En protokol til fabrikation af en reflekterende cholesteric flydende krystallinske display enhed indeholder en redox-responderende chiral dopant så hurtig og lav spænding drift er præsenteret.
Vi demonstrere en metode for at fabrikere en prototype reflekterende skærmenhed, der indeholder cholesteric flydende krystaller (LC) som en aktive komponent. Den cholesteric LC er sammensat af en nematisk LC 4′-pentyloxy-4-cyanobiphenyl (5OCB), redox-responderende chiral dopant (FcD) og en understøttende elektrolyt 1-ethyl-3-methylimidazolium trifluoromethanesulfonate (EMIm-OTf). Den vigtigste komponent er FcD. Dette molekyle ændrer sin spiralformet vride magt (HTP) værdi i svar på redox reaktioner. Derfor, på levestedet elektrokemiske redox reaktioner i LC blanding mulighed for enheden for at ændre dens refleksion farve i svar til elektriske stimuli. LC blandingen blev indført ved en kapillaritet i en sandwich-type ITO glas celle bestående af to glas dias med mønstrede indium tin oxid (ITO) elektroder, hvoraf den ene var belagt med poly(3,4-ethylenedioxythiophene) –co-poly (ethylen glykol) doteret med perchlorat (PEDOT+). På begæring af 1,5 V, ændre enheden refleksion farve fra blå (467 nm) til green (485 nm) i 0,4 s. efterfølgende indgives ansøgning af 0 V enheden Genskab den oprindelige blå farve i 2,7 s. Denne enhed er karakteriseret ved sin hurtigste elektriske svar og laveste driftsspænding blandt nogen tidligere rapporteret cholesteric LC enhed. Denne enhed kunne bane vejen for udvikling af næste generation reflekterende skærme med lavt energi forbrug satser.
Cholesteric flydende krystaller (LCs) er kendt for at udstille lyse refleksion farver på grund af deres indre spiralformet molekylære ordninger1,2,3,4. Refleksion bølgelængde λ bestemmes af den heliske pitch Pedersen og den gennemsnitlige refraktive indeks Nielsen af Rembursen (λ = nP). Sådanne LCs kan genereres ved doping chiral forbindelser (chiral energiniveauerne) til nematisk LCs og dens spiralformet pitch er defineret ved ligning P = 1/βMC, hvor βM er den heliske vride magt (HTP) og C er molære brøkdel af den chiral dopant. Baseret på dette begreb, forskellige chiral energiniveauerne, der kan reagere på en lang række stimuli som lys5,6,7,8, varme9, magnetiske felt10og gas11 er blevet udviklet. Disse egenskaber er potentielt nyttige til forskellige applikationer såsom sensorer12 og lasere13,14,15 blandt andre16,17,18 .
For nylig har udviklet vi den første redox-responderende chiral dopant FcD (fig. 1A)19 der kan ændre dens HTP værdi i svar på redox reaktioner. FC D består af en ferrocene enhed, som kan gennemgå reversible redox reaktioner20,21,22, og en binaphthyl enhed, som er kendt for at udstille høj HTP værdi23. Cholesteric LC doteret med FcD, i overværelse af en understøttende elektrolyt, kan ændre dens refleksion farve inden for 0,4 s og genvinde sin oprindelige farve i 2,7 s efter spænding ansøgning + 1,5 og 0 V, henholdsvis. Høj reaktion hastighed og lav driftsspænding observeret for enheden er uden sidestykke blandt andre cholesteric LC enhed hidtil rapporteret.
En af de vigtige anvendelser af cholesteric LCs er i reflekterende skærme, hvis energi forbrugssats er meget lavere end de konventionelle LC-displays. Med henblik herpå bør cholesteric LCs ændre dens refleksion farve med elektriske stimuli. Men de fleste af de tidligere metoder udnytte en elektriske kobling mellem de anvendte elektriske stimuli og vært LC molekyler, som kræver høj spænding over 40 V24,25,26,27 ,28. For brugen af den elektrisk lydhør chiral dopant er der kun få eksempler på29,30 herunder vores tidligere arbejde31, som også kræver høj spænding med lav svar hastighed. I betragtning af disse tidligere værker, udførelsen af vores FcD-doteret cholesteric LC enhed, især for hurtig farve graduering hastighed (0,4 s) og lav driftsspænding (1,5 V), er en banebrydende resultat, der kan meget bidrage til udviklingen af næste generation reflekterende skærme. I denne detaljerede protokollen vise vi fabrication processerne og de operationelle procedurer for prototype cholesteric LC display enheder.
Efter anmodning af 1,5 V til toppen ITO elektrode (figur 1C) gennemgår FcD en oxidation reaktion for at generere FcD+. Da FcD+ (101 µm-1, figur 1B) spiralformet vride magt er lavere end for <strong…
The authors have nothing to disclose.
Vi takker Dr. Keisuke Tajima fra RIKEN Center for Emergent sagen videnskab for værdifulde drøftelser. En del af dette arbejde blev udført på avanceret karakterisering Nanotechnology Platform fra University of Tokyo, støttet af Ministeriet for uddannelse, kultur, sport, videnskab og teknologi (MEXT), Japan. Dette arbejde blev støttet økonomisk af en JSP’ER licensbetaling for videnskabelig forskning (S) (18H 05260) “Innovative funktionelle materialer baseret på multi-skala Interfacial Molekylær videnskab” for T.A. Y.I. er taknemmelig for en JSP’ER licensbetaling for udfordrende Sonderende forskning (16K 14062). St tak JSP’ER unge videnskabsmand Fellowship.
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 |