الكهروكيميائية Cholesteric سائلة بلورية جهاز لتعديل لون سريعة والجهد المنخفض

* These authors contributed equally
Chemistry

Your institution must subscribe to JoVE's Chemistry section to access this content.

Fill out the form below to receive a free trial or learn more about access:

 

Summary

بروتوكول لتصنيع جهاز عاكس عرض بلوري سائل cholesteric المحتوية على يرد يستعمل مراوان مراعية للأكسدة والاختزال السماح بعملية سريعة والجهد المنخفض.

Cite this Article

Copy Citation | Download Citations | Reprints and Permissions

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).

Please note that all translations are automatically generated.

Click here for the english version. For other languages click here.

Abstract

علينا أن نظهر أسلوباً لاختلاق جهاز عرض يعكس نموذج الذي يحتوي على cholesteric الكريستال السائل (LC) كعنصر نشط. وتتألف cholesteric LC nematic LC 4 '-بينتيلوكسي-4-سيانوبيفينيل (5OCB)، ويستعمل مراوان المراعية للأكسدة والاختزال (إف سيد) ودعم اﻻلكتروﻻيت 1-إيثيل-3-ميثيليميدازوليوم تريفلوروميثانيسولفوناتي (اميم-اللوبي). أهم عنصر هو إف سيد. هذا الجزيء يتغير قيمته السلطة (بالمشاركة) التواء حلزوني استجابة لتفاعلات الأكسدة والاختزال. ولذلك، تسمح تفاعلات الأكسدة الكهروكيميائية في الموقع في خليط LC الجهاز لتغيير لونه انعكاس في الاستجابة للمحفزات الكهربائية. قدم الخليط LC بعمل شعري، في نوع ساندويتش إيتو زجاج خلية يتألف من شريحتين زجاج مع أقطاب أكسيد القصدير (إيتو) إنديوم منقوشة، واحدة منها كانت مغطاة بطبقة poly(3,4-ethylenedioxythiophene)-co-بولي (الإيثيلين يخدر جليكول) مع بيركلورات (بيدوت+). بناء على طلب من + 1.5 V، تغيير لون انعكاس للجهاز من الأزرق (467 nm) إلى اللون الأخضر (485 نانومتر) في 0.4 اللاحقة س. تقديم طلب 0 الخامس الجهاز استعادة اللون الأزرق الأصلي في 2.7 s. يتميز هذا الجهاز باستجابته أسرع الكهربائية والتشغيل أدنى الجهد بين أي جهاز LC cholesteric المبلغ عنها سابقا. هذا الجهاز يمكن أن يمهد الطريق لتطوير القادم جيل يعرض العاكسة مع معدلات استهلاك منخفض للطاقة.

Introduction

Cholesteric البلورات السائلة (LCs) معروفة لمعرض انعكاس مشرق الألوان بسبب تلك الترتيبات الجزيئية حلزونية داخلية1،2،3،4. الطول الموجي انعكاس λ يتحدد الملعب حلزونية ف والانكسار المتوسط مؤشر ن من قانون العمل (λ = nP). يمكن إنشاء مثل هذه LCs بالمنشطات مراوان المركبات (دوبانتس مراوان) إلى nematic LCs والملعب حلزوني تحدده المعادلة P = 1/βمج، βم فيها قوة اللف حلزوني (بالمشاركة) و C هو المولى جزء بسيط يستعمل انطباقي. استناداً إلى هذه الفكرة، دوبانتس مراوان المختلفة التي يمكن أن تستجيب لمجموعة متنوعة من المنبهات مثل الضوء5،6،،من78والحرارة9والمجال المغناطيسي10والغاز11 وقد وضعت. هذه الخصائص التي يمكن أن تكون مفيدة للعديد من التطبيقات مثل أجهزة الاستشعار12 وأشعة الليزر13،،من1415 بينها16،17،18 .

