Waiting
Login processing...

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

Chemistry

Bir elektrokimyasal Kolesterik sıvı kristal aygıt için hızlı ve düşük voltajlı renk modülasyon

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

Bir Redoks duyarlı kiral dopant hızlı ve düşük voltaj işlemi izin sunulan içeren bir yansıtıcı Kolesterik sıvı kristal ekran cihaz imalat için bir protokol.

Abstract

Kolesterik sıvı kristal (LC) içeren bir prototip yansıtıcı görüntü aygıtı imalatı için bir yöntem etkin bir bileşeni olarak göstermektedir. Kolesterik LC bir nematik LC 4'-pentyloxy-4-cyanobiphenyl (5OCB), redoks duyarlı kiral dopant (FcD) ve destekleyici bir elektrolit 1-etil-3-methylimidazolium trifluoromethanesulfonate (EMIm-OTf) oluşur. FcDen önemli bileşenidir. Bu molekül sarmal büküm güç (HTP) değerini yanıt Redoks reaksiyonları olarak değiştirir. Bu nedenle, elektrik bizi canlı tutan onun yansıması rengini değiştirmek aygıtın yerinde elektrokimyasal Redoks reaksiyonları LC karışımı izin. LC karışımı, bir kılcal eylemle bunlardan biri poly(3,4-ethylenedioxythiophene) -coile kaplı iki cam slayt desenli indiyum kalay oksit (ITO) elektrotlar ile oluşan bir hücreye sandviç türü ITO cam tanıtıldı-Poli (etilen glikol) perklorat (PEDOT+) ile katkılı. +1.5 V başvuru üzerine, cihazın yansıma rengini değiştirmiş maviden (467 nm) yeşil (485 nm) 0.4 s. sonraki uygulama 0 V yapılan cihazın orijinal mavi renk 2,7 kurtarmak s. Bu cihaz onun en hızlı elektrikli yanıt tarafından karakterize ve herhangi arasında en düşük işletme gerilimi daha önce Kolesterik LC aygıt bildirdi. Bu cihaz bir sonraki nesil yansıtıcı görüntüler düşük enerji tüketimi oranları ile geliştirilmesi için önünü açabilir.

Introduction

Kolesterik sıvı kristaller (LCs) parlak yansıma renkleri nedeniyle kendi iç Helisel moleküler düzenlemeler1,2,3,4sergi bilinmektedir. Yansıma dalga boyu λ P ve ortalama refraktif indeks n Akkreditivin Helisel saha tarafından belirlenir (λ = nP). Böyle LCs kiral doping tarafından oluşturulabilir bileşikler (kiral dopants) nematik LCs için ve onun Helisel pitch denklemi P tarafından tanımlanan = 1/βMC, βM Helisel büküm güç (HTP) nerede ve C azı kiral dopant kısmını. Bu kavram, uyaranlara ışık5,6,7,8, ısı9, manyetik alan10ve gaz11 gibi çeşitli yanıt verebilir çeşitli kiral dopants temel geliştirilmiştir. Gibi özellikleri sensörler12 ve lazerler13,14,15 diğerleri arasında gibi çeşitli uygulamalar için potansiyel olarak yararlı16,17,18 .

Son zamanlarda, ilk Redoks duyarlı kiral dopant Redoks reaksiyonları cevaben HTP değerini değiştirebilirsiniz FcD (şekil 1A)19 geliştirdik. FC D tersinir Redoks reaksiyonları20,21,22geçirmek için bir ferrocene birimi ve yüksek HTP değeri23sergilemek için bilinen bir binaphthyl birimi oluşur. FcileD, destekleyici bir elektrolit huzurunda katkılı Kolesterik LC 0.4 s ve yeniden elde etmek onun orijinal renk 2.7 içinde içinde yansıma rengini değiştirebilirsiniz s +1.5 ve 0 V, gerilim başvurusu üzerine sırasıyla. Yüksek tepki hızı ve düşük işletme gerilimi aygıt için diğer Kolesterik LC cihaz arasında görülmemiş defa bildirilmektedir görülmektedir.

