Name: an electrochemical cholesteric liquid crystalline device for quick and low-voltage color modulation
Uploaded: 2019-02-27T14:30:00
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Wir danken Dr. Keisuke Tajima aus RIKEN Center für emergente Angelegenheit Wissenschaft für wertvolle Diskussionen. Ein Teil dieser Arbeit wurde an die Advanced Charakterisierung Nanotechnologie-Plattform der Universität Tokio durchgeführt, unterstützt durch das Ministerium für Bildung, Kultur, Sport, Wissenschaft und Technologie (MEXT), Japan. Diese Arbeit wurde finanziell von einem JSPS Beihilfe für wissenschaftliche Forschung (S) (18 H 05260) auf "Innovative Funktionsmaterialien anhand Multi-Scale Grenzflächen Molecular Science" unterstützt t.a. Y.I. ist dankbar für eine JSPS Beihilfe für anspruchsvolle Explorative Forschung (16K 14062). S.T. Dank der JSPS Young Scientist Fellowship.

1. Vorbereitung der cholesterischen LC-Mischung
<ol><li>Fügen Sie 84,6 mg 5OCB und 5,922 mg FcD19 (3,1 Mol%, 5OCB) in eine saubere 10 mL-Glasflasche.</li>
	<li>12,9 mg EMIm-OTF und 10 mL Dichlormethan (CH2Cl2) in eine neue saubere 10 mL Glasflasche hinzufügen und gut verrühren. Übertragen von 2,1 mL der EMIm-OTf-Lösung in die 5OCB und FcD-Glasphiole enthält. Schütteln Sie das Fläschchen um all...