في الآونة الأخيرة، قمنا بتطوير الأول يستعمل مراوان المراعية للأكسدة إف سيد (الشكل 1أ)19 التي يمكن تغيير قيمته بالمشاركة في الرد على تفاعلات الأكسدة والاختزال. إف سي وتتألف من وحدة فيرسين، التي يمكن أن تخضع للأكسدة عكسها ردود فعل20،،من2122، ووحدة بينافثيل، والتي من المعروف أن معرض عالية القيمة بالمشاركة23 د . LC cholesteric يخدر مع إف سيد، حضور اﻻلكتروﻻيت داعمة، يمكن تغيير لونه انعكاس داخل 0.4 s واستعادة اللون الأصلي في 2.7 ثانية عند تطبيق الجهد + 1.5 و 0 الخامس، على التوالي. ولاحظ بسرعة استجابة عالية ومنخفضة الجهد التشغيل للجهاز لم يسبق له مثيل بين أي جهاز LC cholesteric حتى الآن ويقال.

أحد التطبيقات الهامة ل cholesteric LCs في عرض العاكسة، معدل استهلاك الطاقة الذي أقل بكثير مما يعرض LC التقليدية. ولهذا الغرض، يجب تغيير cholesteric LCs لونه التفكير مع المحفزات الكهربائية. ومع ذلك، تستخدم معظم المنهجيات السابقة الكهربائية اقتران بين المحفزات الكهربائية التطبيقية وجزيئات LC المضيفة، الأمر الذي يتطلب الجهد العالي ما يزيد على 40 الخامس24،،من2526،27 ،28. لاستخدام يستعمل مراوان تستجيب كهربائياً، هناك فقط بضعة أمثلة29،30 بما في ذلك جهودنا السابقة العمل31، الأمر الذي يتطلب أيضا الجهد العالي مع سرعة استجابة منخفضة. النظر في هذه الأعمال السابقة، أداء لدينا ناديد-جهاز LC cholesteric مخدر، خاصة بالنسبة لسرعة تعديل لون سريعة (0.4 s) والجهد التشغيل المنخفض (1.5 V)، هو أحد الإنجازات رائدة التي يمكن إلى حد كبير الإسهام في وضع يعرض العاكسة الجيل القادم. في هذا البروتوكول مفصلاً، نظهر في عمليات التصنيع، وإجراءات التشغيل لأجهزة عرض النموذج LC cholesteric.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

1-إعداد الخليط LC cholesteric

  1. إضافة 84.6 مغ 5OCB وملغ 5.922 إف سيد19 (3.1 mol % إلى 5OCB) في قنينة زجاجية نظيفة 10 مل.
  2. إضافة 12.9 مغ من اللوبي اميم و 10 مل من الميثان (CH Cl22) في قنينة زجاج مل 10 نظيفة جديدة ومزيج جيد. نقل 2.1 مل الحل اميم-اللوبي في 5OCB-و ناديد-تحتوي على قنينة الزجاج. بلطف يهز القنينة للسماح لكافة مكونات مزيج جيد.
  3. قنينة الزجاج مع رقائق ألومنيوم تغطية وإجراء عدة ثقوب في الجزء العلوي.
  4. الحرارة2Cl2 CH أعلاه الحل التي تحتوي على 5OCB، إف سيد (مول 3.1% إلى 5OCB) واميم-اللوبي (مول 3.0 في المائة إلى 5OCB) في 80 درجة مئوية في غطاء جيد التهوية. بعد 60 دقيقة، يتبخر معظم CH2Cl2 . هذا الإجراء مهم لضمان خلط المكونات متجانسة.
  5. تتبخر المتبقية CH2Cl2 تحت ضغط انخفاض (~5.0 السلطة الفلسطينية) بمضخة فراغ الروتاري النفط عند 80 درجة مئوية لمدة 60 دقيقة في هود جيد التهوية للحصول على خليط LC برتقال واضحة.

