Een elektrochemische Cholesteric vloeibaar kristallijne apparaat voor snelle en Low-Voltage kleur modulatie

* 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

Een protocol voor de fabricage van een cholesteric vloeibaar kristallijne ontspiegelende apparaat met een redox-responsieve chirale dopering waardoor snel en laag-voltage werking wordt gepresenteerd.

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

We tonen een methode voor het fabriceren van een prototype ontspiegelende apparaat dat cholesteric vloeibare kristallen (LC bevat) als een actieve component. De cholesteric LC is samengesteld uit een nematic LC 4'-pentyloxy-4-cyanobiphenyl (5OCB), redox-responsieve chirale dopering (FcD) en een ondersteunende elektrolyt 1-ethyl-3-methylimidazolium triflaat (Emieten-OTf). De belangrijkste component is FcD. Dit molecuul wijzigt zijn spiraalvormige kronkelende macht (HTP) waarde in reactie op redoxreacties. Daarom zou in situ elektrochemische redoxreacties in de LC-mengsel voor het apparaat om de kleur van de reflectie in reactie op elektrische stimuli. De LC-mengsel werd binnengebracht, door een capillaire werking, een sandwich-type ITO glas-cel bestaande uit twee glazen dia's met gedessineerde indium tin oxide (ITO) elektroden, één daarvan was bedekt met poly(3,4-ethylenedioxythiophene) -co-poly (ethyleen glycol) doped met perchloraat (PEDOT+). Op verzoek van minimaal 1,5 V, de kleur van de reflectie van het apparaat veranderd van blauw (467 nm) op groen (485 nm) in 0.4 s. na toepassing van 0 V maakte het apparaat herstellen van de originele blauwe kleur in 2.7 s. Dit apparaat wordt gekenmerkt door haar snelste elektrische reactie en laagste bedrijfsspanning tussen de eerder gemeld cholesteric LC-apparaat. Dit apparaat kan de weg effenen voor de ontwikkeling van de volgende generatie reflecterende schermen met lage energie verbruik.

Introduction

Cholesteric vloeibare kristallen (LCs) staan bekend om het vertonen van heldere reflectie als gevolg van hun interne spiraalvormige moleculaire regelingen1,2,3,4kleuren. De reflectie golflengte λ wordt bepaald door de spiraalvormige toonhoogte P en het gemiddelde refractieve index n van de LC (λ = nP). Dergelijke LCs kan worden gegenereerd door doping chirale verbindingen (chirale dopants) te nematic LCs en zijn spiraalvormige worp wordt gedefinieerd door de vergelijking P = 1/βMC, waar βM de spiraalvormige draaiende kracht (HTP is) en C is de Kies Fractie van de chirale dopering. Gebaseerd op dit begrip, verschillende chirale dopants die op allerlei prikkels zoals licht5,6,7,8, warmte9, magnetisch veld10en gas11 inspelen kunnen is ontwikkeld. Dergelijke eigenschappen zijn potentieel nuttig voor diverse toepassingen zoals sensoren12 en lasers13,14,15 o.a.16,17,18 .

Onlangs, ontwikkelden we de eerste redox-responsieve chirale dopering FcD (Figuur 1A)19 die haar waarde HTP in reactie op redoxreacties kunt wijzigen. FC D bestaat uit een ferroceen, die kan ondergaan omkeerbare redox reacties20,21,22, en een binaftyl eenheid, waarvan bekend is dat het vertonen van hoge HTP waarde23. De cholesteric LC doped met FcD, in de aanwezigheid van een ondersteunende elektrolyt, kan veranderen de kleur van de reflectie binnen de 0,4 s en herstel de oorspronkelijke kleur in 2.7 s op verzoek van de spanning van + 1.5 en 0 V, respectievelijk. De hoge reactiesnelheid en lage bedrijfsspanning waargenomen voor het apparaat is ongekende onder een ander cholesteric LC-apparaat tot nu toe gerapporteerd.