<ol>
	<li>Chandrasekhar, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Liquid Crystals. , (1992).</li><li>Blinov, L. M., Chigrinov, V. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Electrooptic Effects in Liquid Crystal Materials. , (1994).</li><li>Pieraccini, S., Masiero, S., Ferrarini, A., Spada, G. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Chirality+transfer+across+length-scales+in+nematic+liquid+crystals:+fundamentals+and+applications.">Chirality transfer across length-scales in nematic liquid crystals: fundamentals and applications.</a> Chemical Society Reviews. 40 (1), 258-271 (2011).</li><li>Eelkama, R., Feringa, B. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Amplification+of+chirality+in+liquid+crystals.">Amplification of chirality in liquid crystals.</a> Organic &amp; Biomolecular Chemistry. 4 (20), 3729-3745 (2006).</li><li>Wang, L., Li, Q. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Stimuli-Directing+self-organized+3D+liquid-crystalline+nanostructures:+from+materials+design+to+photonic+applications.">Stimuli-Directing self-organized 3D liquid-crystalline nanostructures: from materials design to photonic applications.</a> Advanced Functional Materials. 26 (1), 10-28 (2016).</li><li>Bisoyi, H. K., Li, Q. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Light-directing+chiral+liquid+crystal+nanostructures:+from+1D+to+3D.">Light-directing chiral liquid crystal nanostructures: from 1D to 3D.</a> Accounts of Chemical Research. 47 (10), 3184-3195 (2014).</li><li>van Delden, R. A., Koumura, N., Harada, N., Feringa, B. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Unidirectional+rotary+motion+in+a+liquid+crystalline+environment:+color+tuning+by+a+molecular+motor.">Unidirectional rotary motion in a liquid crystalline environment: color tuning by a molecular motor.</a> Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 99 (8), 4945-4949 (2002).</li><li>Mathews, M., Tamaoki, N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Planar+chiral+azobenzenophanes+as+chiroptic+switches+for+photon+mode+reversible+reflection+color+control+in+induced+chiral+nematic+liquid+crystals.">Planar chiral azobenzenophanes as chiroptic switches for photon mode reversible reflection color control in induced chiral nematic liquid crystals.</a> Journal of the American Chemical Society. 130 (34), 11409-11416 (2008).</li><li>Huang, Y., Zhou, Y., Doyle, C., Wu, S. -. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Tuning+the+photonic+band+gap+in+cholesteric+liquid+crystals+by+temperature-dependent+dopant+solubility.">Tuning the photonic band gap in cholesteric liquid crystals by temperature-dependent dopant solubility.</a> Optics Express. 14 (3), 1236-1242 (2006).</li><li>Hu, W., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Magnetite+nanoparticles/chiral+nematic+liquid+crystal+composites+with+magnetically+addressable+and+magnetically+erasable+characteristics.">Magnetite nanoparticles/chiral nematic liquid crystal composites with magnetically addressable and magnetically erasable characteristics.</a> Liquid Crystals. 37 (5), 563-569 (2010).</li><li>Han, Y., Pacheco, K., Bastiaansen, C. W. M., Broer, D. J., Sijbesma, R. 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A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Responsive+photonic+hydrogels+based+on+nanocrystalline+cellulose.">Responsive photonic hydrogels based on nanocrystalline cellulose.</a> Angewandte Chemie International Edition. 52 (34), 8912-8916 (2013).</li><li>Coles, H., Morris, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Liquid-crystal+lasers.">Liquid-crystal lasers.</a> Nature Photonics. 4 (10), 676-685 (2010).</li><li>Xiang, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Electrically+tunable+laser+based+on+oblique+heliconical+cholesteric+liquid+crystal.">Electrically tunable laser based on oblique heliconical cholesteric liquid crystal.</a> Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 113 (46), 12925-12928 (2016).</li><li>Song, M. H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Effect+of+phase+retardation+on+defect-mode+lasing+in+polymeric+cholesteric+liquid+crystals.">Effect of phase retardation on defect-mode lasing in polymeric cholesteric liquid crystals.</a> Advanced Materials. 16 (9-10), 779-783 (2004).</li><li>White, T. J., McConney, M. E., Bunning, T. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Dynamic+color+in+stimuli-responsive+cholesteric+liquid+crystals.">Dynamic color in stimuli-responsive cholesteric liquid crystals.</a> Journal of Materials Chemistry. 20 (44), 9832-9847 (2010).</li><li>Bisoyi, H. K., Bunning, T. 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K., Li, Q. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Light-driven+liquid+crystalline+materials:+from+photo-induced+phase+transitions+and+property+modulations+to+applications.">Light-driven liquid crystalline materials: from photo-induced phase transitions and property modulations to applications.</a> Chemical Reviews. 116 (26), 15089-15166 (2016).</li><li>Tokunaga, S., Itoh, Y., Tanaka, H., Araoka, F., Aida, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Redox-responsive+chiral+dopant+for+quick+electrochemical+color+modulation+of+cholesteric+liquid+crystal.">Redox-responsive chiral dopant for quick electrochemical color modulation of cholesteric liquid crystal.</a> Journal of the American Chemical Society. 140 (35), 10946-10949 (2018).