Kolesterik LCs önemli uygulamalardan biri olan enerji tüketim oranı çok daha geleneksel LC görüntüler düşüktür yansıtıcı görüntüler mevcuttur. Bu amaçla, Kolesterik LCs elektriksel uyaranlar ile onun yansıması renk değiştirir. Ancak, önceki metodolojileri çoğunun bir elektrik uygulamalı elektriksel uyaranlar ana bilgisayar LC molekülleri arasında yüksek gerilim gerektiren 40'tan fazla V24,25,26,27 coupling ve kullanmak ,28. Elektrikle duyarlı kiral dopant kullanımı için aynı zamanda düşük tepki hızı ile yüksek gerilim gerektiren bizim önceki iş31, dahil olmak üzere sadece birkaç örnekler29,30 vardır. Bu önceki işleri, bizim FcDperformansını göz önüne alındığında-katkılı Kolesterik LC aygıtın, özellikle hızlı renkli modülasyon hızı (0,4 s) ve düşük işletme gerilimi (1.5 V), büyük ölçüde olabilir çığır açan bir başarı Sonraki nesil yansıtıcı görüntüler gelişimine katkıda bulunmak. Bu ayrıntılı iletişim kuralında, imalat süreçleri ve çalışma usulleri, prototip Kolesterik LC görüntüleme aygıtlarına göstermektedir.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

1. Kolesterik LC karışımı hazırlanması

  1. 5OCB 84.6 mg ve 5.922 mg FcD19 (3.1 mol % 5OCB için) bir temiz 10 mL cam şişe ekleyin.
  2. 12.9 mg EMIm OTf ve diklorometan (CH2Cl2) 10 mL yeni temiz 10 mL cam şişe ekleyin ve iyice karıştırın. 2.1 mL EMIm OTf çözeltisi 5OCB - ve FcDtransfer-cam şişe içeren. Yavaşça karıştırın tüm bileşenleri bırak şişeyi sallayın.
  3. Bir alüminyum folyo ile cam şişe kapağı ve üst birkaç delik yapmak.
  4. 5OCB, FcD (3.1 mol % 5OCB için) ve EMIm-OTf (3.0 mol % 5OCB için) iyi havalandırılmış bir başlıklı 80 ° C'de içeren yukarıdaki CH2Cl2 çözüm ısı. 60 dk sonra CH2Cl2 çoğunu buharlaşmış. Bu yordamı homojen bileşenlerinin karıştırma sağlamak önemlidir.
  5. Kalan CH2Cl2 düşük basınç (~5.0 Pa) yağ döner vakum pompası için 60 dk 80 ° C'de tarafından altında açık turuncu bir LC karışım elde etmek için iyi havalandırılmış başlıklı buharlaşır.

