glasplader, er det anbefales at bruge nogle støtte (f.eks. shampoo børste).
    4. Sætte fartøj indeholdende ITO glasplader i et ultralydsbad og sonikeres det i 30 min. Efter klaring off løsningen ved vask, skyl fartøj indeholdende ITO glasplader af 200 mL i ultrarent vand til tre gange.
    5. Der tilsaettes 300 mL i ultrarent vand og sonikeres skib til 20 min. Fjern derefter vandet ved dekantering. Gentag denne vask cyklus ved hjælp af ultrarent vand til tre gange. For hver vask cyklus, skal du tjekke arrangement af ITO glasplader i skibet, så overflader af pladerne ikke er knyttet til hinanden.
    6. Efter endt tørre vask cyklusser, ITO glasplader én efter én gennem nitrogen gasflow. Når de lægger ITO glasplader den rene sted, holde ITO overfladen opad for at undgå skader eller forurening af overflade.
  2. Fabrikation af PEDOT+ belagt ITO glasplade
    1. Sætte hætteglasset indeholdende en nitromethan løsning af poly(3,4-ethylenedioxythiophene) -co-poly (etylenglykol) doteret med perchlorat (PEDOT+, 0,7 wt %) i et ultralydsbad og sonikeres det for 60 min. at opnå et godt spredt løsning.
    2. Sted fuldt ITO belagt glasplade på rotator af spin coater med ITO overflade står oprejst. Blæse støv fra ITO overfladen ved hjælp af en nitrogen slag pistol. Omhyggeligt overføre 50 µL af frisk sonicated PEDOT+ løsning med pipette.
    3. Fremstille PEDOT+ film ved at dreje på pladen med en hastighed på 1000 rpm for 60 s på omgivende betingelser (~ 25 ° C, luftfugtighed: ~ 45%). Hold PEDOT+ belagt ITO glasplader de omgivende betingelser for 1 h uden bagning.
  3. Fabrikation af ITO glas celle
    1. Blæse støv fra ITO mønstret glasplader ved hjælp af en nitrogen slag pistol.
    2. Gnid ITO ansigt af glasplader (10 mm x 10 mm) med rayon kluden grundigt ved hjælp af en gnide maskine. Under hele processen, skal du bruge en nitrogen slag pistol til at undgå forurening af støv.
    3. Udføre følgende procedurer i et sted, der kan undgå forurening af støv, ideelt i et rent værelse.
    4. Bland en dråbe af et optisk klæbemiddel og en ris-størrelse mængden af glasperler grundigt.
    5. Lå ned PEDOT+ belagt ITO glasplade på bordet med den PEDOT+ overflade står oprejst. Læg en meget lille mængde lim blandingen på PEDOT+ belagt ITO glasplade hvor de fire hjørner af ITO mønstret glas plade kommer.
    6. Sætte ITO mønstret glas plade op på PEDOT+ belagt ITO glasplade på en sådan måde, at ITO flader af to glasplader står til hinanden til at fabrikere en celle. Skub forsigtigt de fire hjørner af cellen. Bekræfte et ensartet celle hul af forsvinden af en fringe mønster observeret på overfladen af cellen.
    7. Bestråle cellen ovenfor ITO glas med en 365 nm UV lampe til 20 s at styrke vedhæftning.
    8. Varme cellen ovenfor på en hot scene ved 100 ° C til 3 h til fortsat at styrke vedhæftning.
    9. Forbinde to strømførende ledninger til hver af ITO område af glasplader i cellen ved ultralyd lodning.