</li><li>Step&#780;nick&#780;a, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Ferrocenes: Ligands, Materials and Biomolecules. , (2008).</li><li>Togni, A., Hayashi, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Ferrocenes: Homogeneous Catalysis, Organic Synthesis, Materials Science. , (1995).</li><li>Fukino, T., Yamagishi, H., Aida, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Redox-responsive+molecular+systems+and+materials.">Redox-responsive molecular systems and materials.</a> Advanced Materials. 29 (25), 1603888 (2017).</li><li>Goh, M., Akagi, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Powerful+helicity+inducers:+axially+chiral+binaphthyl+derivatives.">Powerful helicity inducers: axially chiral binaphthyl derivatives.</a> Liquid Crystals. 35 (8), 953-965 (2008).</li><li>Xianyu, H., Faris, S., Crawford, G. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=In-plane+switching+of+cholesteric+liquid+crystals+for+visible+and+near-infrared+applications.">In-plane switching of cholesteric liquid crystals for visible and near-infrared applications.</a> Applied Optics. 43 (26), 5006-5015 (2004).</li><li>Lin, T. H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Electrically+controllable+laser+based+on+cholesteric+liquid+crystal+with+negative+dielectric+anisotropy.">Electrically controllable laser based on cholesteric liquid crystal with negative dielectric anisotropy.</a> Applied Physics Letters. 88 (6), 061122 (2006).</li><li>Bailey, C. A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Surface+limitations+to+the+electro-mechanical+tuning+range+of+negative+dielectric+anisotropy+cholesteric+liquid+crystals.">Surface limitations to the electro-mechanical tuning range of negative dielectric anisotropy cholesteric liquid crystals.</a> Journal of Applied Physics. 111 (6), 063111 (2012).</li><li>Bailey, C. A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Electromechanical+tuning+of+cholesteric+liquid+crystals.">Electromechanical tuning of cholesteric liquid crystals.</a> Journal of Applied Physics. 107 (1), 013105 (2010).</li><li>Xiang, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Electrically+tunable+selective+reflection+of+light+from+ultraviolet+to+visible+and+infrared+by+heliconical+cholesterics.">Electrically tunable selective reflection of light from ultraviolet to visible and infrared by heliconical cholesterics.</a> Advanced Materials. 27 (19), 3014-3018 (2015).</li><li>Hu, W., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Electrically+controllable+selective+reflection+of+chiral+nematic+liquid+crystal/chiral+ionic+liquid+composites.">Electrically controllable selective reflection of chiral nematic liquid crystal/chiral ionic liquid composites.</a> Advanced Materials. 22 (4), 468-472 (2010).</li><li>Choi, S. S., Morris, S. M. M., Huck, W. T. S., Coles, H. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Electrically+tuneable+liquid+crystal+photonic+bandgaps.">Electrically tuneable liquid crystal photonic bandgaps.</a> Advanced Materials. 21 (38-39), 3915-3918 (2009).</li><li>Tokunaga, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Electrophoretic+deposition+for+cholesteric+liquid-crystalline+devices+with+memory+and+modulation+of+reflection+colors.">Electrophoretic deposition for cholesteric liquid-crystalline devices with memory and modulation of reflection colors.</a> Advanced Materials. 28 (21), 4077-4083 (2016).</li><li>Sen, M. S., Brahma, P., Roy, S. K., Mukherjee, D. K., Roy, S. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Birefringence+and+order+parameter+of+some+alkyl+and+alkoxycyanobiphenyl+liquid+crystals.">Birefringence and order parameter of some alkyl and alkoxycyanobiphenyl liquid crystals.</a> Molecular Crystrals and Liquid Crystals. 100 (3-4), 327-340 (1983).</li><li>McConney, M. E., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Electrically+induced+color+changes+in+polymer-stabilized+cholesteric+liquid+crystals.">Electrically induced color changes in polymer-stabilized cholesteric liquid crystals.</a> Advanced Optical Materials. 1 (6), 417-421 (2013).</li><li>Choi, S. S., Morris, S. M., Huck, W. T. S., Coles, H. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+switching+properties+of+chiral+nematic+liquid+crystals+using+electrically+commanded+surfaces.">The switching properties of chiral nematic liquid crystals using electrically commanded surfaces.</a> Soft Matter. 5 (2), 354-362 (2009).</li><li>Sapp, S., Luebben, S., Losovyj, Y. B., Jeppson, P., Schulz, D. L., Caruso, A. N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Work+function+and+implications+of+doped+poly(3,4-ethylenedioxythiophene)-co-poly(ethylene+glycol).">Work function and implications of doped poly(3,4-ethylenedioxythiophene)-co-poly(ethylene glycol).</a> Applied Physics Letters. 88 (15), 152107 (2006).</li><li>Groenendaal, L., Jonas, F., Freitag, D., Pielartzik, H., Reynolds, J. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Poly(3,4-ethylenedioxythiophene)+and+its+derivatives:+past,+present,+and+future.">Poly(3,4-ethylenedioxythiophene) and its derivatives: past, present, and future.</a> Advanced Materials. 12 (7), 481-494 (2000).</li><li>Kirchmeyer, S., Reuter, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Scientific+importance,+properties+and+growing+applications+of+poly(3,4-ethylenedioxythiophene).">Scientific importance, properties and growing applications of poly(3,4-ethylenedioxythiophene).</a> Journal of Materials Chemistry. 15 (21), 2077-2088 (2005).</li></ol>