Een van de belangrijke toepassingen van de cholesteric LCs is reflecterende displays, waarvan energie verbruik veel lager dan de conventionele LC displays ligt. Voor dit doel, moet cholesteric LCs wijzigen de kleur van de reflectie met elektrische prikkels. Toch, allermeest naar de vorige methoden gebruik maken van een elektrische verbinding tussen de toegepaste elektrische prikkels en de gastheer LC moleculen, die hoogspanning vereist meer dan 40 V24,25,26,27 ,28. Voor het gebruik van de elektrisch responsieve chirale dopering zijn er slechts enkele voorbeelden29,30 met inbegrip van onze eerdere werk31, waarvoor ook hoge spanning met laag reactietijd. Gezien deze eerdere werken, de prestatie van onze FcD-gedoopt cholesteric LC apparaat, vooral voor de snelle kleur modulatie snelheid (0,4 s) en operationele laagspanning (1,5 V), is een baanbrekende prestatie dat kan sterk bijdragen tot de ontwikkeling van volgende generatie reflecterende schermen. In dit gedetailleerde protocol tonen we de fabricage processen en de operationele procedures van het prototype cholesteric LC display apparaten.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

1. bereiding van het cholesteric mengsel van LC

  1. Voeg 84.6 mg 5OCB en 5.922 mg FcD19 (3.1 mol % tot 5OCB) in een schoon 10 mL glazen ampul.
  2. Voeg 12.9 mg Emieten-OTf en 10 mL dichloormethaan (CH2Cl2) in een nieuwe schone 10 mL glazen ampul en meng goed. Breng 2.1 mL van de Emieten-OTf-oplossing in de 5OCB- en FcD-met glazen ampul. Zachtjes schud de flacon zodat alle onderdelen goed mengen.
  3. Bedek de glazen flacon met een aluminiumfolie en maak verschillende gaatjes aan de bovenkant.
  4. Verwarm de bovenstaande CH2Cl2 oplossing met 5OCB, FcD (3.1 mol % tot 5OCB) en de Emieten-OTf (3.0 mol % tot 5OCB) bij 80 ° C in een goed geventileerde kap. Na 60 min, allermeest naar de CH2Cl2 is verdampt. Deze procedure is belangrijk om ervoor te zorgen het homogeen mengen van de componenten.
  5. Verdampen de resterende CH2Cl2 onder verlaagde druk (~5.0 Pa) door olie roterende vacuümpomp bij 80 ° C gedurende 60 minuten in de goed geventileerde kap te verkrijgen van een helder oranje LC-mengsel.