2. sandviç türü ITO cam hücre hazırlanması

  1. ITO prosedürü temizlik cam kaplı
    1. ITO desenli cam kesme (10 cm x 10 cm, direnç: ~ 30 Ω), hangi 100 adet daha küçük bir boyuta (10 mm x 10 mm) belirlenmiş bir elektrot bir elmas uçlu cam kesici tarafından bu tek parça bir desen elektrot içerir böylece içerir. Her zaman hangi tarafta, (ITO desenli yan düşük dayanımı yüksektir) için dijital Multi metre örnekle ITO ile desenli bilmek cam yüzeyinin dayanıklılığını kontrol edin.
    2. Tam ITO kaplı cam kesme (10 cm × 10 cm, direnç: ~ 30 Ω) bir elmas uçlu cam kesici tarafından daha küçük bir boyuta (10 mm x 12 mm). Yine, hangi tarafı ITO ile kaplı bilmek cam yüzeyinin dayanıklılığını kontrol edin.
    3. Bir çamaşır çözüm 60 mL Extran MA01 ve 240 mL cam kap (~ 500 mL) ultrasaf su karıştırılarak hazır olun. Yukarıdaki çözüm her cam levha yüzeyine bir başka değişiklik yapmaz iyice şekilde içine ITO cam plakanın hazırlanan emmek. Birçok ITO cam tabak yıkama durumunda, bu bazı destek (örneğin, şampuan fırça) kullanmak için tavsiye edilir.
    4. Gemi içeren ITO cam plakanın bir ultrasonik banyoda koymak ve 30 dk için solüsyon içeren temizleyicide. Yıkama çözüm decanting sonra ITO cam plakanın ultrasaf su tarafından 200 mL için üç kez içeren gemi durulayın.
    5. 300 mL ultrasaf su ekleyin ve 20 dk için gemi solüsyon içeren temizleyicide. Su tarafından decantation kaldır. Bu yıkama döngüsü ultrasaf su kullanarak için üç kez tekrarlayın. Her yıkama döngüsü için levha yüzeylerinin birbirine bağlı olmayan gemi ITO cam levha düzenlenmesi denetleyin.
    6. Bitirdikten sonra yıkama döngüleri, azot gaz akımı yoluyla ITO cam plakanın tek tek kuru. ITO cam plakanın üzerine koymak ne zaman temiz yerleştirin, ITO yüzey yukarıya doğru herhangi bir zarar veya yüzey kirlenmesini önlemek için tutun.
  2. PEDOT+ imalatı ITO cam levha kaplı
    1. Poly(3,4-ethylenedioxythiophene) -conitromethane solüsyon içeren cam şişe koymak-perklorat (PEDOT+, 0.7 wt %) ile katkılı Poli (etilen glikol) Ultrasonik banyo içine ve bunun için de dağınık bir çözümü elde etmek 60 dk solüsyon içeren temizleyicide.
    2. Yer tamamen ITO spin coater ITO yüzey bakan dik ile rotator üzerinde cam levha kaplı. Toz ITO yüzeyinden kapalı azot darbe silah kullanarak darbe. Dikkatli bir şekilde taze sonicated PEDOT+ çözüm 50 µL pipet tarafından aktarın.
    3. PEDOT+ filmin 60 için 1000 rpm hızında plaka iplik tarafından imal s, ortam koşulları (~ 25 ° C, nem oranı: % ~ 45). Devam PEDOT+ ITO cam plakanın 1 h için ortam koşulları altında pişirme olmadan kaplı.
  3. ITO cam hücre imalatı
    1. ITO desenli cam plakanın tozdan kapalı azot darbe silah kullanarak darbe.
    2. Cam plakanın (10 mm x 10 mm) ITO çehresini Rayonu bezle iyice sürtünme makinasıyla RUB'dir. Tüm süreç sırasında azot darbe silah tozları kirlenmesini önlemek için kullanın.
    3. Tozları, ideal bir temiz oda içinde kirlenmesini önlemek bir yerde aşağıdaki yordamları uygulayın.
    4. Bir damla optik bir yapıştırıcı ve cam boncuklar pirinç ölçekli miktarı iyice karıştırın.
    5. Lay PEDOT+ aşağı ITO cam levha ile PEDOT+ yüzey bakan dik tabloda kaplı. Yerine PEDOT+ yapıştırıcı karışımı çok az miktarda nerede ITO dört köşesine cam plaka gel desenli ITO cam levha kaplı.
    6. Böyle bir şekilde iki cam plakanın ITO yüzeylerinin bir hücre imal etmek birbirine bakacak şekilde ITO desenli cam kaplı tabağa PEDOT+ ITO cam tabak koyun. Hücre dört bir yanına yavaşça itin. Hücre yüzeyi gözlenen bir saçak desen kaybolması tarafından bir tek tip hücre boşluk onaylayın.
    7. 20 için 365 nm UV lambalı yukarıdaki ITO cam hücre ışınlatayım yapışma güçlendirmek için s.
    8. Yukarıdaki hücre yapışma güçlendirme devam etmek 3 h için 100 ° C'de sıcak bir sahnede ısı.
    9. Ultrasonik lehimleme tarafından her hücredeki cam plakanın ITO alanının iki iletken tel bağlayın.