Auf Antrag von + 1,5 V an die Spitze ITO-Elektrode (Abbildung 1C) erfährt FcD eine Oxidationsreaktion um FcD+zu generieren. Wie die spiralförmige Drehung macht der FcD+ (101 µm-1, Abbildung 1B) niedri...

Cholesterischen Flüssigkristalle (LCs) sind dafür bekannt, helle Reflexionsfarben aufgrund ihrer internen spiralförmige molekulare Regelungen1,2,3,4aufweisen. Die Reflexion Wellenlänge λ richtet sich nach der spiralförmige Steigung P und dem Durchschnitt refraktiven index n der LC (λ = nP). Solche LCs erzeugt werden kann, durch Dotierung chiralen Verbindungen (chiral Dotierstoffe), nematische LCs und die spiralförmige Tonhöhe wird definiert durch die Gleichung P = 1/βMC, wo βM die spiralförmige Drehung macht (HTP ist) und C ist der Molar Bruchteil der chiralen Dotierstoff. Basierend auf dieser Idee, verschiedene chirale Dotierstoffe, die auf eine Vielzahl von Reizen wie leichte5,6,7,8, Hitze9, magnetisches Feld10und Gas11 reagieren können entwickelt wurde. Solche Eigenschaften sind möglicherweise nützlich für verschiedene Anwendungen wie z. B. Sensoren12 und Laser13,14,15 unter anderem16,17,18 .
Vor kurzem, entwickelten wir die erste Redox-responsive chiralen Dotierstoff FcD (Bild 1A)19 , die den HTP-Wert als Reaktion auf Redox-Reaktionen ändern können. FC D besteht aus einem Ferrocen-Einheit, die reversible Redox-Reaktionen20,21,22unterziehen kann, und eine Binaphthyl Einheit, die bekanntermaßen hohe HTP Wert23aufweisen. Der cholesterischen LC dotiert mit FcD, in Anwesenheit einer unterstützenden Elektrolyt kann seine Reflexion Farbwechsel innerhalb von 0,4 s und Wiederherstellen der ursprünglichen Farbe in 2,7 s auf Antrag der Spannung von + 1,5 und 0 V, beziehungsweise. Die hohe Reaktionsgeschwindigkeit und niedrige Betriebsspannung beobachtet für das Gerät noch nie da gewesenen unter einem anderen cholesterischen LC Gerät bisher gemeldet wird.
Einer der wichtigen Anwendungen der cholesterischen LCs ist reflektierende Displays, deren Energie-Verbrauch deutlich niedriger als die herkömmlichen LC-Displays ist. Zu diesem Zweck sollte cholesterischen LCs seine Reflexionsfarbe mit elektrische Reize ändern. Jedoch verwenden die meisten der bisherigen Methoden eine elektrische Kopplung zwischen der angewandten elektrische Reize und die Host-LC-Moleküle, die Hochspannung erfordert über 40 V24,25,26,27 ,28. Für den Einsatz von elektrisch reagieren chiralen Dotierstoff sind nur einige Beispiele für29,30 einschließlich unserer früheren Arbeit31, wonach auch Hochspannung mit niedrigen Reaktionsgeschwindigkeit. In Anbetracht dieser früheren Werken, die Leistung von unserem FcD-dotierten cholesterischen LC-Gerät speziell für den schnellen Farbwechsel Modulationsgeschwindigkeit (0,4 s) und niedrige Betriebsspannung (1,5 V), ist eine Pionierleistung, die stark Beitrag zur Entwicklung der nächsten Generation reflektierende Displays. In diesem ausführlichen Protokoll zeigen wir die Fertigungsprozesse und die Betriebsabläufe der Prototyp cholesterischen LC-Display-Geräte.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" style="width:1295px;" width="1295">
	<tbody>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:579px;">1-Ethyl-3-methylimidazolium Trifluoromethanesulfonate, 98%</td>
			<td style="width:211px;">TCI</td>
			<td style="width:163px;">E0494</td>
			<td style="width:343px;"></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:579px;">4-Cyano-4&#39;-pentyloxybiphenyl, 98%</td>
			<td style="width:211px;">TCI</td>
			<td style="width:163px;">C1551</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:579px;">Diamond tipped glass cutter</td>
			<td style="width:211px;">AS ONE</td>
			<td style="width:163px;">6-539-05</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:579px;">Dichloromethane, 99.5%</td>
			<td style="width:211px;">KANTO CHEMICAL</td>
			<td style="width:163px;">10158-2B</td>
			<td>HPLC grade</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:579px;">Differential Scanning Calorimeter</td>
			<td style="width:211px;">METTLER TOLEDO</td>
			<td style="width:163px;">DSC 1</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Digital microscope&#160;</td>
			<td style="width:211px;">KEYENCE</td>
			<td style="width:163px;">VHX-5000</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:579px;">Extran MA01</td>
			<td style="width:211px;">Merck</td>
			<td style="width:163px;">107555</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:579px;">Fully ITO-coated glass plate</td>
			<td style="width:211px;"></td>
			<td style="width:163px;"></td>
			<td>Costum order, Resistance: ~30&#937;</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:579px;">Glass beads</td>
			<td style="width:211px;">Thermo Fisher Scientific</td>
			<td style="width:163px;">9005</td>
			<td>5 &#177; 0.3 &#956;m in diameter</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:579px;">Hot stage</td>
			<td style="width:211px;">INSTEC</td>
			<td style="width:163px;">mK1000</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:579px;">ITO-patterned glass plate</td>
			<td style="width:211px;"></td>
			<td style="width:163px;"></td>
			<td>Costum order, Resistance: ~30&#937;</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:579px;">Oil rotary vacuum pump</td>
			<td style="width:211px;">SATO VAC</td>
			<td style="width:163px;">TSW-150</td>
			<td>Pressure: ~5 Pa</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Optical adhesive</td>
			<td style="width:211px;">Noland</td>
			<td style="width:163px;">NOA81</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:579px;">Poly(3,4-ethylenedioxythiophene), bis-poly(ethyleneglycol), lauryl terminated</td>
			<td style="width:211px;">Sigma Aldrich</td>
			<td style="width:163px;">687316</td>
			<td>0.7 wt% (dispersion in nitromethane)</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Potentiostat</td>
			<td style="width:211px;">TOHO TECHNICAL RESEARCH</td>
			<td style="width:163px;">PS-08</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Rubbing machine</td>
			<td style="width:211px;">EHC</td>
			<td style="width:163px;">MRJ-100S</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:579px;">Spectrophotometer</td>
			<td style="width:211px;">JASCO</td>
			<td style="width:163px;">V-670 UV/VIS/NIR</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:579px;">Spin coater</td>
			<td style="width:211px;">MIKASA</td>
			<td style="width:163px;">1H-D7</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:579px;">Ultrapure water</td>
			<td style="width:211px;">Merck&#160;</td>
			<td style="width:163px;">Milli-Q Integral 3</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:579px;">Ultrasonic bath</td>
			<td style="width:211px;">AS ONE</td>
			<td style="width:163px;">ASU-2</td>
			<td>Power: 40 W</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Ultrasonic soldering</td>
			<td style="width:211px;">KURODA TECHNO</td>
			<td style="width:163px;">SUNBONDER USM-IV</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:579px;">UV lamp</td>
			<td style="width:211px;">AS ONE</td>
			<td style="width:163px;">SLUV-4</td>
			<td>Power: 4 W</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

