En protokoll for fabrikasjon av en reflekterende cholesteric flytende krystallinsk skjerm enhet inneholder en redoks-responsive chiral dopant tillater rask og lavspent drift er presentert.
Vi viser en metode for å fabrikere en prototype reflekterende skjermenhet som inneholder cholesteric krystall (Langbane) som en aktiv komponent. Cholesteric LC består av en nematic LC 4′-pentyloxy-4-cyanobiphenyl (5OCB), redoks-responsive chiral dopant (FcD) og en støttende elektrolytt 1-etyl-3-methylimidazolium trifluoromethanesulfonate (EMIm-OTf). Den viktigste komponenten er FcD. Dette molekylet endrer spiralformede kronglete makt (HTP) verdien svar redoksreaksjoner. Derfor tillate i situ elektrokjemiske redoksreaksjoner i LC blandingen enheten å endre sin refleksjon i respons på elektrisk stimuli. LC blandingen ble innført, kapillære handling, i en sandwich-type ITO glass celle består av to glass lysbilder med mønstret indium tinn oksid (ITO) elektroder, hvorav var belagt med poly(3,4-ethylenedioxythiophene) –co-poly (etylen glykol) dopet med enheter (PEDOT+). Ved anvendelse av +1.5 V, refleksjon fargen på enheten endret fra blå (467 nm) til grønt (485 nm) i 0,4 s. etterfølgende søknad 0 V gjort enheten gjenopprette den opprinnelige blå fargen i 2.7 s. Denne enheten er preget av sin raskeste elektriske reaksjon og laveste driftsspenningen mellom tidligere rapportert cholesteric LC-enheten. Denne enheten kan bane vei for utvikling av neste generasjons reflekterende skjermer med lav energi forbruk priser.
Cholesteric flytende krystaller (LCs) er kjent for å lyse refleksjon farger på grunn av deres interne spiralformede molekylær arrangementer1,2,3,4. Refleksjon bølgelengde λ bestemmes av spiralformede banen P og gjennomsnittlig refraktiv indeks n av LC (λ = nP). Slike LCs kan genereres av chiral forbindelser (chiral dopants) å nematic LCs og tonehøyden spiralformede er definert ved ligningen P = 1/βMC, der βM er spiralformede kronglete makt (HTP) og C er molar brøkdel av det chiral dopant. Basert på dette begrepet, ulike chiral dopants som kan svare på en rekke ulike stimuli som lys5,6,7,8, varme9, magnetfelt10og gassen11 er utviklet. Slike egenskaper er potensielt nyttig for ulike applikasjoner som sensorer12 og lasere13,14,15 blant andre16,17,18 .
Nylig har utviklet vi den første redoks-responsive chiral dopant FcD (figur 1A)19 som kan endre HTP verdien svar redoksreaksjoner. FC D består av en ferrocene enhet, som kan gjennomgå reversibel Redoks reaksjoner20,21,22, og en binaphthyl enhet, som er kjent for å ha høy HTP verdien23. Cholesteric LC dopet med FcD, i nærvær av en støtte elektrolytt, kan endre refleksjon fargen 0,4 s og gjenopprette sin opprinnelige farge i 2.7 s etter spenning søknad av +1.5 og 0 V, henholdsvis. Høy respons hastighet og lav driftsspenningen observert enheten er enestående blant andre cholesteric LC enheter så langt rapportert.
En av de viktige programmene cholesteric LCS er i reflekterende skjermer, som energiforbruk er mye lavere enn de konvensjonelle LC. For dette formålet, bør cholesteric LCs endre refleksjon farge med elektrisk stimuli. Men benytter de fleste av de tidligere metodikkene en elektrisk kopling mellom anvendt elektrisk stimuli og vertskap LC molekyler, som krever høy spenning over 40 V24,25,26,27 ,28. For bruk av elektrisk forståelsesfull chiral dopant er det bare noen eksempler29,30 inkludert våre tidligere arbeid31, som krever også høy spenning med lite respons hastighet. Vurderer disse tidligere verker ytelsen til våre FcD-dopet cholesteric LC-enheten, spesielt for rask farge modulering hastigheten (0,4 s) og lav driftsspenningen (1,5 V), er en banebrytende prestasjon som kan bidra til utvikling av neste generasjons reflekterende viser. Denne detaljerte protokollen viser vi metallbearbeiding prosesser og operasjonsprosedyrer til skjermenheter for prototype cholesteric LC.
Ved anvendelse av +1.5 V til toppen ITO elektrode (figur 1C) gjennomgår FcD en oksidasjon reaksjon for å generere FcD+. Spiralformede kronglete makt FcD+ (101 µm-1, figur 1B) er lavere enn <strong…
The authors have nothing to disclose.
Vi takker Dr. Keisuke Tajima fra RIKEN senter for Emergent saken Science for verdifulle diskusjoner. En del av dette arbeidet ble utført på Avansert karakterisering nanoteknologi plattformen ved University of Tokyo, støttet av Kunnskapsdepartementet, kultur, sport, vitenskap og teknologi (MEXT), Japan. Dette arbeidet ble økonomisk støttet av et JSP Grant-in-Aid for vitenskapelig forskning (S) (18H 05260) på “Nyskapende funksjonelle materialer basert på multi-skala Interfacial molekylær Science” for år Y.I. er takknemlig for en JSP-Grant-in-Aid for utfordrende Utforskende forskning (16K 14062). St Takk JSP unge vitenskapsmannen fellesskap.
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 |