2. voorbereiding van de sandwich-type ITO glas-cel

  1. Reinigingsprocedure voor de ITO gecoat glas
    1. Knip een ITO patroon glas (10 cm x 10 cm, weerstand: ~ 30 Ω), die bevat 100 stuks van een aangewezen elektrode naar een kleiner formaat (10 x 10 mm) door een diamantslijper omver te werpen glas dus dat één stuk een patroon van de elektrode bevat. Controleer altijd de weerstand van het oppervlak van het glas om te weten welke kant is patroon met ITO met behulp van, bijvoorbeeld, digitale multi meter (ITO patroon kant heeft lage weerstand).
    2. Snij een volledig ITO gecoat glas (10 cm × 10 cm, weerstand: ~ 30 Ω) naar een kleiner formaat (10 x 12 mm) door een diamantslijper omver te werpen glas. Wederom, zie de weerstand van het oppervlak van het glas om te weten welke kant is bedekt met ITO.
    3. Bereid een wassen-oplossing door het mengen van 60 mL Extran MA01 en 240 mL ultrazuiver water in een glazen vat (~ 500 mL). Geniet het bovenstaande bereid ITO glasplaten in de oplossing grondig op een zodanige wijze dat het oppervlak van elke glasplaat niet met elkaar raakt. In het geval van de vele ITO glasplaten wassen, is het aanbevolen om het gebruik van enige steun (bijvoorbeeld shampoo penseel).
    4. Zet het schip met ITO glazen platen in het ultrasoonbad en bewerk het ultrasone trillingen ten voor 30 min. Spoel na het decanteren uit de oplossing van het wassen, het vaartuig bevattende ITO-glasplaten 200 mL ultrazuiver water voor drie keer.
    5. Voeg 300 mL ultrazuiver water toe en bewerk ultrasone trillingen ten het vaartuig gedurende 20 minuten. Verwijder vervolgens het water door decanteren. Herhaal deze cyclus van de wassen met behulp van ultrazuiver water voor drie keer. Voor elke cyclus wassen, de rangschikking van de ITO glazen platen in het vat te controleren zodat de oppervlakken van de platen niet op elkaar zijn aangesloten.
    6. Na het beëindigen van drogen de wascycli, de ITO-glasplaten één voor één door de gasstroming stikstof. Bij het aanbrengen van de ITO glazen platen op de schone plaatsen, het ITO-oppervlak omhoog houden om te voorkomen dat eventuele beschadiging of verontreiniging van het oppervlak.
  2. Fabricage van de PEDOT+ gecoat ITO glasplaat
    1. Zet de glazen ampul met een nitromethaan oplossing voor poly(3,4-ethylenedioxythiophene) -co-poly (ethyleenglycol) doped met perchloraat (PEDOT+, 0.7 wt %) in het ultrasoonbad en bewerk ultrasone trillingen ten voor 60 min te verkrijgen van een goed verspreide oplossing.
    2. Plaats de ITO volledig gecoat glasplaat op de rotator van de spin-coater met de ITO oppervlakte tegenoverliggende rechtop. Afblazen stof van het oppervlak van de ITO met behulp van een Blaaspistool stikstof. Zorgvuldig Breng 50 µL van PEDOT+ -oplossing vers sonicated Pipetteer.
    3. Fabriceren van de PEDOT+ -film door het draaien van de plaat duikt met een snelheid van 1000 rpm voor 60 s bij de omgevingsomstandigheden (~ 25 ° C, luchtvochtigheid: ~ 45%). Houd de PEDOT+ gecoat ITO glazen platen onder de omgevingsomstandigheden voor 1 h zonder bakken.
  3. Fabricage van de ITO glas cel
    1. Afblazen stof van ITO patroon glasplaten met behulp van een Blaaspistool stikstof.
    2. Wrijf het ITO-gezicht van de glasplaten (10 x 10 mm) met rayon doek grondig met behulp van een machine wrijven. Tijdens het hele proces, gebruikt u een Blaaspistool stikstof om de verontreiniging van stof te voorkomen.
    3. Uitvoeren van de volgende procedures op een plaats die de besmetting van stof, ideaal in een cleanroom kunt vermijden.
    4. Meng een druppel een optische lijm- en een rijst-en kleinbedrijf hoeveelheid glazen kralen.
    5. Vast de PEDOT+ gecoat ITO glazen plaat op tafel met de oppervlakte tegenoverliggende rechtop PEDOT+ . Zet een zeer kleine hoeveelheid van het klevende mengsel op de PEDOT+ gecoat ITO glasplaat waar de vier hoeken van de ITO patroon glas plaat komen.
    6. Zet de glasplaat ITO patroon op de PEDOT+ gecoat ITO glasplaat op zodanige wijze dat de ITO-oppervlakken van de twee glasplaten staan met elkaar te fabriceren van een cel. Duw voorzichtig de vier hoeken van de cel. Bevestig een uniforme cel kloof door de verdwijning van een patroon van de rand waargenomen op het oppervlak van de cel.
    7. De bovenstaande ITO glas cel te bestralen met een 365 nm UV-lamp voor 20 s tot het versterken van de hechting.
    8. Verwarm de bovenstaande cel op een warm podium bij 100 ° C gedurende 3 uur aan verdere versterking van de hechting.
    9. Verbind twee geleidende draden aan elk van de ITO-ruimte van de glasplaten in de cel door ultrasone solderen.