an electrochemical cholesteric liquid crystalline device for quick and low-voltage color modulation

Wir zeigen eine Methode für die Herstellung von einem Prototyp reflektierende Anzeigegerät, der cholesterischen Flüssigkristalle (LC) enthält als aktive Komponente. Der cholesterischen LC besteht aus einem nematische LC 4'-Pentyloxy-4-Cyanobiphenyl (5OCB), Redox-responsive chiralen Dotierstoffen (FcD) und eine unterstützende Elektrolyt 1-Ethyl-3-Methylimidazolium Trifluoromethanesulfonate (EMIm-OTf). Die wichtigste Komponente ist FcD. Dieses Molekül ändert seine spiralförmige Drehung (HTP) Leistungswert als Reaktion auf Redox-Reaktionen. Lassen Sie deshalb an Ort und Stelle elektrochemische Redoxreaktionen in der LC-Mischung für das Gerät, seine Reflexion Farbwechsel in Reaktion auf elektrische Reize. Die LC-Mischung eingeführt wurde, durch eine Kapillarwirkung in einer Sandwich-Typ ITO Glas Zelle bestehend aus zwei Glasplatten mit gemusterten Indium-Zinn-Oxid (ITO) Elektroden, von denen mit poly(3,4-ethylenedioxythiophene) -co beschichtet wurde-Poly (Ethylen Glykol) dotiert mit Perchlorat (PEDOT+). Auf Antrag von 1,5 V, die Reflexionsfarbe des Geräts geändert von blau (467 nm) auf grün (485 nm) in 0,4 S. nachfolgende Antragstellung von 0 V das Gerät wiederherstellen die ursprüngliche blaue Farbe in 2,7 s. Dieses Gerät zeichnet sich durch seine schnellste elektrische Reaktion und niedrigste Betriebsspannung unter allen bisher berichtet cholesterischen LC-Gerät. Dieses Gerät könnte den Weg für die Entwicklung der nächsten Generation reflektierende Displays mit niedrigen Energieverbräuche ebnen.