3. renk modülasyon deneyler

  1. Kolesterik LC karışımı giriş LC cihaz imalatı ITO cam hücresine
    1. Kolayca işlemek için yukarıdaki teller cam cep mikroskobu slayda bir yalıtım bandı ile hazırlanan düzeltmek.
    2. Isı sıcak bir sahnede 10-15 dk 80 ° C'de Kolesterik LC karışımı içeren cam şişe. Ayrıca ısı ITO cam hücre ve aynı sıcaklıkta örnek aktarmak için kullanılan bir spatula.
    3. Sıcak Kolesterik LC karışımı küçük bir miktar ısıtmalı spatula kullanarak hızlı bir şekilde iki ITO cam tabak hücre boşluğu aktarın. ~ 60 tekrar kılcal eylem tarafından iki cam levha arasındaki boşluğu doldurmak s.
    4. Böylece hücre sıcaklığı 37 ° c ulaşır daha düşük sıcaklık sıcak sahne
    5. Parlak yansıma renk sergilemek için aygıt ortasına itin.
  2. Modülasyon deneyler Dijital optik mikroskop kullanarak renk.
    1. +1.5 ve 0 V dönüşümlü olarak 4 LC aygıtın geçerli s ve 8 s, sırasıyla, 37 ° C'de bir potansiyostat kullanarak Voltaj değerleri olmayan-PEDOT için+tanımlanır-PEDOT+için bu referans olarak kaplanmış ITO elektrot-kaplamalı ITO elektrot içinde belgili tanımlık aygıt. Gözlemlemek ve renk değişikliği LC cihazın Dijital optik mikroskop tarafından kayıt.
  3. Spektrometrik renk modülasyon deneyler
    1. Aşağıdaki UV-VIS Spektrofotometre kurulum parametrelerini kullanın: fotometrik modu: %T, yanıt: hızlı, bant genişliği: 1.0 nm, tarama hızı: 2000 nm/dak, tarama aralığı: 800-300 nm
    2. Temel ölçüm için LC aygıtı olmayan Spektrofotometre sıcak sahne yerleştirin. Gözlem delik düzgün Spektrofotometre optik yol içinde yerleştirilir ve 0 ° açı of insidansı olduğundan emin olun. Geçirgenliği düşük değeri izlemek değeri sıcak sahne yerleşimini ayarlayarak ekranı kaplamış bir belirli dalga boyu, gerçek zamanlı. Temel ölçüm için başlatın.
    3. LC aygıt bu sıcak sahne alanı yerleştirin ve sonra sıcak sahne aynı şekilde uygun konuma 3.3.2 bölümünde açıklandığı gibi yerleştirin. Ölçüm başlatmak ve spektrum kaydedin.
    4. +1.5 V 4 s ve başlangıç için geçerli ölçüm. Ölçüm sonra 0 V 8 s ve, tekrar başlamak için geçerli ölçüm.
    5. +1.5 ve 0 V dönüşümlü 100 kez 4 LC aygıtın geçerli s ve 8 s, sırasıyla, bir potansiyostat kullanarak. Belirlenmiş bir dalga boyu, kayıt geçirgenliği (510 nm) gerilim uygulama döngüsü sırasında.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

Fotoğraflar, geçirgenliği spectra ve zaman bağımlı geçirgenliği değiştirmek profilleri, 510 nm FcDiçeren LC aygıt için toplanan-katkılı (3.1 mol %) Kolesterik LC EMIm-OTf (3.0 mol %) huzurunda 0 ve +1.5 V 37 ° C'de arasındaki gerilim uygulama döngüsü sırasında

FcD (3.1 mol %), EMIm-OTf (3.0 mol %) içeren LC karışımı ve 5OCB sergilenen Kolesterik mesophase 46,8 ° C'ye soğutma 3.2 ° C ve 4.8 ° C-diferansiyel tarama Kalorimetre (DSC) ölçüm tarafından teyit Isıtma 49,7 ° C (tarama hızı: 5 ° C/dak). Bu karışımı içeren LC aygıtı bir parlak yansıma renk sergilenen (Şekil 2A-Ben) 467 merkezli olan yansıma grubu nm açıkça onun geçirgenliği spektrumunda görülmektedir (Şekil 2B-Ben) 37 ° C'de Geçirgenliği spektrum hücrede bu LC malzemenin şekil Kolesterik LCs1,2, tipik nerede bant genişliği Δλ (= 45 nm) ile anlaşma tahmini değer (53 nm) sıradan (göre hesaplanır n o 1.53 =)32 ve olağanüstü (ne 1,71 =)32 kırılma endeksi, 5OCB. Bu LC moleküller sadece cam alt katman oryantasyon filmi, parlak renkli ve geçirgenliği spektrum net gözlem için izin olmadan yüzey sürtünme tarafından elde edildi hücre içinde homojen hizalanır belirtir.