2-إعداد ساندويتش-نوع الخلية الزجاج إيتو

  1. التنظيف الداخلي إيتو مغلفة بالزجاج
    1. قطع زجاج إيتو منقوشة (10 سم × 10 سم، المقاومة: Ω ~ 30)، الذي يحتوي على 100 قطعة القطب المعينة إلى حجم أصغر (10 مم × 10 مم) بقطع زجاج مقلوب الماس حيث أن قطعة واحدة تتضمن نمط واحد من مسرى. تحقق دائماً من مقاومة سطح الزجاج لمعرفة الجانب الذي هو منقوشة مع إيتو باستخدام، على سبيل المثال، رقمي متعدد متر (الجانب إيتو منقوشة بمقاومة منخفضة).
    2. قطع زجاج إيتو مغلفة الكامل (10 سم × 10 سم، المقاومة: Ω ~ 30) إلى حجم أصغر قبل قاطع مقلوب زجاج الماس (10 ملم × 12 ملم). مرة أخرى، تحقق من مقاومة سطح الزجاج لمعرفة الجهة التي هي مغلفة مع إيتو.
    3. تحضير حلاً غسيل بخلط 60 مل من MA01 اكستران و 240 مل من الماء عالي النقاوة في وعاء زجاج (~ 500 مل). أعد نقع أعلاه إيتو ألواح الزجاج في الحل تماما في مثل هذه طريقة أن لا تلمس سطح كل لوح الزجاج مع بعضها البعض. في حالة غسل العديد من ألواح الزجاج إيتو، من المستحسن استخدام بعض الدعم (مثل شامبو الفرشاة).
    4. وضع ألواح الزجاج إيتو المحتوية على السفينة في حمام الموجات فوق الصوتية، و sonicate عليه لمدة 30 دقيقة. بعد الصب قبالة الحل الغسيل، الشطف السفينة التي تحتوي على ألواح الزجاج إيتو من 200 مل الماء عالي النقاوة لثلاث مرات.
    5. إضافة 300 مل من الماء عالي النقاوة و sonicate السفينة لمدة 20 دقيقة. ثم إزالة الماء من والصفق. كرر هذا دورة الغسيل باستخدام الماء عالي النقاوة لثلاث مرات. لكل دورة الغسيل، تحقق هذا ترتيب ألواح الزجاج إيتو في السفينة حيث أسطح اللوحات غير متصلة ببعضها البعض.
    6. بعد الانتهاء من دورات الغسيل، جاف ألواح الزجاج إيتو واحداً تلو الآخر من خلال تدفق غاز النيتروجين. عند وضع ألواح الزجاج إيتو مكان نظيف، تبقى سطح إيتو التصاعدي تفاديا لأي ضرر أو تلوث السطح.
  2. تصنيع بيدوت+ مغلفة بلوح الزجاج إيتو
    1. وضع القنينة الزجاجية التي تحتوي على حل نيتروميثاني من poly(3,4-ethylenedioxythiophene)--شركة-بولي (جليكول) يخدر مع بيركلورات (بيدوت+، و 0.7%) في حمام الموجات فوق الصوتية و sonicate عليه لمدة 60 دقيقة للحصول على حل مشتتة جيدا.
    2. مكان إيتو تماما مغلفة بلوح الزجاج على محور دوار المغطى تدور مع إيتو السطحية التي تواجه تستقيم. ينفخون الغبار من سطح إيتو باستخدام بندقية ضربة نيتروجين. نقل 50 ميليلتر من سونيكاتيد الطازج بيدوت+ الحل بعناية ماصة.
    3. تلفيق الفيلم بيدوت+ بالغزل لوحة بمعدل 1000 دورة في الدقيقة 60 ثانية في الظروف المحيطة (~ 25 درجة مئوية، والرطوبة: ~ 45%). تبقى بيدوت+ مغلفة بألواح الزجاج إيتو الظروف المحيطة ح 1 دون الخبز.
  3. تصنيع الخلية الزجاج إيتو
    1. ينفخون الغبار من ألواح الزجاج إيتو منقوشة باستخدام بندقية ضربة نيتروجين.
    2. فرك الوجه إيتو من ألواح الزجاج (10 مم × 10 مم) مع القماش رايون بدقة استخدام آلة فرك. خلال العملية برمتها، استخدام بندقية ضربة نيتروجين لتجنب تلوث الغبار.
    3. القيام بالإجراءات التالية في مكان الذي يمكن أن تجنب تلوث الغبار، ومن الناحية المثالية في غرفة نظيفة.
    4. مزيج قطره مادة لاصقة ضوئية وكمية الأرز الحجم من حبات الزجاج تماما.
    5. تقع أسفل بيدوت+ المغلفة إيتو زجاج لوحة على الطاولة مع تستقيم تواجه السطحية بيدوت+ . وضع كمية صغيرة جداً من خليط لاصق على بيدوت+ المغلفة صفيحة الزجاج إيتو حيث الزوايا الأربع إيتو منقوشة تأتي اللوحة الزجاجية.
    6. وضع لوحة زجاج إيتو منقوشة على بيدوت+ المغلفة صفيحة الزجاج إيتو في مثل هذه طريقة أن تواجه أسطح إيتو من ألواح الزجاج اثنين إلى بعضها البعض لاختلاق خلية. ادفع برفق الأركان الأربعة للخلية. تأكيد فجوة خلية موحدة باختفاء نمط هامش لاحظ على سطح الخلية.
    7. تشعيع الخلية الزجاج إيتو أعلاه مع مصباح 365 نانومتر الأشعة فوق البنفسجية ل 20 ثانية لتعزيز الانضمام.
    8. حرارة الخلية أعلاه في مرحلة ساخنة عند 100 درجة مئوية ل 3 (ح) مواصلة تعزيز الالتصاق.
    9. قم بتوصيل سلكين إجراء لكل من منطقة إيتو من ألواح الزجاج في الخلية باللحام بالموجات فوق الصوتية.

