전기 화학 Cholesteric 액체 결정 장치를 신속 하 고 낮은 전압 색깔 변조에 대 한

* 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:

Welcome!

Enter your email below to get your free 10 minute trial to JoVE!





We use/store this info to ensure you have proper access and that your account is secure. We may use this info to send you notifications about your account, your institutional access, and/or other related products. To learn more about our GDPR policies click here.

If you want more info regarding data storage, please contact gdpr@jove.com.

 

Summary

반사 cholesteric 액체 크리스탈 디스플레이 장치를 포함 하는 산화 환 원 반응 키 랄도 펀트 신속 하 고 저전압 동작이 표시의 제조에 대 한 프로토콜.

Cite this Article

Copy Citation | Download Citations

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

활성 구성 요소로 cholesteric 액정 (LC)를 포함 하는 프로토 타입 반사 디스플레이 장치를 조작 하는 방법을 설명 합니다. Cholesteric LC는 nematic 액정 4'-pentyloxy-4-cyanobiphenyl (5OCB), 산화 환 원 반응 키 랄도 펀트 (FcD), 및 지원 전해질 1-에틸-3-methylimidazolium trifluoromethanesulfonate (EMIm OTf)의 구성 됩니다. 가장 중요 한 구성 요소는 FcD. 이 분자는 산화 환 원 반응에 대 한 응답에서의 헬리컬 왜곡 전력 (HTP) 값을 변경합니다. 따라서, 현장에서 전기 화학적 산화 환 원 반응을 LC 혼합물에 전기 자극에 대 한 응답에서의 반사 색상을 변경 하려면 장치에 대 한 허용. LC 혼합물에 도입 되었다, 모 세관 작용에 의해 샌드위치 형 이토 유리 셀 패턴된 인듐 주석 산화물 (ITO) 전극으로 두 개의 유리 슬라이드 구성 중 하나는 poly(3,4-ethylenedioxythiophene)-공동코팅 했다-폴 리 (에틸렌 글리콜) 과염소산염 (PEDOT+)와 첨가. 1.5 V의 응용 프로그램에 따라 소자의 반사 색 블루에서 변경 (467 nm) 녹색 (485 nm) 0.4 s. 후속 0 V의 응용 프로그램 만든 2.7에서 원래 파란색 복구 장치 s. 이 장치는 그것의 가장 빠른 전기 응답 특징 고 간에 낮은 동작 전압 이전 cholesteric 액정 장치에 보고 된. 이 장치는 낮은 에너지 소비 속도와 다음 세대 반사 디스플레이의 개발에 대 한 길을 닦은 수 있습니다.

Introduction

Cholesteric 액정 (LCs) 그들의 내부 헬리컬 분자 배열1,2,,34인 밝은 반사 색상을 전시 알려져 있습니다. 반사 파장 λ P 와 평균 굴절 색인 n 는 액정의 헬리컬 피치에 의해 결정 됩니다 (λ = nP). 이러한 LCs 랄도 핑에 의해 생성 될 수 있습니다 화합물 (랄 dopants) nematic LCs와 그것의 헬리컬 피치 P 방정식에 의해 정의 됩니다 1/βMC, βM 는 헬리컬 왜곡 전력 (HTP) = C 는 모 랄은 키 랄도 펀트 분수 이 개념, 다양 한 라이트5,6,,78, 열9,10, 자기장 등 가스11 자극에 대응할 수 있는 다양 한 키 랄 dopants에 따라 개발 되었습니다. 이러한 속성은 센서12 및 레이저13,,1415 등 등 다양 한 응용 프로그램에 잠재적으로 유용16,17,18 .

최근에, 우리는 첫 번째 redox 반응 키 랄도 펀트 FcD (그림 1A)19 산화 환 원 반응에 대 한 응답에서의 HTP 값을 변경할 수 있는 개발. Fc D 는 가역 산화 환 원 반응20,,2122받을 수, ferrocene 단위 그리고 높은 HTP 값23전시 알려져 있다 binaphthyl 단위 구성 됩니다. 지원 전해질의 존재와 FcD, 실수로 cholesteric 액정 0.4 s 및 복구 2.7에 원래 색상의 반사 색상을 변경할 수 있습니다 1.5 및 0 V, 전압 적용 시 s 각각. 높은 응답 속도 낮은 동작 전압에 대 한 장치는 cholesteric 액정 장치 중 전례 없는 지금까지 보고 관찰.