3. kleur modulatie experimenten

  1. Invoering van het cholesteric LC-mengsel in de ITO-glas-cel voor de fabrikatie van de LC-apparaat
    1. Positiebepaling voor het gemakkelijk verwerken de draden van de bovenstaande bereid glas cel op een microscoopglaasje met een isolerend tape.
    2. Verwarm de glazen ampul met het cholesteric LC-mengsel bij 80 ° C gedurende 10 à 15 min op een warm podium. Ook Verwarm de ITO glas cel en een spatel, die wordt gebruikt voor het overbrengen van het monster, bij dezelfde temperatuur.
    3. Breng een kleine hoeveelheid van het hete mengsel voor cholesteric LC met behulp van de verwarmde spatel snel om het hiaat van twee ITO glasplaten van de cel. Vullen van de kloof tussen de twee glasplaten door capillaire werking, waarin ~ 60 s.
    4. Verlagen van de temperatuur van de warme fase, zodat de temperatuur van de cel 37 ° C. bereikt
    5. Duw het centrum van het apparaat om heldere reflectie kleur tentoon te stellen.
  2. Kleur modulatie experimenten met behulp van een digitale optische Microscoop.
    1. + 1.5 en 0 V afwisselend toepassen op het apparaat van de LC voor 4 s en 8 s, respectievelijk, met behulp van een potentiostaat bij 37 ° C. De spanningswaarden zijn gedefinieerd voor niet-PEDOT+-gecoate ITO elektrode met betrekking tot die voor PEDOT+-gecoate ITO elektrode in het apparaat. Observeren en registreren van de kleurverandering van de LC-apparaat door digitale optische Microscoop.
  3. Spectrometrische kleur modulatie experimenten
    1. Gebruik de volgende UV-vis spectrofotometer setup-parameters: fotometrische modus: %T, antwoord: snel, bandbreedte: 1.0 nm, scan snelheid: 2.000 nm/min, scanbereik: 800 tot 300 nm
    2. Voor de meting van de basislijn, de warme fase in de spectrofotometer zonder de LC-apparaat te plaatsen. Ervoor zorgen dat het gat van de waarneming goed in de optische weglengte van de spectrofotometer valt geplaatst is en de invalshoek 0 is °. Controleren van de waarde van de lichtdoorlatendheid in real-time bij een bepaalde golflengte die waarvan de waarde wordt gemaximaliseerd door de plaatsing van de warme fase aan te passen. Start van de nulmeting.
    3. Plaats de LC-apparaat in deze warme fase, en dan de warme fase te plaatsen naar de juiste positie op dezelfde wijze als beschreven in punt 3.3.2. Start de meting en het opnemen van het spectrum.
    4. Toepassen van minimaal 1,5 V voor 4 s en start de meting. Na de meting, het toepassen van 0 V voor 8 s en, opnieuw, start de meting.
    5. Solliciteren + 1.5 en 0 V afwisselend 100 keer naar de LC-apparaat voor 4 s en 8 s, respectievelijk, met behulp van een potentiostaat. Record doorlating bij een aangewezen golflengte (510 nm) tijdens de spanning toepassing cycli.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

Foto's, doorlating spectra en tijd afhankelijk doorlating wijzigen profielen op 510 nm worden verzameld voor de LC-apparaat met FcD-gedoopt (3.1 mol %) cholesteric LC in aanwezigheid van de Emieten-OTf (3.0 mol %) tijdens de toepassing cycli van de spanning tussen 0 en + 1.5 V bij 37 ° C.

Het mengsel van de LC met FcD (3.1 mol %), Emieten-OTf (3.0 mol %) en 5OCB tentoongesteld een cholesteric mesophase van 46.8 ° C tot 3,2 ° C op het koellichaam en van 4,8 ° C tot 49.7 ° C op verwarming bevestigd door differentiële scanning calorimetrie (DSC) meting (scanfrequentie: 5 ° C/min). De LC-apparaat met dit mengsel tentoongesteld een heldere reflectie kleur (Figuur 2A-ik) waarvan reflectie band gecentreerd op 467 nm was duidelijk waargenomen in haar doorlating spectrum (Figuur 2B-ik) bij 37 ° C. De vorm van het spectrum van de lichtdoorlatendheid van dit LC-materiaal in de cel was typisch voor cholesteric LCs1,2, waar de band breedte Δλ (= 45 nm) is in overleg met de geschatte waarde (53 nm) berekend op basis van de gewone () n o = 1.53)32 en buitengewone (ne = 1.71)32 brekingsindices van 5OCB. Dit geeft aan dat de LC-moleculen homogeen zijn uitgelijnd in de cel die werd bereikt gewoon door het wrijven van het oppervlak van het glas-substraat zonder oriëntatie film, waardoor duidelijk observatie van de lichte kleur en doorlating spectrum.

