對(duì)一種基于光致三穩(wěn)態(tài)手性開(kāi)關(guān)及分段調(diào)控膽甾相液晶的色彩顯示的寬譜段反射光譜表征 手性分子 膽甾相液晶 反射光譜 光致形變液晶高分子材料 液晶顯示
【概述】大量研究表明，對(duì)具有自組織螺旋結(jié)構(gòu)的 膽甾相液晶（CLCs） 的動(dòng)態(tài)調(diào)控可以實(shí)現(xiàn)顏色的調(diào)節(jié)?，F(xiàn)有的基于光敏雙穩(wěn)態(tài)手性開(kāi)關(guān)的調(diào)控具有螺旋扭轉(zhuǎn)力（HTP）變化不足的缺陷，這限制了反射光譜的波長(zhǎng)調(diào)控范圍。同時(shí)，由于現(xiàn)有調(diào)控需要犧牲一種可見(jiàn)光譜顏色作為背景，因而無(wú)法實(shí)現(xiàn)真正的全色顯示。
圖1，基于光致三穩(wěn)態(tài)手性開(kāi)關(guān)的膽甾相液晶分段調(diào)控 RGBB 色彩顯示
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近期，復(fù)旦大學(xué)材料科學(xué)系俞燕蕾教授課題組突破上述限制，設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了一種基于光致三穩(wěn)態(tài)手性開(kāi)關(guān)的分段調(diào)控膽甾相液晶，實(shí)現(xiàn) RGB 色彩與黑色背景的顯示，為 RGBB (RGB and Black) 色彩的顯示提供了一種新的概念及方法，其研究成果以《Piecewise Phototuning of Self-Organized Helical Superstructures》為題發(fā)表在 Advanced Materials 雜志上。
【樣品 & 測(cè)試】為實(shí)現(xiàn)可見(jiàn)到近紅外波段反射光譜的調(diào)諧，作者將兩種偶氮苯（Azo 和 F-Azo）連接在聯(lián)萘手性中心上，構(gòu)造出一種新型的光敏三穩(wěn)態(tài)手性開(kāi)關(guān)（圖1c）。三穩(wěn)態(tài)手性開(kāi)關(guān)在 HTP 上變化顯著，使 CLCs 具有兩個(gè)相鄰且連續(xù)的反射周期，實(shí)現(xiàn)寬譜段的分段光譜調(diào)控（圖1a）。借此方法，作者不僅實(shí)現(xiàn)了可見(jiàn)光譜的 RGB 反射顏色調(diào)制，并進(jìn)一步調(diào)優(yōu)近紅外波段內(nèi)的反射光譜以實(shí)現(xiàn)黑色背景的顯示（圖1b）。
圖2，在光控制下光致三穩(wěn)態(tài)手性開(kāi)關(guān)的構(gòu)型變化
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光致三穩(wěn)態(tài)手性開(kāi)關(guān)在 3 個(gè)光固化狀態(tài)（PSSs）顯示了 3 個(gè)主構(gòu)型（圖2a-b）。在 530nm 光照射下（PSS-530），F(xiàn)-Azo 發(fā)生 trans-cis 異構(gòu)化過(guò)程，手性開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換為構(gòu)型 Ⅱ，旋轉(zhuǎn)位移線之間的距離增加，HTP 值為 112μm-1。在 365nm 光照射下，Azo 和 F-Azo 發(fā)生 trans-cis 異構(gòu)化，手性開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換為構(gòu)型 Ⅲ，旋轉(zhuǎn)位移線進(jìn)一步向外移動(dòng)，HTP 減小至 36μm-1。在 470nm 光照射下（PSS-470），Azo 和 F-Azo 發(fā)生 cis-trans 恢復(fù)過(guò)程，手性開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換為構(gòu)型 Ⅰ，旋轉(zhuǎn)位移線之間的距離變得更短，HTP 增加為 160μm-1。利用三個(gè)波長(zhǎng)的光連續(xù)曝光 50 個(gè)周期（圖2c），手性開(kāi)關(guān)在每個(gè) PSS 上始的 HTP 值沒(méi)有明顯變化。
圖3，分段調(diào)控反射光譜方法產(chǎn)生 RGB 色彩與黑色背景圖像及其光譜表征
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在強(qiáng)度較低的光刺激下，該手性分子可以在構(gòu)型 Ⅰ、Ⅱ 和 Ⅲ 之間轉(zhuǎn)變，引起膽甾相液晶的反射光譜波長(zhǎng)可逆變化，圖3a 為在 530nm 光照下的調(diào)控結(jié)果。將少量的三穩(wěn)態(tài)手性開(kāi)關(guān)被摻雜到商業(yè)可用的主向列液晶材料 E7 中，形成右手性的 CLCs 混合物。CLCs 具有兩個(gè)相鄰的連續(xù)協(xié)調(diào)周期，分別在可見(jiàn)光譜波段提供 470nm 和 530nm 的光照射，在近紅外波段提供 530nm 和 365nm 的光照射。通過(guò)優(yōu)化調(diào)控條件，理論上zui寬可實(shí)現(xiàn) 500~3760nm 的反射光譜調(diào)控，圖3c 為調(diào)控的部分反射光譜實(shí)際測(cè)量結(jié)果。對(duì)合成 CLCs 的反射光譜波長(zhǎng)進(jìn)行分段控制，可以創(chuàng)造出帶有黑色背景的豐富多彩的圖案（圖3b）。
圖4，文章對(duì)復(fù)享光學(xué)光纖光譜儀相關(guān)產(chǎn)品的標(biāo)注
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【總結(jié)】作者通過(guò)將 Azo 和 F-Azo 的精細(xì)結(jié)構(gòu)連接到一個(gè)手性結(jié)構(gòu)中，設(shè)計(jì)并開(kāi)發(fā)了一種新型光響應(yīng)超分子材料-分段調(diào)控膽甾相液晶。利用該材料可實(shí)現(xiàn)可見(jiàn)光譜及近紅外光譜的分段調(diào)控，從而展示了一種開(kāi)發(fā)可光調(diào)諧 RGBB 反射顯示的新策略，實(shí)現(xiàn)自帶黑色背景的 RGB 色彩的圖像顯示。該材料在防偽、彩色電子書(shū)、光擦寫(xiě)顯示器等領(lǐng)域具有良好的應(yīng)用前景。
文中，由復(fù)享光學(xué)提供的 光纖光譜儀（PG2000-Pro-EX、NIR2500），在可見(jiàn)到近紅外反射光譜表征中起到了重要的作用，為膽甾相液晶的分段光譜調(diào)控提供了有利的論證。▌
【參考文獻(xiàn)】
? Qin, Lang, et al. "Piecewise Phototuning of Self‐Organized Helical Superstructures." Advanced Materials (2017). Link
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