LC aygıta +1.5 V gerilim uygulandığında, yansıma rengi değişti hemen maviden yeşile (485 nm, Şekil 2A-II ve Şekil 2B-II). 0 V sonraki uygulama ilk mavi renk toparlanmanın sonuçlandı (467 nm, Şekil 2A-III ve Şekil 2B-III). Bu döngü en az geçirgenliği (Şekil 2C) hangi sadece bir kesme uygulayarak onarılabilir LC moleküllerin orientational bir bozukluk nedeniyle bozulma ile birçok kez tekrarlanabilir. Kantitatif analiz ortaya ileriye ve geriye doğru renk değişiklikleri yalnızca 0,4 tamamlanmıştır s ve 2.7 s, sırasıyla, 510, geçirgenliği % 90 değişiklik dayalı nm (Şekil 2D). Kolesterik yansıtıcı LC aygıttaki farkla en hızlı yanıt ve Çalışma voltajı o arasında en düşük elektrikle tahrik24,25,26,27 olacak şekilde belirtilmektedir ,28,29,30,31,33,34.

Ayrıca "UT" FcDkullanarak bir rakam ile desenli bir ITO elektrot ile bir hücre fabrikasyon-katkılı (3.1 mol %) Kolesterik LC EMIm-OTf (3.0 mol %) içeren. +1.5 V ve 0 V uygulama alternatif (şekil 3) yanıp şekil yaptı.

Figure 1
Resim 1 : Redoks duyarlı kiral dopant kimyasal yapısı FC D ve yansıması için mekanizma renk değişikliği. (A, B) FcD ve onun oksitlenmiş kimyasal yapıları FcD+oluştururlar. Helisel perdesini P 5OCB ve FcD oluşan Kolesterik LC onun Helisel büküm güç βMdüşürücü indükler FcD oksidasyon daha uzun olur. (C) yansıması renk elektrokimyasal modülasyon mekanizmasının Illustration. J. olduğumu Kimyasalları Soc. izniyle uyarlanmıştır 140, 10946-10949 (2018). Telif hakkı 2018 Amerikan Kimya Derneği. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.

Figure 2
Resim 2 : Yansıma renk Kolesterik LC cihazın elektrik yanıt. Fotoğrafları(a)ve geçirgenliği spectra (B) FcD-katkılı (3.1 mol %) Sonra +1.5 V 4 s (II) için uygulama ve uygulama için 8 0 V 3.0 mol'ın %'emım OTf 5OCB ilk durumunda (ı), içeren LC aygıtı s (II) 37 ° C'de (C) 510 LC cihaz geçirgenliği değişimler üzerine +1.5 ve f. 0 arasında uygulanan gerilim anahtarlama nm (D) geçirgenliği ayrıntılarını değiştirin uyarınca LC cihazın 510 nm. J. olduğumu Kimyasalları Soc. izniyle uyarlanmıştır 140, 10946-10949 (2018). Telif hakkı 2018 Amerikan Kimya Derneği. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.

Figure 3
Şekil 3 : Prototip görüntü aygıtı. FcD- ve EMIm OTf katkılı Kolesterik LC 3.1 ve 3.0 mol %, doping oranında sırasıyla içeren ITO desenli bir hücreye. Hücre "UT" figürü dönüşümlü olarak uygulanan gerilim +1.5 ve 0 V arasında geçiş yaparak yanıp. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

+1.5 V ITO elektrot (şekil 1C) dön dilekçe üzerine FcD FcD+oluşturmak için bir oksidasyon reaksiyonu uğrar. FcD+ (101 µm-1, şekil 1B) Helisel büküm gücünü FcD (116 µm-1, şekil 1A) daha düşük olduğu gibi19, Kolesterik LC Helisel perdesini daha uzun olur ve böylece yansıma dalga boyu daha uzun bir dalga boyu bölgesine 467--dan vardiya nm 485 için nm. Helisel büküm gücüyle dayanarak, FcD ve FcD+ arasındaki oran sabit devlet LC karışımı 71:29 olmak hesaplanabilir. Tüm FcD LC karışımı forma FcD+okside, yansıma dalga boyu 536 olmalıdır çok daha uzun daha LC aygıt için gözlenen nm. LC karışımı ve PEDOT+ film (şekil 1C) arayüzü yer alan ters bir tepki ( FcD+azalma) oluşumu nedeniyle büyük olasılıkla düşük dönüşüm oranı için nedenidir. Daha yüksek bir voltaj uygulanması çok geniş bir renk kayması19indüklenen. Örneğin, renk kayması +2.5 V uygulandığında daha önemli (623 nm, portakal). Ancak, bu renk değişikliği tersine çevrilebilir değildi. Ne zaman bir döngüsel voltammogram (CV) FcDaldık, yarı dalga potansiyeli +0.61 V görünür ve geri dönüşü en yüksek görünür 2,2 V19. Bu nedenle, uygun sürüş voltaj +0.61 ve 2,2 V arasında olmalıdır.