Wanneer een spanning van + 1.5 V werd toegepast op de LC-apparaat, de reflectie kleur veranderd onmiddellijk van blauw naar groen (485 nm, Figuur 2A-II en Figuur 2B-II). Verdere toepassing van 0 V resulteerde in het herstel van de oorspronkelijke blauwe kleur (467 nm, Figuur 2A-III en Figuur 2B-III). Deze cyclus kan vele malen worden herhaald met minimale aantasting van doorlating (Figuur 2C) te wijten aan een oriënterende stoornis van de LC-moleculen die gewoon door een schuintrekken toe te passen kan worden hersteld. Kwantitatieve analyse kwam naar voren dat de voorwaartse en achterwaartse kleurwijzigingen werden voltooid in slechts 0,4 s en 2.7 s, respectievelijk, gebaseerd op de verandering van de 90% doorlating op 510 nm (Figuur 2D). Opgemerkt wordt dat deze cholesteric reflecterende LC apparaat veruit de snelste reactie is en laagste in werking spanning onder degenen ontworpen als elektrisch aangedreven24,25,26,27 ,28,29,30,31,33,34.

We verzonnen ook een cel met een patroon met een afbeelding van "UT" met behulp van FcDITO-elektrode-gedoopt (3.1 mol %) cholesteric LC met Emieten-OTf (3.0 mol %). Toepassing van minimaal 1,5 V en 0 V afwisselend maakte de figuur knipperen (Figuur 3).

Figure 1
Figuur 1 : Chemische structuur van de redox-responsieve chirale dopering FC D en het mechanisme voor de reflectie kleur verandering. (A, B) Chemische structuren van FcD en haar geoxideerde vormen FcD+. Spiraalvormige toonhoogte P van de cholesteric LC, bestaande uit 5OCB en FcD wordt langer op oxidatie van FcD die induceert verlaging van de spiraalvormige kronkelende macht βM. (C) de illustratie van het mechanisme van elektrochemische modulatie van de reflectie-kleur. Aangepast met toestemming van J. Am. Chem. Soc. 140, 10946-10949 (2018). Copyright 2018 American Chemical Society. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.

Figure 2
Figuur 2 : Elektrische respons van de kleur van de reflectie van het apparaat LC cholesteric. Foto's (A) en doorlating spectra (B) van de FcD-gedoopt (3.1 mol %) LC-apparaat met 3,0% van de mol van Emieten-OTf in 5OCB in de oorspronkelijke toestand (I), na de toepassing van minimaal 1,5 V voor 4 s (II), en verdere toepassing van 0 V voor 8 s (II) bij 37 ° C. (C) veranderingen in de doorlaatbaarheid van de LC-apparaat op 510 nm op de toegepaste Schakelspanning minimaal 1,5 à 0 V. (D) Details van de lichtdoorlatendheid wijzigen van het apparaat van de LC op 510 nm. Aangepast met toestemming van J. Am. Chem. Soc. 140, 10946-10949 (2018). Copyright 2018 American Chemical Society. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.

Figure 3
Figuur 3 : Prototype weergaveapparaat. Een cel ITO-patroon is met FcD- en Emieten-OTf-doped cholesteric LC met een doping ratio van 3.1 en 3.0 mol %, respectievelijk. De cel kan de figuur van "UT" door over te schakelen van de toegepaste spanning tussen + 1.5 en 0 V afwisselend knipperen. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

Op verzoek van minimaal 1,5 V aan de bovenkant ITO elektrode (Figuur 1C) ondergaat FcD een oxidatie reactie voor het genereren van FcD+. Als de spiraalvormige kronkelende kracht van FcD+ (101 µm-1, Figuur 1B) lager dan dat van FcD (116 µm-1, Figuur 1A is)19, de spiraalvormige toonhoogte van de cholesteric LC wordt langer en dus de reflectie golflengte verschuift naar een langere golflengte regio van 467 nm tot 485 nm. Op basis van de spiraalvormige kronkelende macht, kan de verhouding tussen FcD en FcD+ in de LC van het mengsel met de stationaire toestand worden berekend als 71:29. Als alle FcD in de LC-mengsel wordt geoxideerd tot FcD+, de golflengte van reflectie moet 536 nm, die veel langer dan die waargenomen voor de LC-apparaat is. De reden voor de laag succespercentage is waarschijnlijk te wijten aan de aanwezigheid van een omgekeerde reactie (vermindering van FcD+) kan plaatsvinden op het raakvlak van de LC-mengsel en de film van de PEDOT+ (Figuur 1C). De toepassing van een hogere spanning veroorzaakte een veel breder scala van de kleur verschuiving19. Bijvoorbeeld, wanneer we +2.5 V toegepast, de kleurverandering werd belangrijker (623 nm, oranje). Deze kleurverandering was echter niet omkeerbaar. We namen een cyclische voltammogram (CV) van FcD, zijn half-Golf-potentieel verschijnt op +0.61 V en onomkeerbare piek verschijnt op +2.2 V19. Daarom moet de juiste drijvende spanning tussen +0.61 en +2.2 V.