Fotografien, Transmission Spektren und Zeit abhängige Transmission ändern Profile bei 510 nm werden gesammelt für das LC-Gerät mit FcD-dotierten (3,1 Mol%) cholesterischen LC in Anwesenheit von EMIm-OTf (3.0 Mol-%) während die Spannung Anwendung Zyklen zwischen 0 und + 1,5 V bei 37 ° C.
Die LC-Gemisch mit FcD (3,1 Mo...

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An Electrochemical Cholesteric Liquid Crystalline Device for Quick and Low-Voltage Color Modulation

Ein Protokoll für die Herstellung von eine reflektierende cholesterischen flüssig kristallinen Anzeige Gerät mit einer Redox-responsive chiralen Dotierstoff erlaubt einen schnellen und Niedervolt-Betrieb präsentiert wird.

Eine elektrochemische cholesterischen flüssig kristallinen Gerät für schnelle und Niedervolt-Farbe Modulation

We demonstrate a method for fabricating a prototype reflective display device that contains cholesteric liquid crystal (LC) as an active component. The ...

Cholesterische Flüssigkristalle sind dafür bekannt, helle Reaktionsfarben zu haben, und die schnelle Farbmodulation ist wichtig für die Entwicklung der nächsten Generation von reflektierenden Displays. Unsere Methode ermöglicht die schnellste Farbmodulation mit der niedrigsten Betriebsspannung, die jemals für cholesterische Flüssigkristalle gemeldet wurde. Der Schlüssel ist FcD.Ein chiraler Dopant mit Redox-reaktionsschneller Spiraldrehkraft. Demonstriert wird das Verfahren von Shoichi Tokunaga, einem Postdoc, und Mengyan Zeng, einem Doktoranden unseres Labors. Um mit der Vorbereitung des cholesterischen Flüssigkristallgemisches zu beginnen, legen Sie 84,6 Milligramm 5OCB und 5,922 Milligramm FcD in eine 10 Milliliter Glasdurchstechflasche.In einer separaten Durchstechflasche 12,9 Milligramm EMIm-OTf in 10 Milliliter Dichlormethan auflösen. 2,1 Milliliter der EMIm-OTf-Lösung in das Flüssigkristallgemisch geben und die Komponenten durch sanftes Schütteln der Durchstechflasche gut mischen. Dann bedecken Sie die Durchstechflasche mit Aluminiumfolie und stechen Sie mehrere Löcher in die Folie mit einer Nadel.Erhitzen Sie die Lösung bei 80 Grad Celsius für eine Stunde, um den größten Teil des DCM zu verdampfen. Setzen Sie die Durchstechflasche unter Vakuum, und heizen Sie sie für eine weitere Stunde, um das verbleibende DCM zu entfernen, um eine klare, orange Flüssigkristallmischung zu erhalten. Als nächstes, um mit der Vorbereitung des ITO-Glases zu beginnen, schneiden Sie ein 10 mal 10 Millimeter großes Glasstück, das mit ITO gemustert ist, in der gewünschten Form und ein 10 mal 12 Millimeter großes Stück Standard-ITO-Glas.Legen Sie beide Stücke von ITO-Glas in das verdünnte Tensid, ohne sie berühren zu lassen. Kombinieren Sie 60 Milliliter einer alkalischen Tensidlösung und 240 Milliliter ultrareines Wasser in einem 500 Milliliter Glasbehälter. Beschallen Sie die Platten in verdünntem alkalisches Tensid für 30 Minuten.Dann dekantieren Sie das Tensid und spülen Sie die Platten mit 200 Milliliter Portionen ultrareinem Wasser. Führen Sie diesen Spülvorgang insgesamt dreimal durch. Füllen Sie den Behälter mit 300 Millilitern reinem Reinstwasser.Beschallen Sie die Platten für 20 Minuten. Und dekant das Wasser. Waschen Sie die Platten auf diese Weise insgesamt dreimal in reines Wasser.Schließlich trocknen Sie die sauberen Platten mit einem Strom von Stickstoffgas und lagern Sie sie in sauberen, Einweg-Petrischalen. Bewahren Sie das Geschirr in einem sauberen Trockentrockner auf. Um mit der Vorbereitung der Zelle zu beginnen, beschallen Sie eine 0,7 Prozent durch Gewicht Dispersion von PEDOT in Nitromethan für 60 Minuten, um sicherzustellen, dass das Polymer gut dispergiert ist.Fixieren Sie dann das saubere Standard-ITO-Glas auf einem Spincoater und entfernen Sie Staub von der ITO-beschichteten Oberfläche mit einer Stickstoff-Blaspistole. 