3-لون تجارب التحوير

  1. إدخال الخليط LC cholesteric في الخلية الزجاج إيتو لتصنيع الجهاز LC
    1. لسهولة المناولة وإصلاح الأسلاك لما ورد أعلاه أعدت خلية الزجاج على شريحة مجهر مع أشرطة عازلة.
    2. الحرارة القنينة الزجاجية التي تحتوي على خليط LC cholesteric عند 80 درجة مئوية لمدة 10 إلى 15 دقيقة في مرحلة ساخنة. أيضا حرارة الخلية الزجاج إيتو وملعقة، الذي يستخدم لنقل العينة، في نفس درجة الحرارة.
    3. نقل كمية صغيرة من الخليط LC cholesteric الساخنة باستخدام ملعقة ساخنة بسرعة إلى فجوة ألواح الزجاج إيتو اثنين من الخلية. تملأ الفجوة بين ألواح الزجاج اثنين بعمل شعري، الذي يأخذ ~ 60 ثانية.
    4. خفض درجة حرارة المرحلة الساخنة حيث أن درجة حرارة الخلية تصل إلى 37 درجة مئوية.
    5. دفع مركز الجهاز يحمل لون انعكاس مشرق.
  2. لون التشكيل تجارب باستخدام مجهر ضوئي رقمي.
    1. تطبيق + 1.5 و 0 الخامس بالتناوب إلى جهاز LC 4 s و 8 ق، على التوالي، باستخدام بوتينتيوستات عند 37 درجة مئوية. يتم تعريف قيم الجهد الكهربي لغير بيدوت+-القطب إيتو المغلفة الإشارة إلى أن بيدوت+-المغلفة القطب إيتو في الجهاز. مراقبة وتسجيل تغيير لون الجهاز LC مجهر ضوئي رقمي.
  3. لون والمطيافيه تجارب التحوير
    1. استخدم المعلمات التالية إعداد جهاز المطياف الضوئي تجاه الأشعة فوق البنفسجية: وضع مضوائيه: % T، واستجابة: عرض النطاق الترددي السريع،: 1.0 شمال البحر الأبيض المتوسط، وسرعة المسح الضوئي: 2,000 نيوتن متر/دقيقة، ونطاق المسح: 800 إلى 300 نانومتر
    2. لقياس خط الأساس، ضع المرحلة الساخنة في جهاز المطياف الضوئي دون الجهاز LC. ضمان أن ثقب المراقبة يتم وضعها بشكل صحيح في مسار بصري جهاز المطياف الضوئي والإصابة من زاوية 0°. مراقبة منافذه قيمة في الوقت الحقيقي على طول موجي معينة يتم تكبير قيمته عن طريق ضبط موضع المرحلة الساخنة. ثم تبدأ في قياس خط الأساس.
    3. ضع الجهاز LC في هذه المرحلة الساخنة ومن ثم، ضع المرحلة الساخنة إلى الموضع المناسب في نفس طريقة كما هو موضح في المقطع 3.3.2. بدء القياس وتسجيل الطيف.
    4. تطبيق + 1.5 V 4 s وابدأ القياس. بعد القياس، تطبيق 0 الخامس 8 s، ومرة أخرى، ابدأ القياس.
    5. تطبيق + 1.5 و 0 الخامس بالتناوب لمائة مرة على الجهاز LC 4 s و 8 ق، على التوالي، باستخدام بوتينتيوستات. منافذه قياسياً في طول موجي معين (510 نيوتن متر) خلال دورات تطبيق الجهد.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

