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Química

Um dispositivo cristalino líquido colestéricos eletroquímico para modulação de cor rápida e baixa tensão

Published: February 27, 2019
doi:
10.3791/59244
, , , ,
1Department of Chemistry and Biotechnology,The University of Tokyo, 2Department of Chemistry,Tsinghua University, 3RIKEN Center for Emergent Matter Science

Summary

Um protocolo para a preparação de um líquido colestéricos reflexivo cristalino exibir dispositivo contendo um dopant quiral redox-responsivo, permitindo a operação rápida e de baixa voltagem é apresentado.

Abstract

Vamos demonstrar um método para a fabricação de um dispositivo de exposição reflexiva do protótipo que contém cristais líquidos colestéricos (LC) como um componente ativo. A LC colestérica é composto de um nemática LC 4′-pentyloxy-4-cyanobiphenyl (5OCB), redox-responsivo dopant quiral (Fc–D) e um trifluoromethanesulfonate de 1-etil-3-methylimidazolium apoio do eletrólito (EMIm-OTf). O componente mais importante é FcD. Esta molécula altera seu valor de poder (HTP) torção helicoidal em resposta às reações redox. Portanto, reações redox eletroquímica in situ na mistura LC permitam para o dispositivo para mudar sua cor de reflexo em resposta a estímulos eléctricos. A mistura de LC foi introduzida, por uma ação capilar, um tipo sanduíche ITO vidro celular constituído por duas lâminas de vidro com eletrodos de metal estampados em óxido de estanho (ITO), um dos quais foi revestido com poly(3,4-ethylenedioxythiophene) –co-poli (etileno glicol) dopado com perclorato (PEDOT+). A pedido de 1,5 V, a cor do reflexo do dispositivo alterado de azul (467 nm) para verde (485 nm) em 0.4 s. subsequente aplicação de 0 V fez o dispositivo recuperar a cor original azul em 2,7 s. Este dispositivo é caracterizado por sua resposta elétrica mais rápida e menor tensão entre qualquer anteriormente relatados colestéricos dispositivo de LC. Este dispositivo pode pavimentar o caminho para o desenvolvimento de displays reflexiva da próxima geração com taxas de consumo de baixa energia.

Introduction

Cristais líquidos colestéricos (LCs) são conhecidos por exibem cores brilhante reflexão devido a seus arranjos moleculares helicoidal interno1,2,3,4. A reflexão de comprimento de onda λ é determinado pelo campo helicoidal P e a média de refração índice n da LC (λ = nP). Tais LCs podem ser gerados por dopagem quiral compostos (quirais dopantes) para nemática LCs e seu passo helicoidal é definido pela equação P = 1/βMC, onde βM é a força de torção helicoidal (HTP) e C é o molar fração do dopant quiral. Baseia essa noção, diversos dopantes quirais que podem responder a uma variedade de estímulos como luz5,6,7,8, calor9, campo magnético10e gás11 foi desenvolvido. Tais propriedades são potencialmente úteis para diversas aplicações como sensores12 e lasers13,14,15 entre outros16,17,18 .

Recentemente, desenvolvemos o primeiro redox-responsivos chiral dopant FcD (Figura 1A)19 que pode mudar seu valor HTP em resposta às reações redox. FC D é composto por uma unidade de ferroceno, que pode passar por2221,20,do reações redox reversível e uma unidade de binaphthyl, que é conhecida por apresentar alta HTP valor23. A LC colestéricos dopado com FcD, na presença de um eletrólito de suporte, pode mudar sua cor de reflexão dentro de 0,4 s e recuperar sua original cor em 2.7 s mediante aplicação de tensão de + 1,5 e 0 V, respectivamente. A resposta de alta velocidade e baixa tensão observaram para o dispositivo é sem precedentes entre qualquer outro dispositivo de LC colestéricos até agora relatados.

Uma das importantes aplicações de LCs colestérica é em exibe reflexiva, cuja taxa de consumo de energia é muito menor do que os monitores convencionais de LC. Para este efeito, LCs colestéricos deve mudar sua cor de reflexão com estímulos elétricos. No entanto, a maioria das metodologias anteriores utiliza uma elétrica de acoplamento entre os estímulos elétricos aplicados e as moléculas de LC de anfitrião, que exige alta tensão mais de 40 V24,25,26,27 ,28. Para o uso do dopant quiral eletricamente responsivo, existem apenas alguns exemplos29,30 incluindo nosso anterior trabalho31, que também requer alta tensão com velocidade baixa resposta. Considerando estes trabalhos anteriores, o desempenho do nosso FcD-dispositivo de LC colestéricos dopado, especialmente para a velocidade de modulação de cor rápida (0.4 s) e baixa tensão (1.5 V), é um feito inovador que pode muito contribui para o desenvolvimento de displays reflexivo de próxima geração. Neste protocolo detalhado, demonstramos que os processos de fabricação e os procedimentos de funcionamento dos dispositivos de visualização de protótipo colestéricos LC.

Protocol

1. preparação da mistura de LC colestéricos Adicione 84,6 mg de 5OCB e 5,922 mg de FcD19 (3,1 mol % de 5OCB) em um frasco de vidro limpo 10 mL. Adicione 12,9 mg de EMIm-OTf e 10 mL de diclorometano (CH2Cl2) dentro de um frasco de vidro limpo 10 mL novo e misture bem. Transferir 2,1 mL da solução de EMIm-OTf para o 5OCB – e FcD-contendo frasco de vidro. Agite suavemente o frasco …

Representative Results

Fotografias e espectros de transmitância transmitância dependentes de tempo alteram perfis em 510 nm são coletados para o dispositivo de LC contendo FcD-dopados (3,1% de mol) LC colestéricos na presença de EMIm-OTf (3,0 mol %) durante os ciclos de aplicação de tensão entre 0 e + 1,5 V a 37 ° C. A mistura de LC contendo FcD…

Discussion

A pedido de 1,5 V para o topo do eletrodo ITO (Figura 1C), FcD sofre uma reação de oxidação para gerar FcD+. Como o poder de torção helicoidal de FcD+ (101 µm-1, Figura 1B) é menor do que <st…

Declarações

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Agradecemos Dr. Keisuke Tajima de RIKEN centro emergente ciência da matéria para discussões valiosas. Uma parte deste trabalho foi realizada para a plataforma de nanotecnologia de caracterização avançada da Universidade de Tóquio, apoiado pelo Ministério da educação, cultura, esportes, ciência e tecnologia (MEXT), Japão. Este trabalho foi financeiramente apoiado por um subsídio de JSPS para investigação científica (S) (18H 05260) sobre “Materiais funcionais inovadoras com base na ciência Molecular Interfacial de multi-escala” para T.A. Macaroni é grato por um subsídio de JSPS para desafiador Pesquisa exploratória (16K 14062). S.T. obrigado os JSPS jovem cientista Fellowship.

Materials

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
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Referências

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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).
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