50 Mikroliter frisch beschallte PEDOT-Dispersion vorsichtig auf die ITO-Oberfläche auftragen und 60 Sekunden lang bei 1000 U/min verschichten. Lassen Sie die beschichtete Platte anschließend eine Stunde in der Umgebungsluft sitzen.Als nächstes fixieren Sie die gemusterte ITO-Platte in einer Reibmaschine, die mit einem Rayontuch ausgestattet ist. Reiben Sie die ITO-gemusterte Oberfläche gründlich unter einem Stickstoffgasstrom. Dann, in einem staubfreien Bereich, mischen Sie einen Tropfen optischen Klebstoff mit einer ähnlich großen Menge von 5 Mikrometer Borosilikat Glasperlen.Legen Sie die PEDOT-beschichtete Platte nach oben auf den Arbeitsbereich. Tragen Sie etwa 0,2 Kubikmillimeter des Klebstoffgemisches auf jede Ecke einer schmalen Seite der Platte auf. Tragen Sie zwei weitere Teile des Klebstoffs acht Millimeter von dieser Seite entfernt auf, um ein acht mal zehn Millimeter großes Rechteck auf die Platte zu bilden.Legen Sie die gemusterte ITO-Platte nach unten auf den Klebstoff mit einer Kante, die an den Tropfen teilweise entlang der PEDOT-beschichteten Platte ausgerichtet ist, so dass die Platten um etwa zwei Millimeter versetzt werden. Drücken Sie vorsichtig die Ecken der Zelle nach unten, um einen gleichmäßigen Abstand zwischen den Platten zu erreichen, wie durch das Verschwinden des Fransenmusters in der Zelle angezeigt wird. Strahlen Sie die Zelle mit 365 Nanometer UV-Licht für 20 Sekunden, um den Klebstoff einzustellen.Erhitzen Sie die Zelle auf einer heißen Platte bei 100 Grad Celsius für drei Stunden, um die Aushärtung des Klebstoffs zu beenden. Schließlich verbinden Sie Leitungsdrähte, die mit Aligator-Clips ausgestattet sind, durch Ultraschall-Sautering an die freiliegende ITO-Oberfläche auf jeder Platte. Verwenden Sie Isolierband, um die Drähte der Glaszelle an einem Mikroskopschlitten zu befestigen, um die Handhabung später zu erleichtern.Das ITO-Glas, einen kleinen Spachtel und die cholesterische Flüssigkristallmischung bei 80 Grad Celsius 10 bis 15 Minuten erhitzen. Dann schnell eine kleine Menge des heißen cholesterischen Flüssigkristallgemisches mit dem erhitzten Spachtel in den Spalt zwischen den Platten geben. Die Zelle füllt sich durch Kapillarwirkung in etwa 60 Sekunden.Sobald die Zelle voll ist, reduzieren Sie die Bühnentemperatur auf 37 Grad Celsius und warten Sie, bis sich die Zelle bei dieser Temperatur stabilisiert. Tragen Sie schiere Kraft auf, indem Sie sanft die Mitte des Flüssigkristallgeräts drücken, um die helle reflektierte Farbe zu sehen. Platzieren Sie dann das Gerät auf der heißen Bühne unter einem digitalen optischen Mikroskop mit der gemusterten Seite des Geräts, die auf die Linse gerichtet ist.Verbinden Sie die gemusterten und PEDOT-beschichteten Platten mit den positiven bzw. negativen Klemmen eines Poteniostats. Konfigurieren Sie den Poteniostat so, dass er zwischen dem Anwenden von 1,5 Volt für vier Sekunden und 0 Volt für acht Sekunden wechselt. Beobachten und erfassen Sie den Farbwechsel des Flüssigkristallgeräts mit dem digitalen Mikroskop, während Sie die Spannung umfahren.Als nächstes richten Sie ein UV-Vis-Spektralphotometer ein, um die Durchlässigkeit von 800 bis 300 Nanometern zu scannen. Legen Sie eine kleine Buchse in das Probenfach, um die heiße Stufe zu halten. Legen Sie das Flüssigkristallgerät auf eine Kochplatte, um warm zu bleiben und eine Hintergrundmessung der leeren heißen Stufe zu erhalten.Laden Sie das Gerät dann wieder in die heiße Phase und legen Sie es in das Spektrometer mit der gemusterten Seite zum Balken. Verwenden Sie ein dunkles Tuch, um Lücken zwischen der Probenkammertür und den Drähten zu bedecken. Warten Sie einige Minuten, bis sich das Gerät bei 37 Grad Celsius stabilisiert.Passen Sie bei Bedarf die Position der heißen Stufe an, um die Durchlässigkeit