الصور والأطياف منافذه ومنافذه يعتمد وقت تغيير الملامح 510 نانومتر جمعت لجهاز LC المحتوية على إف سيد-مخدر (مول 3.1%) LC cholesteric حضور اميم-اللوبي (مول 3.0%) وخلال دورات تطبيق الجهد بين 0 و + 1.5 V عند 37 درجة مئوية.

خليط LC المحتوية على إف سيد (مول 3.1 في المائة)، اميم-اللوبي (مول 3.0%) وأظهرت 5OCB ميسوفاسي cholesteric من 46.8 درجة مئوية إلى 3.2 درجة مئوية في التبريد ومن 4.8 درجة مئوية إلى 49.7 درجة مئوية في تدفئة أكده التفاضلية القياس القياس (DSC) المسح (معدل المسح الضوئي: 5 درجة مئوية/دقيقة). عرضت الجهاز LC التي تحتوي على هذا الخليط لون مشرق تفكير (الشكل 2A-أنا) الفرقة التفكير التي تركزت في 467 نانومتر ولوحظ وضوح في الطيف منافذه (الشكل 2ب-أنا) عند 37 درجة مئوية. كان شكل الطيف نفاذية هذه المواد LC في الخلية النموذجية من LCs cholesteric1،2، حيث Δ عرض الفرقةλ (= 45 nm) هو الاتفاق مع القيمة المقدرة (53 نانومتر) حسبت استناداً إلى (العادية n o = 1.53)32 وغير عادية (نه = 1.71)32 الانكسار من 5OCB. يشير هذا إلى أن جزيئات LC تواؤماً البلوتينيوم في الخلية الذي تم التوصل إليه ببساطة عن طريق فرك سطح الركيزة الزجاج دون الفيلم اتجاه، مما يسمح للمراقبة واضحة من طيف الألوان ومنافذه مشرق.

عندما تم تطبيق جهد من + 1.5 V إلى جهاز LC، تغيير لون انعكاس فورا من الأزرق إلى الأخضر (485 نانومتر، الشكل 2أ-ثانيا ، و الشكل 2ب-ثانيا). الطلب اللاحق 0 الخامس أدت إلى انتعاش اللون الأزرق الأولى (467 نانومتر، الشكل 2ألف-ثالثا و الرقم 2ب-ثالثا). يمكن أن تتكرر هذه الدورة مرات عديدة مع تدهور الحد الأدنى من منافذه (الشكل 2-ج) بسبب اضطراب أورينتاشونال من جزيئات LC التي يمكن إصلاحها ببساطة عن طريق تطبيق إمالة. وكشف التحليل الكمي أن التغييرات الألوان الأمامية والخلفية التي أنجزت في 0.4 فقط s و 2.7 ثانية، على التوالي، استناداً إلى التغيير 90% في منافذه في 510 نانومتر (الشكل 2د). ويلاحظ أن هذا الجهاز LC العاكسة cholesteric هو أسرع بكثير في الاستجابة وأدنى في الجهد العملية بين أولئك مصممة لتكون مدفوعة كهربائياً24،،من2526،27 ،،من2829،30،31،،من3334.

ونحن أيضا ملفقة خلية مع قطب إيتو منقوشة مع شخصية من "حزب التحرير" استخدام Fcد-مخدر (مول 3.1%) LC cholesteric التي تحتوي على اميم-اللوبي (مول 3.0 في المائة). تطبيق + 1.5 V و 0 الخامس بالتناوب بالرقم وميض (الشكل 3).