3. farve graduering eksperimenter

  1. Indførelsen af cholesteric LC blandingen ind i cellen ITO glas for fabrikation af LC-enhed
    1. Til let håndtering, løse ledninger af ovenstående forberedt glas celle til et objektglas med et isolerende tape.
    2. Varme hætteglasset indeholdende cholesteric LC blandingen ved 80 ° C i 10-15 min på en hot scene. Også varme cellen ITO glas og en spatel, som bruges til at overføre prøven ved samme temperatur.
    3. Overføre en lille mængde af varmt cholesteric LC blandingen ved hjælp af den opvarmede spatel hurtigt til hul på to ITO glasplader af cellen. Fylde kløften mellem to glasplader af kapillaritet, som tager ~ 60 s.
    4. Sænke temperaturen i den varme fase, således at temperaturen i cellen når 37 ° C.
    5. Skubbe midten af enheden for at udstille lyse refleksion farve.
  2. Farve graduering eksperimenter ved hjælp af en digital optisk mikroskop.
    1. Anvende 1,5 og 0 V skiftevis til LC enhed for 4 s og 8 s, henholdsvis ved hjælp af en potentiostat ved 37 ° C. Spænding værdier defineres for ikke-PEDOT+-coated ITO elektrode med henvisning til det for PEDOT+-coated ITO elektrode i enheden. Observere og registrere farveændring af LC enhed af digital optisk mikroskop.
  3. Spektrometrisk farve graduering eksperimenter
    1. Brug de følgende UV-vis Spektrofotometer opsætningsparametre: fotometriske tilstand: %T, svar: hurtig, båndbredde: 1,0 nm, scanning hastighed: 2.000 nm/min, scanningsområde: 800 til 300 nm
    2. Basismåling, placere den varme fase i spektrofotometrets uden LC-enhed. Sikre at observation hul er korrekt placeret i den optiske bane spektrofotometrets og indfaldsvinkel er 0°. Overvåge transmittans værdien i real-tid på en bestemt bølgelængde, hvis værdi er maksimeret ved at justere placeringen af den varme fase. Start derefter for basismåling.
    3. Placere LC enhed i denne hot scene, og derefter placere den varme fase til den relevante placering på samme måde som beskrevet i afsnit 3.3.2. Start måling og optage spektret.
    4. Anvende 1,5 V til 4 s og start måling. Efter målingen, anvende 0 V til 8 s og, igen, start måling.
    5. Anvende 1,5 og 0 V skiftevis til 100 gange for LC-enhed for 4 s og 8 s, henholdsvis ved hjælp af en potentiostat. Optag transmittans på en udpegede bølgelængde (510 nm) under spænding program cykler.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

Fotografier, transmittans spectra og tid afhængige transmittans ændre profiler på 510 nm er indsamlet til LC-enhed der indeholder FcD-doteret (3,1 mol %) Cholesteric LC i nærværelse af EMIm-OTf (3,0 mol %) under spænding program cyklusser mellem 0 og 1,5 V ved 37 ° C.

LC blanding indeholdende FcD (3,1 mol %), EMIm-OTf (3,0 mol %) og 5OCB udstillet en cholesteric mesophase fra 46.8 ° C til 3,2 ° C på køling og 4,8 ° C til 49.7 ° C på varme bekræftet af differential scanning kalorimetri (DSC) måling (scan rate: 5 ° C/min.). LC enheden indeholdende denne blanding udstillet en lyse refleksion farve (figur 2A-jeg) Hvis refleksion band centreret på 467 nm var tydeligt observeret i dets transmittans spektrum (figur 2B-jeg) ved 37 ° C. Form af transmittans spektrum af denne LC materiale i cellen var typisk for cholesteric LCs1,2, hvor band bredde Δλ (= 45 nm) er i overensstemmelse med den anslåede værdi (53 nm) beregnet på grundlag af den almindelige () n o = 1,53)32 og ekstraordinære (ne = 1,71)32 refraktivt indeks for 5OCB. Dette indikerer, at LC molekyler administrationsprocedurerne er afstemt i den celle, der blev opnået ved blot at gnide overfladen af glas substrat uden orientering film, giver mulighed for klart observation af den lyse farve og transmittans spektrum.

Når en spænding på 1,5 V blev anvendt til LC enhed, refleksion farve ændret straks fra blå til grøn (485 nm, figur 2A-II og figur 2B-II). Efterfølgende anvendelse af 0 V resulterede i forbindelse med opkrævningen af den oprindelige blå farve (467 nm, figur 2A-III og figur 2B-III). Denne cyklus kan gentages mange gange med minimum nedbrydning af transmittans (figur 2C) på grund af en orientational lidelse i LC molekyler, som kan repareres ved blot at anvende en shear. Kvantitativ analyse afslørede, at de frem og tilbage farveændringer blev afsluttet i kun 0,4 s og 2.7 s, henholdsvis, baseret på 90% ændring i transmittans på 510 nm (figur 2D). Det bemærkes, at denne cholesteric reflekterende LC enhed er langt den hurtigste svar og lavest i drift spænding blandt dem, designet til at være elektrisk drevne24,25,26,27 ,28,29,30,31,33,34.