Poly(3,4-ethylenedioxythiophene) -co, film rolü oluşur-perklorat35 ile (PEDOT+) katkılı Poli (etilen glikol) elektron Fctelafi etmek içinD üzerinden kabul edebilir bir Redoks çift olduğunu şarj edin. Aslında, geçirgenliği yaklaşık 600 düşüş gözlemleyebilirsiniz nm (Şekil 2B-II), azaltılmış PEDOT+36için karakteristik olan. Eğer PEDOT+ film kullanarak değil, hiçbir yansıması renk değişikliği aynı gerilim koşulları19altında gerçekleşti. Not bir film PEDOT/PSS37, bir en popüler PEDOT türevleri, yansıma renk yavaş yavaş gerilim uygulama değiştikçe bu aygıt için uygun değildir. FcD ve yüksek asitli PSS arasında geri dönüşü olmayan bazı tepki nedeniyle bu olasıdır.

0,4 bu aygıtın renk modülasyon zamanı s ve 2.7 s ve böylece yanıt hızı olan 45 nm/s ve 7 nm/s için ileriye ve geriye doğru renk değişiklikleri, anılan sıraya göre. 26 nm/s ortalama hızıdır. Bu emsalsiz olduğunu hızlı herhangi bir diğer arasında elektriksel olarak modulable Kolesterik LCs renk. 2010 yılında27 Bunning ve co-yazar rapor bir elektromekanik onun yansıması değiştirmek için renk tunable Kolesterik LC aygıt 3-5 s renkler. Görünür aralığında, renkli modülasyon hızı ~ 17 nm/s hesaplanan. Hiçbir diğer örnek26,29,30,31,33,34 bu hız bizim çalışma19önce bildirildi. Ayrıca 1.5 V renk modülasyon içinde belgili tanımlık aygıt için gerekli voltaj önemli ölçüde daha düşük daha önce bildirilen olanlar için karşılaştırıldığında dikkat24,25,26,27, 28 genellikle V 40 gerektiği.

FcDiçeren yansıtıcı bir Kolesterik LC görüntü aygıtı imalatı için protokol göstermiştir-LC etkin bir bileşen olarak katkılı. Bu 1.5 V düşük bir gerilim başvurusu üzerine yansıması rengini değiştirebilirsiniz bir Kolesterik LC için ilk örnektir. Bu gerilim koşullar altında yansıma renk değişikliği 0,4 içinde yer alır s, ayrıca benzeri görülmemiş bir hız. Daha önce yansıma renk modülasyon Kolesterik LCs, sadece yüksek gerilim (genellikle 40'ı aşkın V) uygulayarak ulaşılabilir olabilir. Bu metodoloji, öte yandan, hatta sıradan 1,5 V kuru hücreli pil kullanarak yansıma renk modüle. Bu Kolesterik-LC-esaslı görüntü aygıtı sonraki nesil yansıtıcı görüntüler gelişimi için önünü.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

İfşa etmek yok.

Acknowledgments

RIKEN Merkezi'nden Dr. Keisuke Tajima değerli tartışmalar için acil sorun bilim için teşekkür ediyoruz. Bu çalışmanın bir parçası gelişmiş karakterizasyonu nanoteknoloji platformu Tokyo Üniversitesi yapılmıştır, Milli Eğitim Bakanlığı, kültür, spor, bilim ve Teknoloji (MEXT) tarafından desteklenen, Japonya. T.A. Y.I. için zorlu bir JSP'ler Grant-in-Aid için minnettar olduğu için bu eser mali JSP'ler Grant-in-Aid tarafından bilimsel araştırma (S) (18 H 05260) için "Yenilikçi işlevsel malzemeler çok ölçek Interfacial moleküler bilime dayalı" desteklenmiştir Araştırmacı araştırma (16K 14062). Altyazılı JSP'ler genç bilim adamı bursu teşekkürler.

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

Kimya sayı: 144 Kolesterik sıvı kristal kiral dopant redoks reaksiyonu yansıtıcı ekran yapısal renk elektrokimya
Bir elektrokimyasal Kolesterik sıvı kristal aygıt için hızlı ve düşük voltajlı renk modülasyon
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