Figure 1
الشكل 1 : التركيب الكيميائي ليستعمل مراوان المراعية للأكسدة إف سي د وآلية للتفكير تغيير اللون. (أ وب) وتشكل الهياكل الكيميائية إف سيد وبه المؤكسد إف سيد+. الملعب حلزونية ف من ش cholesteric تتألف من 5OCB و ناديد يصبح أطول عند أكسدة إف سيد الذي يدفع تخفيض β السلطة التواء حلزوني بهم. (ج) رسم توضيحي لآلية التعديل الكهروكيميائية للون انعكاس. تكييف بإذن من شركة نفط الجنوب الكيمياء مدينتنا. ج. 140، 10946-10949 (2018). حقوق الطبع والنشر عام 2018 الجمعية الأمريكية الكيميائية. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-

Figure 2
الشكل 2 : استجابة الكهربائية من انعكاس لون الجهاز LC cholesteric. صور فوتوغرافية (A) ومنافذه الأطياف (ب) من إف سيد-مخدر (مول 3.1%) جهاز LC يتضمن 3.0 mol % من اللوبي اميم في 5OCB في حالته الأولية (ط)، بعد التطبيق + 1.5 V s 4 (ثانيا)، والطلب اللاحق 0 الخامس ل 8 s (ثانيا) عند 37 درجة مئوية. (ج) تغيرات في نفاذية الجهاز LC في 510 نيوتن متر عند التبديل بين الجهد المطبق بين + 1.5 و 0 ف (د) تفاصيل منافذه تغيير الجهاز LC في 510 نانومتر. تكييف بإذن من شركة نفط الجنوب الكيمياء مدينتنا. ج. 140، 10946-10949 (2018). حقوق الطبع والنشر عام 2018 الجمعية الأمريكية الكيميائية. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-

Figure 3
الشكل 3 : جهاز عرض النموذج الأولى- خلية منقوشة إيتو المحتوية على إف سيد-و LC cholesteric اميم-اللوبي-يخدر بنسبة المنشطات 3.1 ومول 3.0 في المائة، على التوالي. يمكن وميض الخلية هذا الرقم من "حزب التحرير" بالتبديل بين الجهد المطبق بين + 1.5 و 0 الخامس بالتناوب. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

بناء على طلب من + 1.5 V إلى أعلى إيتو قطب كهربائي (الشكل 1ج)، يخضع إف سيد فعل أكسدة لتوليد إف سيد+. كما قوة التواء حلزوني إف سيد+ (101 ميكرومتر-1، الشكل 1ب) أقل من إف سيد (ميكرومتر 116-1، الشكل 1ألف)19، الملعب حلزونية من cholesteric LC يصبح أطول وهكذا نوبات الطول الموجي انعكاسا لمنطقة طول موجي أطول من 467 نانومتر إلى 485 نانومتر. استناداً إلى قوة التواء حلزوني، يمكن حساب النسبة بين إف سيد و ناديد+ في الخليط LC في حالة ثابتة لتكون 71:29. إذا كان هو تتأكسد جميع إف سيد في خليط LC إلى نموذج إف سيد+، الطول الموجي التفكير ينبغي أن 536 شمال البحر الأبيض المتوسط، وأطول بكثير من التي لوحظت بالنسبة للجهاز LC. والسبب أن معدل التحويل المنخفض من المحتمل نظراً لحدوث رد فعل عكسي (الحد من إف سيد+) تنعقد في الواجهة الخليط LC والفيلم بيدوت+ (الشكل 1ج). تطبيق الجهد العالي الناجم عن طائفة أوسع من تحول لون19. على سبيل المثال، عندما قمنا بتطبيق + 2.5 الخامس، كان التغير اللوني أكثر أهمية (623 نانومتر، البرتقالي). ومع ذلك، لم يكن هذا تغير لون عكسها. عندما أخذنا دوري فولتاموجرام (CV) من إف سيدوإمكاناتها نصف الموجه يظهر في +0.61 الخامس والذروة لا رجعة فيه يظهر في +2.2 الخامس19. ولذلك، ينبغي أن يكون الجهد القيادة المناسبة بين +0.61 و +2.2 الخامس.