Vi også fabrikeret en celle med en ITO elektrode mønstret med et tal på "UT" ved hjælp af FcD-doteret (3,1 mol %) Cholesteric LC indeholdende EMIm-OTf (3,0 mol %). Vekslende anvendelse af 1,5 V og 0 V gjorde figur blink (figur 3).

Figure 1
Figur 1 : Kemiske struktur af de redox-responderende chiral dopant FC D og mekanisme for refleksion farve ændring. (A, B) Kemiske strukturer af FcD og sin oxiderede form FcD+. Spiralformet pitch P af cholesteric LC bestående af 5OCB og FcD bliver længere ved oxidation af FcD som inducerer sænkning af dens spiralformet vride magt βM. (C) Illustration af mekanismen for elektrokemisk graduering af refleksion farve. Tilpasset med tilladelse fra J. ændr. Chem. Soc. 140, 10946-10949 (2018). Copyright 2018 American Chemical Society. Venligst klik her for at se en større version af dette tal.

Figure 2
Figur 2 : Elektrisk svar af refleksion farven på enhedens cholesteric LC. Fotografier (A) og transmittans spektre (B) af FcD-doteret (3,1 mol %) LC enhed indeholdende 3,0 mol % EMIm-OTf i 5OCB i sin oprindelige tilstand, (I), efter anvendelse af 1,5 V til 4 s (II), og efterfølgende anvendelse af 0 V til 8 s (II) ved 37 ° C. (C) ændringer i transmittans af LC-enhed på 510 nm ved at skifte den anvendte spænding mellem 1,5 og 0 V. (D) oplysninger om transmittans ændring af LC-enhed på 510 nm. Tilpasset med tilladelse fra J. ændr. Chem. Soc. 140, 10946-10949 (2018). Copyright 2018 American Chemical Society. Venligst klik her for at se en større version af dette tal.

Figure 3
Figur 3 : Prototype skærmenheden. En ITO-mønstrede celle, der indeholder FcD- og EMIm-OTf-dopede cholesteric LC med en doping forholdet mellem 3,1 og 3,0 mol %, henholdsvis. Cellen kan blinke figur af "UT" ved at skifte den anvendte spænding mellem 1,5 og 0 V skiftevis. Venligst klik her for at se en større version af dette tal.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

Efter anmodning af 1,5 V til toppen ITO elektrode (figur 1C) gennemgår FcD en oxidation reaktion for at generere FcD+. Da FcD+ (101 µm-1, figur 1B) spiralformet vride magt er lavere end for FcD (116 µm-1, fig. 1A)19, den spiralformet pitch af cholesteric LC bliver længere og dermed skifter refleksion bølgelængde til en længere bølgelængde regionen fra 467 nm til 485 nm. Baseret på den heliske vride magt, kan forholdet mellem FcD og FcD+ i LC blandingen til stationær tilstand beregnes til at være 71:29. Hvis alle FcD i LC blandingen oxideres til at danne FcD+, refleksion bølgelængde bør være 536 nm, som er meget længere end der er konstateret for LC-enhed. Årsagen til en lav konverteringsfrekvens er sandsynligvis på grund af forekomsten af en reverse reaktion (reduktion af FcD+) finder sted på grænsefladen af LC blandingen og PEDOT+ film (figur 1C). Anvendelse af en højere spænding induceret en langt bredere vifte af farve Skift19. For eksempel når vi anvendes 2,5 V, farveskiftet var mere betydelig (623 nm, orange). Dette farveskift var imidlertid ikke reversibel. Når vi tog en cyklisk voltamogram (CV) af FcD, halvt-bølge potentiale vises på +0.61 V og irreversibel peak vises på +2.2 V19. Den korrekte drivende spænding bør derfor mellem +0.61 og +2.2 V.

