פרוטוקול עבור הזיוף של נוזל cholesteric רעיוני מגובש להציג מכשיר המכיל מוצגים dopant כיראלי מגיב חמצון-חיזור המאפשר תפעול מהיר מתח נמוך.
נדגים שיטה בדיית התקן תצוגה רעיוני אב טיפוס המכיל גביש נוזלי cholesteric (LC) כמו מרכיב פעיל. LC cholesteric מורכב nematic LC 4′-pentyloxy-4-cyanobiphenyl (5OCB) dopant כיראלי מגיב חמצון-חיזור (FcD), תמיכה אלקטרוליט 1-אתיל-3-methylimidazolium trifluoromethanesulfonate (EMIm-OTf). המרכיב החשוב ביותר הוא מועדון הכדורגלD. מולקולה זו משתנה ערכו כוח (HTP) ומפותלים לוליינית בתגובה תגובות חמצון-חיזור. לכן, תגובות חמצון-חיזור אלקטרוכימי באתרו בתערובת LC לאפשר עבור התקן כדי לשנות את צבעו השתקפות בתגובה לגירויים חשמל. התערובת LC הוכנס, על ידי נימיות, כריך מסוג איטו זכוכית תא הכוללת שתי שקופיות זכוכית עם אלקטרודות תחמוצת בדיל (ITO) בדוגמת אינדיום, אחד מהם היה מצופה poly(3,4-ethylenedioxythiophene) –co-פולי (אתילן גליקול) מסטול עם פרכלורט (PEDOT+). על היישום של +1.5 V, השתקפות הצבע של ההתקן משתנה מכחול (467 ננומטר) ירוק (485 ננומטר) ב 0.4 ס’ עוקבים היישום של 0 V עשה את המכשיר לשחזר את הצבע הכחול המקורי ב- 2.7 s. התקן זה מאופיין על-ידי התגובה החשמלית המהירה שלה, מתח ההפעלה הנמוך ביותר בין כל דיווח בעבר מכשיר LC cholesteric. מכשיר זה יכול לסלול את הדרך לפיתוח של הדור הבא רפלקטיביים מציג עם שיעורי צריכת אנרגיה נמוכה.
גביש נוזלי cholesteric (ארגון LCs) ידועים להפגין צבעים בהירים השתקפות עקב שלהם פנימי לוליינית הסדרים מולקולרית1,2,3,4. השתקפות גל λ נקבעת על-ידי הזריקה לוליינית P לבין הממוצע השבירה n של LC אינדקס (λ = nP). השנתיים כזה יכול להיווצר על ידי סימום כיראלי תרכובות (כיראלי dopants) nematic השנתיים וגובה הסליל שלו מוגדרת על-ידי המשוואה P = 1/βMC, איפה βM כוח פיתול לוליינית (HTP) ו- C הוא השן הטוחנת שבריר dopant כיראלי. מבוסס על הרעיון הזה, dopants כיראלי שונים שיכול להגיב למגוון גירויים כגון אור5,6,7,8, חום9, שדה מגנטי10וגז11 פותחה. מאפיינים כאלה יכולות להיות שימושיות ליישומים שונים כגון חיישנים12 ו לייזרים13,14,15 בין היתר16,17,18 .
לאחרונה, פיתחנו את הראשון dopant כיראלי חמצון-חיזור מגיביםD (איור 1א’) Fc19 שיכולים לשנות את הערך HTP שלו בתגובה תגובות חמצון-חיזור. Fc D מורכבת יחידת ferrocene, אשר יכול לעבור חמצון-חיזור הפיך תגובות20,21,22, יחידת binaphthyl, אשר ידוע שהפגינו HTP גבוהה ערך23. LC cholesteric מסטול עם מועדון הכדורגלD, בנוכחות אלקטרוליט התומכים, באפשרותך לשנות את צבעו השתקפות בתוך 0.4 s וצבע לשחזר המקורית ב- 2.7 s על יישום מתח של +1.5 ו- 0 V, בהתאמה. מתח הפעלה נמוך ומהירות תגובה גבוהה נצפתה עבור ההתקן חסר תקדים בין כל מכשיר LC cholesteric אחר עד כה דווח.
אחד היישומים החשובים של השנתיים cholesteric הוא מציג רפלקטיביים, שקצב צריכת האנרגיה הוא הרבה יותר התצוגות LC קונבנציונאלי נמוך. למטרה זו, ארגון LCs cholesteric ומשנה את צבעו השתקפות עם גירויים חשמליים. עם זאת, רוב למתודולוגיות הקודם לנצל של חשמל צימוד בין הגירויים חשמל יישומית שהמולקולות LC המארח, הדורש מתח גבוה מעל 40 V24,25,26,27 ,28. עבור שימוש dopant כיראלי תגובה חשמלית, ישנם רק כמה דוגמאות29,30 כולל שלנו הקודם עבודה31, אשר גם דורש מתח גבוה עם מהירות התגובה נמוכה. בהתחשב יצירות קודמות אלה, הביצועים של שלנו FcD-LC התקן cholesteric מסומם, במיוחד עבור המהירות אפנון צבע מהיר (0.4 s) מתח נמוך ההפעלה (1.5 V), הוא הישג פורץ יכול במידה רבה לתרום לפיתוח הדור הבא מציג רעיוני. ב פרוטוקול מפורט זה, נדגים את תהליכי ייצור ונוהלי הפעלה של התקני תצוגה LC cholesteric האב-טיפוס.
על היישום של +1.5 V לפסגה איטו אלקטרודה (איור 1C), FcD עובר חמצון תגובה ליצירת FcD+. כמו הכוח ומפותלים הסליל של FcD+ (101 מיקרומטר-1, איור 1</st…
The authors have nothing to disclose.
אנו מודים ד ר טאג’ימה Keisuke ממרכז RIKEN על המדע עניין מתהווים לדיונים יקרי ערך. חלק של עבודה זו נערך מתקדם אפיון ננוטכנולוגיה מצע באוניברסיטת טוקיו, נתמך על ידי משרד החינוך, תרבות, ספורט, מדע, טכנולוגיה (MEXT), יפן. עבודה זו מבחינה כלכלית נתמך על ידי מענק הסיוע JSPS עבור מדעי למחקר (S) (18H 05260) על “חומרים חדשניים תפקודי מבוסס על מדע מולקולרית פנים סולם רב” Y.I. עוזר ההוראה היא אסירת תודה על מענק הסיוע JSPS עבור אתגר מחקר גישוש (16K 14062). עליה תודה לאחווה מדען צעיר JSPS.
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 |