zu maximieren. Erfassen Sie dann ein erstes Übertragungsspektrum über das Gerät. Danach 1,5 Volt für vier Sekunden auf das Gerät auftragen und sofort ein Sendespektrum erfassen.Wenn die Messung abgeschlossen ist, wenden Sie 0 Volt acht Sekunden lang auf das Gerät an und erfassen Sie ein weiteres Spektrum. Schließlich, Rekord prozentweise Durchlässigkeit bei 510 Nanometern im Laufe der Zeit beim Radfahren der Spannung zwischen 1,5 Volt für vier Sekunden und 0 Volt für acht Sekunden fünf Mal. Der cholesterische Flüssigkristall gedopt mit einem chiralen Ferrozen-Binaphtol-Komplex, erschien hellblau und hatte ein Reflexionsband mit 467 Nanometern zentriert.Durch das Anwenden von 1,5 Volt auf eine ITO-Elektrode in Kontakt mit der Flüssigkristalllösung wurde das Reflexionsband auf 485 Nanometer zentriert. Der oxidierte cholesterische Flüssigkristall erschien hell cyan bis grün gegen die unoxidierte blaue Umgebung. Das Reflexionsband verschob sich nach dem Auftragen von 0 Volt auf die Elektrode mit einer entsprechenden Wiederherstellung der blauen Reflexionsfarbe wieder auf 467 Nanometer.Die Durchlässigkeit nahm bei wiederholten Zyklen aufgrund zunehmender Orientierungsstörungen leicht ab, aber dies wurde durch die Anwendung einer schieren Kraft auf das Gerät repariert. Der Farbwechsel von Blau zu Cyan erfolgte in 0,4 Sekunden, und der Rückgabewechsel dauerte 2,7 Sekunden. Die abwechselnde Anwendung von 1,5 Volt für 0,5 Sekunden und 0 Volt für fünf Sekunden führte zu einer blinkenden Elektrode.Wenn Sie versuchen, die Prozedur zu versuchen, achten Sie bitte bei der Montage der Zelle. Die Qualität der Zelle bestimmt die Qualität des Anzeigebildes des Geräts. Sie können den geeigneten Spannungsbereich für den Betrieb des Geräts mit zyklischer Voltammetrie identifizieren.Röntgenstrahlen für die Elektronenspektroskopie können diese Entstehung des oxidierten Teils im flüssigen kristallinen Material bestätigen. Durch die präzise Abstimmung der chemischen Struktur der Redox-responsiven Chirol-Dopant und anderer Komponenten können wir neue Arten von reflektierenden Displays entwickeln, wie z. B. Vollfarben-E-Paper. Weitere Untersuchung des Mechanismus unserer Chirol Dopant, kann die grundlegende Wissenschaft der cholesterischen Flüssigkristalle vertiefen, wo der molekulare Mechanismus der Chirol-Induktion noch unklar ist.

Research

JoVE Journal

Chemistry

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This protocol describes the dynamic measurement of chloride ions using the transition time of a silver silver chloride (Ag/AgCl) electrode. Silver silver ...

Forschung

Chemie

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Synthese von Programmierbare Hauptkettenflüssigkristalline Elastomere unter Verwendung eines Zwei-Stufen-Thiol-Acrylat-Reaktions

This study presents a novel two-stage thiol-acrylate Michael addition-photopolymerization (TAMAP) reaction to prepare main-chain liquid-crystalline ...

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Elektrochemische Impedanz Spektroskopie als Instrument zur elektrochemischen Rate Konstanten Schätzung

Electrochemical impedance spectroscopy (EIS) was used for advanced characterization of organic electroactive compounds along with cyclic voltammetry (CV). ...

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Phthalsäure Acid Ester-Bindung DNA-Aptamer Auswahl, Charakterisierung und Anwendung eines elektrochemischen Aptasensor

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Synthese und Performance Charakterisierungen von Übergangsmetall Einzelatom Katalysator für elektrochemische CO2 -Reduktion

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Preparation of Graphene-Supported Microwell Liquid Cells for In Situ Transmission Electron Microscopy

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