Rollen af filmen består af poly(3,4-ethylenedioxythiophene) -co-poly (etylenglykol) doteret med perchlorat35 (PEDOT+) er en redox-par, der kan acceptere elektron fra FcD til at kompensere for den afgift. I virkeligheden, vi kan observere faldet i transmittans på omkring 600 nm (figur 2B-II), som er karakteristisk for reducerede PEDOT+36. Hvis ikke bruger PEDOT+ film, fandt ingen refleksion farveændring sted under den samme spænding betingelser19. Bemærk at en film af PEDOT/PSS37, en af de mest populære PEDOT derivater, ikke er egnet til denne enhed som refleksion farven ændres gradvist uden spænding program. Dette er sandsynligvis på grund af nogle uoprettelige reaktion mellem FcD og meget surt PSS.

Farve graduering tid til denne enhed er 0,4 s og 2.7 s og dermed reaktion hastighed er 45 nm/s og 7 nm/s for fremad- og bagudrettet farveændringer, henholdsvis. Den gennemsnitlige hastighed er 26 nm/s. Det er uhørt hurtigt blandt andre elektrisk farve modulable cholesteric LCs. I 2010, Bunning og medforfattere rapporteret27 en elektromekaniske farve afstemmelige cholesteric LC enhed, der kan ændre sine overvejelser farver i 3-5 s. I det synlige spektrum, kunne farve graduering hastighed beregnes som ~ 17 nm/s. Ingen andre eksempel26,29,30,31,33,34 blev rapporteret til at overskride denne hastighed før vores undersøgelse19. Det bemærkes også, at spændingen på 1,5 V kræves for farve graduering i enheden er betydeligt lavere i forhold til tidligere rapporteret dem24,25,26,27, 28 som de typisk forpligtet over 40 V.

Vi har demonstreret i protokollen for fabrikation af en reflekterende cholesteric LC display enhed indeholdende FcD-dopede LC som en aktive komponent. Dette er det første eksempel for et cholesteric LC, der kan ændre dens refleksion farve på begæring af en så lav som 1,5 V spænding. Under denne spænding betingelser, farveændring refleksion finder sted inden for 0,4 Sørensen, som også er en hidtil uset hastighed. Tidligere, kan refleksion farve graduering af cholesteric LCs, opnås kun ved at anvende høj spænding (typisk over 40 V). Denne metode, på den anden side kan modulere refleksion farve selv ved hjælp af almindelige 1,5 V tør-celle batteri. Denne cholesteric-LC-baserede skærmenheden ville bane vejen for udvikling af næste generation reflekterende skærme.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Vi har intet at videregive.

Acknowledgments

Vi takker Dr. Keisuke Tajima fra RIKEN Center for Emergent sagen videnskab for værdifulde drøftelser. En del af dette arbejde blev udført på avanceret karakterisering Nanotechnology Platform fra University of Tokyo, støttet af Ministeriet for uddannelse, kultur, sport, videnskab og teknologi (MEXT), Japan. Dette arbejde blev støttet økonomisk af en JSP'ER licensbetaling for videnskabelig forskning (S) (18H 05260) "Innovative funktionelle materialer baseret på multi-skala Interfacial Molekylær videnskab" for T.A. Y.I. er taknemmelig for en JSP'ER licensbetaling for udfordrende Sonderende forskning (16K 14062). St tak JSP'ER unge videnskabsmand Fellowship.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
1-Ethyl-3-methylimidazolium Trifluoromethanesulfonate, 98% TCI E0494
4-Cyano-4'-pentyloxybiphenyl, 98% TCI C1551
Diamond tipped glass cutter AS ONE 6-539-05
Dichloromethane, 99.5% KANTO CHEMICAL 10158-2B HPLC grade
Differential Scanning Calorimeter METTLER TOLEDO DSC 1
Digital microscope  KEYENCE VHX-5000
Extran MA01 Merck 107555
Fully ITO-coated glass plate Costum order, Resistance: ~30Ω
Glass beads Thermo Fisher Scientific 9005 5 ± 0.3 μm in diameter
Hot stage INSTEC mK1000
ITO-patterned glass plate Costum order, Resistance: ~30Ω
Oil rotary vacuum pump SATO VAC TSW-150 Pressure: ~5 Pa
Optical adhesive Noland NOA81
Poly(3,4-ethylenedioxythiophene), bis-poly(ethyleneglycol), lauryl terminated Sigma Aldrich 687316 0.7 wt% (dispersion in nitromethane)
Potentiostat TOHO TECHNICAL RESEARCH PS-08
Rubbing machine EHC MRJ-100S
Spectrophotometer JASCO V-670 UV/VIS/NIR
Spin coater MIKASA 1H-D7
Ultrapure water Merck  Milli-Q Integral 3
Ultrasonic bath AS ONE ASU-2 Power: 40 W
Ultrasonic soldering KURODA TECHNO SUNBONDER USM-IV
UV lamp AS ONE SLUV-4 Power: 4 W