누구의 에너지 소비 속도 기존의 액정 디스플레이 보다 훨씬 낮은 반사 디스플레이에 cholesteric LCs의 중요 한 응용 프로그램 중 하나입니다. 이 위해 cholesteric LCs 전기 자극으로 반사 색상을 변경 해야 합니다. 그러나, 대부분 이전 방법론의 활용 한 전기 커플링 적용된 전기 자극 및 호스트 액정 분자 사이 높은 전압을 필요로 40 V24,,2526,27 ,28. 전기 반응 키 랄도 펀트의 사용에 대 한 단지 몇 가지 예제29,30 우리의 이전 작품31을 또한 낮은 응답 속도와 높은 전압을 요구 한다을 포함 하 여 있다. 이러한 이전 작품, 우리의 FcD의 성능 고려-특히 빠른 컬러 변조 속도 대 한도 핑된 cholesteric 액정 장치 (0.4 s)와 낮은 동작 전압 (1.5 V), 크게 할 수 있는 획기적인 업적 이다 다음 세대 반사 디스플레이의 개발에 기여 한다. 이 상세한 프로토콜에서 제조 프로세스 및 프로토 타입 cholesteric 액정 디스플레이 소자의 동작 절차 설명합니다.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

1입니다. cholesteric 액정 혼합물의 준비

  1. 깨끗 한 10ml 유리 약 병에 5OCB의 84.6 mg와 FcD19 (3.1 mol %5OCB)의 5.922 mg을 추가 합니다.
  2. 새로운 깨끗 한 10ml 유리 약 병에 12.9 mg EMIm OTf와 dichloromethane (채널2Cl2) 10 mL를 추가 하 고 잘 혼합. 2.1 mL EMIm OTf 솔루션의 5OCB 및 FcD에 전송-유리 작은 유리병을 포함 하. 부드럽게 흔들어 잘 혼합 하는 모든 구성 요소를 유리병.
  3. 알루미늄 호 일 유리 유리병을 커버 하 고 상단에 여러 개의 구멍을 만들.
  4. 위의 채널2Cl2 솔루션 5OCB, FcD (3.1 mol %5OCB ~)와 EMIm OTf (5OCB 3.0 mol %)는 통풍이 잘되는 후드에서 80 ° C에 포함 된 열. 60 분 후 채널2Cl2 의 대부분은 증발 된다. 이 절차는 구성 요소의 균질 혼합 되도록 중요 하다.
  5. 나머지 채널2Cl2 감압 (Pa ~5.0) 60 분 동안 80 ° C에서 오일 로타리 진공 펌프에 의해에서 명확 하 게 오렌지 액정 혼합물을 얻기 위해 통풍이 잘되는 후드에서 증발.