دور الفيلم تتألف من poly(3,4-ethylenedioxythiophene)-co-بولي (جليكول) يخدر مع بيركلورات35 (بيدوت+) هو زوجين الأكسدة التي يمكن أن تقبل الإلكترون من إف سيد للتعويض عن التهمة. وفي الواقع، يمكن أن نلاحظ انخفاض نفاذية حوالي 600 نانومتر (الشكل 2ب-ثانيا)، الذي سمة لانخفاض بيدوت+36. إذا لم تكن تستخدم الفيلم بيدوت+ ، أي تغيير لون انعكاس جرت تحت ظروف الجهد نفسه19. لاحظ أن فيلم من PSS بيدوت/37، أحد مشتقات بيدوت الأكثر شعبية، غير مناسب لهذا الجهاز كما يتغير لون انعكاس تدريجيا دون تطبيق الجهد. ومن المرجح نتيجة لبعض ردود الفعل لا رجعة فيه بين إف سيد و PSS الحمضية العالية.

الوقت تعديل الألوان لهذا الجهاز هو 0.4 s و 2.7 s، ومن ثم سرعة استجابة هو 45 nm/s، وشمال البحر الأبيض المتوسط 7/s للتغييرات في الألوان الأمامية والخلفية، على التوالي. معدل السرعة 26 نيوتن متر/ثانية. هذا لم يسبق له مثيل بين أي دولة أخرى سريعة كهربائياً لون LCs cholesteric مودولابل. في عام 2010، باننج ومؤلفين أفاد27 اليكتروميتشانيكالي الانضباطي cholesteric LC جهاز الألوان التي يمكن أن تغير عن انعكاس الألوان في ق 3-5. في النطاق المرئي، يمكن حساب سرعة تعديل لون ~ 17 نيوتن متر/ثانية. وذكر لا الأخرى مثال26،29،30،31،،من3334 تتجاوز هذه السرعة قبل الدراسة لدينا19. ولوحظ أيضا أن الجهد 1.5 V المطلوبة لتعديل الألوان في الجهاز أقل مقارنة إلى حد كبير لتلك التي سبق الإبلاغ عنها24،25،،من2627، 28 أنها تتطلب عادة ما يزيد على 40 الخامس.

لقد أظهرنا البروتوكول المتعلق بتصنيع جهاز عرض LC العاكسة cholesteric التي تحتوي على إف سيد-يخدر LC كعنصر نشط. وهذا هو المثال الأول LC cholesteric التي يمكن تغيير لونه انعكاس عند تطبيق الجهد منخفضة تصل إلى 1.5 V. في ظل هذه الظروف الجهد، وتغيير لون انعكاس يجري ضمن 0.4 s، والذي أيضا بسرعة لم يسبق لها مثيل. سابقا، يمكن تحوير لون انعكاس cholesteric LCs يمكن تحقيقه فقط عن طريق تطبيق الجهد العالي (عادة ما يزيد على 40 الخامس). من ناحية أخرى، يمكن أن تعدل هذه المنهجية، لون انعكاس حتى باستخدام V 1.5 العادي الجاف-خلية البطارية. جهاز عرض cholesteric-LC-تعتمد هذه ستمهد الطريق لوضع يعرض العاكسة الجيل القادم.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

ليس لدينا شيء الكشف عنها.

Acknowledgments

ونشكر الدكتور كيسوكي تاجيما من مركز بتبريد "العلم هذه المسألة الناشئة" للمناقشات القيمة. جزء من هذا العمل وقد أجرى في منصة تقنية النانو توصيف متقدمة من جامعة طوكيو، وتدعمها وزارة التربية والتعليم، والثقافة والرياضة، والعلوم والتكنولوجيا، اليابان. هذا العمل ماليا وأيده معونات JSPS للعلمية البحثية (S) (ح 18 05260) على "المواد الفنية المبتكرة استناداً إلى مقياس متعدد العلوم الجزيئية السطح البيني" لتشعر بالامتنان لمعونات JSPS لتحدي Y.I. يأتون البحوث الاستكشافية (14062 ك 16). شارع فضل زمالة عالم الشباب JSPS.

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).

Comments

0 Comments


    Post a Question / Comment / Request

    You must be signed in to post a comment. Please or create an account.

    Usage Statistics