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Chandrasekhar, S. Liquid Crystals. , Cambridge University Press. Cambridge. (1992).
  2. Blinov, L. M., Chigrinov, V. G. Electrooptic Effects in Liquid Crystal Materials. , Springer-Verlag. New York. (1994).
  3. Pieraccini, S., Masiero, S., Ferrarini, A., Spada, G. P. Chirality transfer across length-scales in nematic liquid crystals: fundamentals and applications. Chemical Society Reviews. 40 (1), 258-271 (2011).
  4. Eelkama, R., Feringa, B. L. Amplification of chirality in liquid crystals. Organic & Biomolecular Chemistry. 4 (20), 3729-3745 (2006).
  5. Wang, L., Li, Q. Stimuli-Directing self-organized 3D liquid-crystalline nanostructures: from materials design to photonic applications. Advanced Functional Materials. 26 (1), 10-28 (2016).
  6. Bisoyi, H. K., Li, Q. Light-directing chiral liquid crystal nanostructures: from 1D to 3D. Accounts of Chemical Research. 47 (10), 3184-3195 (2014).
  7. van Delden, R. A., Koumura, N., Harada, N., Feringa, B. L. Unidirectional rotary motion in a liquid crystalline environment: color tuning by a molecular motor. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 99 (8), 4945-4949 (2002).
  8. Mathews, M., Tamaoki, N. Planar chiral azobenzenophanes as chiroptic switches for photon mode reversible reflection color control in induced chiral nematic liquid crystals. Journal of the American Chemical Society. 130 (34), 11409-11416 (2008).
  9. Huang, Y., Zhou, Y., Doyle, C., Wu, S. -T. Tuning the photonic band gap in cholesteric liquid crystals by temperature-dependent dopant solubility. Optics Express. 14 (3), 1236-1242 (2006).
  10. Hu, W., et al. Magnetite nanoparticles/chiral nematic liquid crystal composites with magnetically addressable and magnetically erasable characteristics. Liquid Crystals. 37 (5), 563-569 (2010).
  11. Han, Y., Pacheco, K., Bastiaansen, C. W. M., Broer, D. J., Sijbesma, R. P. Optical monitoring of gases with cholesteric liquid crystals. Journal of the American Chemical Society. 132 (9), 2961-2967 (2010).
  12. Kelly, J. A., et al. Responsive photonic hydrogels based on nanocrystalline cellulose. Angewandte Chemie International Edition. 52 (34), 8912-8916 (2013).
  13. Coles, H., Morris, S. Liquid-crystal lasers. Nature Photonics. 4 (10), 676-685 (2010).
  14. Xiang, J., et al. Electrically tunable laser based on oblique heliconical cholesteric liquid crystal. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 113 (46), 12925-12928 (2016).
  15. Song, M. H., et al. Effect of phase retardation on defect-mode lasing in polymeric cholesteric liquid crystals. Advanced Materials. 16 (9-10), 779-783 (2004).
  16. White, T. J., McConney, M. E., Bunning, T. J. Dynamic color in stimuli-responsive cholesteric liquid crystals. Journal of Materials Chemistry. 20 (44), 9832-9847 (2010).
  17. Bisoyi, H. K., Bunning, T. J., Li, Q. Stimuli-driven control of the helical axis of self-organized soft helical superstructures. Advanced Materials. 30 (25), 1706512 (2018).
  18. Bisoyi, H. K., Li, Q. Light-driven liquid crystalline materials: from photo-induced phase transitions and property modulations to applications. Chemical Reviews. 116 (26), 15089-15166 (2016).
  19. Tokunaga, S., Itoh, Y., Tanaka, H., Araoka, F., Aida, T. Redox-responsive chiral dopant for quick electrochemical color modulation of cholesteric liquid crystal. Journal of the American Chemical Society. 140 (35), 10946-10949 (2018).
  20. Step̌nicǩa, P. Ferrocenes: Ligands, Materials and Biomolecules. , John Wiley & Sons Ltd. Chichester. (2008).