2. 샌드위치 형 이토 유리 셀의 준비

  1. 유리 코팅은 이토의 절차를 청소
    1. 꽃무늬 이토 유리를 잘라 (10 cm x 10 cm, 저항: ~ 30 Ω), 더 작은 크기 (10 m m x 10 m m)에 지정 된 전극의 100 조각 다이아몬드 기울어진된 유리 커터에 의해 포함 된 전극의 한 패턴을 포함 하는 그 한 조각 그래서. 항상 어느 쪽을 사용 하 여, 예를 들어, 디지털 멀티 미터 (이토 꽃무늬 쪽은 낮은 저항) 이토 패턴은 알아야 유리의 표면 저항을 확인 하십시오.
    2. 완전히 ITO 코팅 유리를 잘라 (10 ㎝ × 10 ㎝, 저항: ~ 30 Ω) 다이아몬드 기울어진된 유리 커터에 의해 더 작은 크기 (10 m m x 12 m m). 다시, 어느 쪽은 이토 코팅 알아야 유리의 표면 저항을 확인 하십시오.
    3. 세척 솔루션 60ml 세척제 MA01 및 유리 용기 (~ 500 mL)에 초순의 240 mL를 혼합 하 여 준비 합니다. 담가 위의 각 유리 접시의 표면으로 서로 만지지 않는다 그런 방법으로 철저 하 게 솔루션으로 이토 유리 접시를 준비. 많은 이토 유리 접시를 세척 하는 경우 일부 지원 (예: 샴푸 브러쉬)를 사용 하는 것이 좋습니다.
    4. 초음파 목욕에 선박 포함 이토 유리 접시를 넣고 30 분 동안 그것을 sonicate. 세척 솔루션을 decanting, 후 이토 유리 접시를 포함 하는 3 시간 동안 초순 물 200 mL에 의해 용기를 헹 굴.
    5. 초순의 300 mL를 추가 하 고 20 분에 대 한 선박을 sonicate. 그런 다음 이동 하 여 물을 제거 합니다. 세 번에 대 한 초순 수를 사용 하 여이 세척 주기를 반복 합니다. 각 세척 주기에 대 한 플레이트의 표면에 서로 연결 되지 않습니다 있도록 선박에서 이토 유리 접시의 배치를 확인 합니다.
    6. 마친 후 세척 주기 건조 질소 가스 흐름을 통해 이토 유리 접시 하나. 때 이토 유리 접시는 깨끗 한 장소, 손상이 나 표면의 오염을 피하기 위하여 ITO 표면 위쪽으로 계속.
  2. PEDOT+ 의 제작 코팅 이토 유리 접시
    1. Poly(3,4-ethylenedioxythiophene)-co의 nitromethane 솔루션을 포함 하는 유리 병에 넣어-폴 리 (에틸렌 글리콜) 과염소산염 (PEDOT+, 0.7 wt %)로 첨가 초음파 목욕으로 잘 분산 된 솔루션을 얻기 위해 60 분 동안 그것을 sonicate 고.
    2. 장소 완벽 하 게 이토 코팅 이토 표면 직면 똑바로와 스핀 coater의 회전자에 유리 접시. 질소 타격 총을 사용 하 여 ITO 표면에서 먼지를 날 려. 조심 스럽게 피 펫 갓 sonicated PEDOT+ 솔루션의 50 µ L 전송.
    3. PEDOT+ 영화 60 1000 rpm의 속도로 접시를 회전 시켜 조작 주변 조건에서 s (25 ° C, 습도: ~ 45%). 계속 PEDOT+ 굽기 없이 1 시간에 대 한 주위 조건 하에서 이토 유리 접시를 코팅.
  3. 이토 유리 셀의 제조
    1. 질소 타격 총을 사용 하 여 패턴 이토 유리 접시에서 먼지를 날 려.
    2. 철저 하 게 마찰 기계를 사용 하 여 주 천으로 유리 접시 (10 x 10 mm)의 이토 얼굴을 문질러. 전체 과정에서 질소 타격 총을 사용 하 여 먼지의 오염을 방지.
    3. 클린 룸에 이상적으로 먼지의 오염을 피할 수 있는 장소에 다음 절차를 실시 합니다.
    4. 광학 접착제와 유리 구슬의 쌀 크기의 양을 한 방울을 철저 하 게 혼합.
    5. PEDOT+ 다운 레이 이토 유리 접시 PEDOT+ 표면 직면 올바른 테이블에 코팅. PEDOT+ 에 접착제 혼합물의 아주 작은 금액을 넣어 코팅 어디는 이토의 네 모서리 무늬 유리 접시와 이토 유리 접시.
    6. 두 개의 유리 접시의 ITO 표면 직면 하 고 다른 셀을 조작 하는 방식에 꽃무늬 이토 유리 코팅에 PEDOT+ 플레이트 이토 유리 접시를 넣어. 가볍게 눌러 셀의 네 모퉁이. 셀의 표면에서 관찰 하는 프린지 패턴의 실종에 의해 일정 한 셀 갭을 확인 합니다.
    7. 20 365 nm UV 램프와 위의 이토 유리 셀을 비추는 접착 력을 강화 하기 위해 s.
    8. 접착 강화 계속 3 h 100 ° C에서 뜨거운 무대에 위의 셀을 열.
    9. 초음파 납땜 하 여 각 셀에서 유리 접시의 이토 지역에 2 개의 지휘 철사를 연결 합니다.

3. 색상 변조 실험

  1. LC 소자의 제조에 대 한 이토 유리 셀으로 cholesteric 액정 혼합물의 소개
    1. 쉽게 처리 하기 위해 수정 위의 전선 절연 테이프로 현미경 슬라이드 유리 셀을 준비.
    2. 뜨거운 무대에 10 ~ 15 분 동안 80 ° C에서 cholesteric 액정 혼합물을 포함 하는 유리 유리병을 열. 또한 이토 유리 셀과 주걱, 같은 온도에서 샘플을 전송 하는 데 사용 되는 열.
    3. 셀의 두 이토 유리 접시의 간격을 신속 하 게 온수 주걱을 사용 하 여 적은 양의 뜨거운 cholesteric 액정 혼합물을 전송. ~ 60는 모 세관 작용에 의해 두 개의 유리 접시 사이 격차를 채우기 s.
    4. 셀의 온도 37 ° c.에 도달 되도록 뜨거운 무대의 저온
    5. 밝은 반사 색 전시 장치의 중심을 밀어.
  2. 디지털 광학 현미경을 사용 하 여 색상 변조 실험.
    1. 1.5와 0 V 4에 대 한 LC 장치를 번갈아 적용 s와 8 s, 37 ° c.에 있는 potentiostat를 사용 하 여 각각 전압 값은 비 PEDOT+에 대 한 정의-PEDOT+에 대 한 참조 코팅된 ITO 전극-코팅 된 ITO 전극 장치에서. 관찰 하 고 디지털 광학 현미경에 의해 LC 소자의 색상 변화를 기록 합니다.
  3. Spectrometric 색상 변조 실험
    1. 다음 대 일 분 광 광도 계 설치 매개 변수를 사용 하 여: 광도 모드: %T, 응답: 빠른, 대역폭: 1.0 nm, 스캔 속도: 2000 nm/min, 스캔 범위: 800 ~ 300 nm
    2. 기준선 측정에 대 한 LC 장치 없이 분 광 광도 계에 뜨거운 무대를 놓습니다. 부각의 각은 0 ° 관찰 구멍 제대로 분 광 광도 계의 광학 경로에 배치 됩니다 확인 하십시오. 투과율의 값을 모니터링 뜨거운 무대의 배치를 조정 하 여 값을 최대화 하는 특정 파장에 실시간으로. 초기 측정을 시작 합니다.
    3. 이 뜨거운 무대에 LC 장치를 놓고 섹션 3.3.2에에서 설명 된 대로 다음, 같은 방법으로 적절 한 위치에 뜨거운 무대를 배치 합니다. 측정을 시작 하 고 스펙트럼을 기록.
    4. 1.5 V 4 s 및 시작에 대 한 적용 측정. 0 V 8 s 및, 다시, 시작에 대 한 적용, 측정 후 측정.
    5. 1.5 및 0 V 또는 100 번을 적용 4 LC 장치 s와 8 s, 각각,는 potentiostat를 사용 하 여. 지정 된 파장에 기록 투과율 (510 nm) 전압 응용 프로그램 사이클 동안.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

사진, 투과율 스펙트럼, 시간 종속 투과율 변경 프로필 510에 nm는 FcD포함 된 LC 장치에 대 한 수집-도 핑된 (3.1 mol %) EMIm OTf (3.0 mol %) 존재 cholesteric 액정 0에서 37 ° c.에 1.5 V 사이의 전압 응용 프로그램 주기 동안

FcD (3.1 mol %), EMIm OTf (3.0 mol %)를 포함 하는 LC 혼합물 5OCB 전시 cholesteric mesophase 46.8 ° C에 냉각에 3.2 ° C와 4.8 ° C에 난방 차동 스캐닝 열 량 측정 (DSC) 측정에 의해 확인에 49.7 ° C에서 (스캔 속도: 5 ° C/min). 이 혼합물을 포함 하는 LC 장치 전시 밝은 반사 색상 (그림 2A-난) 가운데 467에 그 반사 밴드 nm의 투과율 스펙트럼에서 명확 하 게 관찰 되었다 (그림 2B-난) 37 ° c.에 셀에서이 LC 자료의 투과율 스펙트럼의 형태는 cholesteric LCs1,2의 전형적인 어디 밴드 폭 Δλ (= 45 nm) 예상된 값과 일치 하 여 이다 (53 nm) 일반 (에 따라 계산 n o = 1.53)32 및 특별 한 (ne = 1.71)32 굴절율 5OCB의. LC 분자 균질 방향 영화, 밝은 색깔 및 투과율 스펙트럼의 명확한 관찰에 대 한 허용 없이 유리 기판의 표면 마찰 하면 달성 했다 셀에서 정렬 됩니다 나타냅니다.

1.5 V의 전압은 LC 장치에 적용 된, 반사 색상 변경 즉시 파란색에서 녹색 (485 nm, 그림 2A 2그림 2B-II). 0 V의 후속 응용 프로그램 결과 초기 파란색의 복구 (467 nm, 그림 2A III그림 2B-III). 이 주기는 전단 적용 하면 고쳐질 수 있는 액정 분자의 근처 장애 때문에 투과율 (그림 2C)의 최소 저하와 함께 여러 번 반복할 수 있습니다. 정량 분석 공개만 0.4에 앞뒤로 색상 변경 완료 되었습니다 s 및 2.7 s, 각각, 510에서 투과율 90% 변화에 따라 nm (그림 2D). 그것은이 cholesteric 반사 액정 장치는 지금까지 가장 빠른 응답에서 및 전기 구동된24,,2526,27 되도록 그 사이 작동 전압에서 최저 설계 지적 이다 ,,2829,30,,3133,34.

우리 또한 ITO 전극 "UT" FcD를 사용 하 여 그림 패턴으로 셀을 가공-도 핑된 (3.1 mol %) cholesteric 액정 EMIm OTf (3.0 mol %)을 포함. 1.5 V 및 0 V의 응용 프로그램을 번갈아 그림을 (그림 3) 깜박 했다.

Figure 1
그림 1 : 산화 환 원 반응 키 랄도 펀트의 화학 구조 Fc D와 반사에 대 한 메커니즘 색상 변경. (A, B) FcD 와 그것의 산화의 화학 구조는 FcD+를 형성 한다. 5OCB 및 FcD cholesteric 액정의 헬리컬 피치 P FcD 그것의 나선형 트위스트 파워 βM의 저하 유도 산화에 따라 더 이상 된다. (C)의 반사 색의 전기 변조 메커니즘의 그림. J. 이에요 화학 soc. 허가 적응 140, 10946-10949 (2018). 저작권 2018 미국 화학 사회입니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.

Figure 2
그림 2 : 전기 응답 cholesteric 액정 소자의 반사 색의. 사진 (A)와 FcD의 투과율 스펙트럼 (B)-도 핑된 (3.1 mol %) LC 장치 + 4 s (II), V 1.5의 적용과 0 V 8의 후속 적용 후 (I), 초기 상태에서 5OCB에 EMIm OTf의 3.0 mol % 포함 된 37 ° c.에 s (II) (C) 510에 LC 소자의 투과율에 변화 1.5와 대 0 사이의 적용된 전압 스위칭 시 nm (D) 는 투과율의 세부 사항을 변경 510에 LC 소자의 nm. J. 이에요 화학 soc. 허가 적응 140, 10946-10949 (2018). 저작권 2018 미국 화학 사회입니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.

Figure 3
그림 3 : 프로토 타입 디스플레이 장치. 각각 FcD-및 3.1 및 3.0 mol %의도 핑 비율 EMIm OTf 실수로 cholesteric 액정을 포함 하는 이토 무늬 셀입니다. 셀 적용된 전압 1.5 V 0 사이 교대로 전환 하 여 "UT"의 그림을 깜박 수 있습니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

ITO 전극 (그림 1C) 상단에 1.5 V의 응용 프로그램, 시 FcD FcD+를 생성 하는 산화 반응을 겪 습. 헬리컬 트위스트 권력의 FcD+ (101 µ m-1, 그림 1B)은 FcD (116 µ m-1, 그림 1A) 보다 낮은19는 cholesteric 액정의 헬리컬 피치 더 이상 되 고 따라서 반사 파장 긴 파장 영역에 467에서 485 nm nm. 헬리컬 왜곡 능력에 따라, 고정 상태에서 액정 혼합물에서 FcDFcD+ 사이의 비율 71:29 수를 계산할 수 있습니다. 모든 FcD 에서 LC 혼합물 형태로 FcD+산화 하는 경우 반사 파장 536 이어야 한다 nm, LC 장치에 대 한 관찰 보다 훨씬 깁니다. 낮은 전환 률에 대 한 이유 때문에 LC 혼합물과 PEDOT+ 필름 (그림 1C)의 인터페이스에서 일어나는 역 반응 ( FcD+의 감소)의 발생 가능성이 높습니다. 더 높은 전압의 응용 프로그램에 훨씬 더 넓은 범위의 색상 변화19유도. 예를 들어 우리가 2.5 V 적용, 색상 변화는 더 중요 한 (623 nm, 오렌지). 그러나,이 색깔 변화 되돌릴 수 없었다. 우리가 했다 FcD의 순환 voltammogram (CV), 하프-파 잠재력 +0.61 V에 나타나고 돌이킬 수 없는 피크 +2.2 V에 나타납니다 때19. 따라서, 적절 한 운전 전압은 +0.61 및 +2.2 V 사이 이어야 한다.

영화의 역할 구성 poly(3,4-ethylenedioxythiophene)-공동-폴 리 (에틸렌 글리콜) 과염소산염35 (PEDOT+)와 함께 첨가 Fc에 대 한 보상을D 에서 전자를 받아들일 수 있는 산화 환 원 쌍은 충전. 사실, 우리 600 주변에 투과율의 감소를 관찰할 수 있다 nm (그림 2B-ⅱ), 감소 된 PEDOT+36에 대 한 특성입니다. PEDOT+ 필름을 사용 하지, 경우 반사 색상 변화 같은 전압 조건19자리를 했다. 전압 응용 프로그램 없이 참고 PEDOT/PSS37, 가장 인기 있는 PEDOT 파생 상품 중의 영화 아니다는 것을이 장치에 대 한 적절 한 반사 색으로 점차 변경 됩니다. 이 FcD 와 높은 산 성 PSS 사이 일부 돌이킬 수 없는 반응 가능성이 높습니다.

이 장치에 대 한 색 변조 시간은 0.4 s 및 2.7 s 및 따라서 응답 속도 45 nm/s와 앞뒤로 색상 변경, 7 nm/s 각각. 평균 속도 26 nm/s입니다. 이것은 다른 어떤 중 빠른 전기 전례 modulable cholesteric LCs 색상. 2010, 버닝 및 공동 저자 보고27 는 electromechanically 색 가변 cholesteric 액정 장치 그것의 반사를 변경할 수 있는 3-5 s 색상. 보이는 범위에서 색상 변조 속도 ~ 17 nm/s로 계산 될 수 있습니다. 아니 다른 예26,29,30,31,,3334 우리의 연구19전에이 속도 초과에 알려졌다. 그것은 또한 1.5 V 색상 변조 장치에서에 필요한 전압을 낮은 이전에 보고 된 것 들에 비해 크게는 지적 했다24,25,,2627, 28 그들은 일반적으로 V 40을 요구.

우리 FcD포함 된 반사 cholesteric 액정 디스플레이 소자의 제조에 대 한 프로토콜을 증명 하고있다-활성 구성 요소로 LC를 첨가. 이것은 1.5 V 낮은 전압의 응용 프로그램에 따라 반사 색상을 변경할 수 있는 cholesteric 액정에 대 한 첫 번째 예제 이다. 이 전압 조건 반사 색상 변화 일어난다 0.4에서 전례 없는 속도 또한 s. 이전, cholesteric LCs의 반사 색 변조 높은 전압 (일반적으로 40 V)에 의해서만 달성 될 수 있습니다. 이 방법론, 다른 한편으로, 일반 1.5 V 드라이 셀 배터리를 사용 하 여도 반사 색상을 조절 수 있습니다. 이 cholesteric 액정-기반 디스플레이 장치 다음 세대 반사 디스플레이의 발전에 길을 것 이다.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

공개 하는 것이 없다.

Acknowledgments

우리 감사 RIKEN 센터에서 박사 스 케 마 긴급 문제 과학에 대 한 가치 있는 토론. 이 작품의 일부 고급 특성화 나노기술 플랫폼 도쿄 대학에서 실시, 지원 교육, 문화, 스포츠, 과학 및 기술 (MEXT), 일본. 이 작품 재정적으로 의해 지원 되었다 JSP 특정 한 과학 연구 (S) (18 H 05260) "혁신적인 기능성 소재 기반 다중 스케일 계면 분자 과학"에 T.A. Y.I. 도전 위한 JSP 특정에 대 한 감사에 대 한 탐색적 연구 (16 K 14062)입니다. 스는 JSP 젊은 과학자 교제 감사합니다.

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