De rol van de film bestaat uit poly(3,4-ethylenedioxythiophene) -co-poly (ethyleenglycol) doped met perchloraat35 (PEDOT+) is een redox-paar waarin het elektron vanaf FcD ter compensatie van de gratis. In feite, kunnen we zien de daling in de lichtdoorlatendheid om ongeveer 600 nm (Figuur 2B-II), die kenmerkend is voor verminderde PEDOT+36. Als u geen gebruikmaakt van de PEDOT+ film, vond geen reflectie kleurverandering plaats onder de dezelfde spanning voorwaarden19. Merk op dat een film van PEDOT/PSS37, één van de meest populaire PEDOT-derivaten, niet nodig voor dit apparaat ook is als de kleur van de reflectie geleidelijk zonder spanning toepassing verandert. Dit is waarschijnlijk te wijten aan sommige onomkeerbaar reactie tussen FcD en zeer zure PSS.

De kleur modulatie tijd voor dit apparaat is 0,4 s en 2.7 s en waardoor de reactiesnelheid is 45 nm/s en 7 nm/s voor voorwaartse en achterwaartse kleurveranderingen, respectievelijk. De gemiddelde snelheid is 26 nm/s. Dit is een ongekend snel van een ander elektrisch kleur modulable cholesteric LCs. In 2010, Bunning en co-auteurs gemeld27 een electromechanically kleur afstembare cholesteric LC apparaat dat haar reflectie kan veranderen kleuren in 3-5 s. In het zichtbare bereik, kan de kleur modulatie snelheid worden berekend als ~ 17 nm/s. Geen andere voorbeeld26,29,30,31,33,34 werd gemeld aan deze snelheid voordat onze studie19overschrijden. Ook wordt opgemerkt dat de spanning van 1,5 V vereist voor de modulatie van de kleur in het apparaat is aanzienlijk lager in vergelijking met de eerder gemelde degenen24,25,26,27, 28 aangezien ze doorgaans meer dan 40 V vereist.

We hebben laten zien dat het protocol voor de fabricage van een reflecterende cholesteric LC weergaveapparaat met FcD-doped LC als een actieve component. Dit is het eerste voorbeeld van een cholesteric LC die de kleur van de reflectie op verzoek van een zo laag als 1,5 V spanning veranderen kan. Onder de voorwaarden van deze spanning, de kleurverandering van de reflectie vindt plaats binnen de 0,4 s, die ook een ongekende snelheid. Eerder, de reflectie kleur modulatie van cholesteric LCs kunt haalbaar alleen door hoogspanning (meestal meer dan 40 V) toe te passen. Deze methodiek, aan de andere kant, kan de reflectie kleur moduleren zelfs met behulp van gewone 1,5 V droog celbatterij. Dit cholesteric-gebaseerde LC display apparaat zou de weg effenen voor de ontwikkeling van de volgende generatie reflecterende schermen.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Wij hebben niets te onthullen.

Acknowledgments

Wij danken Dr. Keisuke Tajima van RIKEN Center voor opkomende zaak wetenschap voor waardevolle discussies. Een deel van dit werk werd uitgevoerd op het geavanceerde karakterisering nanotechnologie Platform van de Universiteit van Tokio, ondersteund door het ministerie van onderwijs, cultuur, sport, wetenschap en technologie (MEXT), Japan. Dit werk werd financieel ondersteund door een JSPS Grant-in-Aid voor wetenschappelijk onderzoek (S) (18H 05260) op de "Innovatieve functionele materialen gebaseerd op Multi-Scale Interfaciale Molecular Science" voor T.A. Y.I. dankbaar voor een JSPS Grant-in-Aid voor uitdagend is Verkennend onderzoek (16K 14062). S.T. bedankt de JSPS jonge wetenschapper 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).

Comments

0 Comments


    Post a Question / Comment / Request

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

    Usage Statistics