  21. Togni, A., Hayashi, T. Ferrocenes: Homogeneous Catalysis, Organic Synthesis, Materials Science. , VCH Verlagsgesellschaft. Weinheim. (1995).
  22. Fukino, T., Yamagishi, H., Aida, T. Redox-responsive molecular systems and materials. Advanced Materials. 29 (25), 1603888 (2017).
  23. Goh, M., Akagi, K. Powerful helicity inducers: axially chiral binaphthyl derivatives. Liquid Crystals. 35 (8), 953-965 (2008).
  24. Xianyu, H., Faris, S., Crawford, G. P. In-plane switching of cholesteric liquid crystals for visible and near-infrared applications. Applied Optics. 43 (26), 5006-5015 (2004).
  25. Lin, T. H., et al. Electrically controllable laser based on cholesteric liquid crystal with negative dielectric anisotropy. Applied Physics Letters. 88 (6), 061122 (2006).
  26. Bailey, C. A., et al. Surface limitations to the electro-mechanical tuning range of negative dielectric anisotropy cholesteric liquid crystals. Journal of Applied Physics. 111 (6), 063111 (2012).
  27. Bailey, C. A., et al. Electromechanical tuning of cholesteric liquid crystals. Journal of Applied Physics. 107 (1), 013105 (2010).
  28. Xiang, J., et al. Electrically tunable selective reflection of light from ultraviolet to visible and infrared by heliconical cholesterics. Advanced Materials. 27 (19), 3014-3018 (2015).
  29. Hu, W., et al. Electrically controllable selective reflection of chiral nematic liquid crystal/chiral ionic liquid composites. Advanced Materials. 22 (4), 468-472 (2010).
  30. Choi, S. S., Morris, S. M. M., Huck, W. T. S., Coles, H. J. Electrically tuneable liquid crystal photonic bandgaps. Advanced Materials. 21 (38-39), 3915-3918 (2009).
  31. Tokunaga, S., et al. Electrophoretic deposition for cholesteric liquid-crystalline devices with memory and modulation of reflection colors. Advanced Materials. 28 (21), 4077-4083 (2016).
  32. Sen, M. S., Brahma, P., Roy, S. K., Mukherjee, D. K., Roy, S. B. Birefringence and order parameter of some alkyl and alkoxycyanobiphenyl liquid crystals. Molecular Crystrals and Liquid Crystals. 100 (3-4), 327-340 (1983).
  33. McConney, M. E., et al. Electrically induced color changes in polymer-stabilized cholesteric liquid crystals. Advanced Optical Materials. 1 (6), 417-421 (2013).
  34. Choi, S. S., Morris, S. M., Huck, W. T. S., Coles, H. J. The switching properties of chiral nematic liquid crystals using electrically commanded surfaces. Soft Matter. 5 (2), 354-362 (2009).
  35. Sapp, S., Luebben, S., Losovyj, Y. B., Jeppson, P., Schulz, D. L., Caruso, A. N. Work function and implications of doped poly(3,4-ethylenedioxythiophene)-co-poly(ethylene glycol). Applied Physics Letters. 88 (15), 152107 (2006).
  36. Groenendaal, L., Jonas, F., Freitag, D., Pielartzik, H., Reynolds, J. R. Poly(3,4-ethylenedioxythiophene) and its derivatives: past, present, and future. Advanced Materials. 12 (7), 481-494 (2000).
  37. Kirchmeyer, S., Reuter, K. Scientific importance, properties and growing applications of poly(3,4-ethylenedioxythiophene). Journal of Materials Chemistry. 15 (21), 2077-2088 (2005).

Tags

Kemi spørgsmålet 144 Cholesteric flydende krystal chiral dopant redox reaktion reflekterende skærm strukturelle farve elektrokemi
En elektrokemisk Cholesteric flydende krystallinske enhed for hurtig og simpel-spænding farve graduering
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Tokunaga, S., Zeng, M., Itoh, Y.,… More

Tokunaga, S., Zeng, M., Itoh, Y., Araoka, F., Aida, T. An Electrochemical Cholesteric Liquid Crystalline Device for Quick and Low-Voltage Color Modulation. J. Vis. Exp. (144), e59244, doi:10.3791/59244 (2019).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter