對一種基于光致三穩態手性開關及分段調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，對具有自組織螺旋結構的 膽甾相液晶（CLCs） 的動態調控可以實現顏色的調節。現有的基于光敏雙穩態手性開關的調控具有螺旋扭轉力（HTP）變化不足的缺陷，這限制了反射光譜的波長調控范圍。同時，由于現有調控需要犧牲一種可見光譜顏色作為背景，因而無法實現真正的全色顯示。
圖1，基于光致三穩態手性開關的膽甾相液晶分段調控 RGBB 色彩顯示
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近期，復旦大學材料科學系俞燕蕾教授課題組突破上述限制，設計開發了一種基于光致三穩態手性開關的分段調控膽甾相液晶，實現 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》為題發表在 Advanced Materials 雜志上。
【樣品 & 測試】為實現可見到近紅外波段反射光譜的調諧，作者將兩種偶氮苯（Azo 和 F-Azo）連接在聯萘手性中心上，構造出一種新型的光敏三穩態手性開關（圖1c）。三穩態手性開關在 HTP 上變化顯著，使 CLCs 具有兩個相鄰且連續的反射周期，實現寬譜段的分段光譜調控（圖1a）。借此方法，作者不僅實現了可見光譜的 RGB 反射顏色調制，并進一步調優近紅外波段內的反射光譜以實現黑色背景的顯示（圖1b）。
光致三穩態手性開關在 3 個光固化狀態（PSSs）顯示了 3 個主構型（圖2a-b）。在 530nm 光照射下（PSS-530），F-Azo 發生 trans-cis 異構化過程，手性開關轉換為構型 Ⅱ，旋轉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 發生 trans-cis 異構化，手性開關轉換為構型 Ⅲ，旋轉位移線進一步向外移動，HTP 減小至 36μm-1。在 470nm 光照射下（PSS-470），Azo 和 F-Azo 發生 cis-trans 恢復過程，手性開關轉換為構型 Ⅰ，旋轉位移線之間的距離變得更短，HTP 增加為 160μm-1。利用三個波長的光連續曝光 50 個周期（圖2c），手性開關在每個 PSS 上始的 HTP 值沒有明顯變化。
圖3，分段調控反射光譜方法產生 RGB 色彩與黑色背景圖像及其光譜表征
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在強度較低的光刺激下，該手性分子可以在構型 Ⅰ、Ⅱ 和 Ⅲ 之間轉變，引起膽甾相液晶的反射光譜波長可逆變化，圖3a 為在 530nm 光照下的調控結果。將少量的三穩態手性開關被摻雜到商業可用的主向列液晶材料 E7 中，形成右手性的 CLCs 混合物。CLCs 具有兩個相鄰的連續協調周期，分別在可見光譜波段提供 470nm 和 530nm 的光照射，在近紅外波段提供 530nm 和 365nm 的光照射。通過優化調控條件，理論上zui寬可實現 500~3760nm 的反射光譜調控，圖3c 為調控的部分反射光譜實際測量結果。對合成 CLCs 的反射光譜波長進行分段控制，可以創造出帶有黑色背景的豐富多彩的圖案（圖3b）。
【總結】作者通過將 Azo 和 F-Azo 的精細結構連接到一個手性結構中，設計并開發了一種新型光響應超分子材料-分段調控膽甾相液晶。利用該材料可實現可見光譜及近紅外光譜的分段調控，從而展示了一種開發可光調諧 RGBB 反射顯示的新策略，實現自帶黑色背景的 RGB 色彩的圖像顯示。該材料在防偽、彩色電子書、光擦寫顯示器等領域具有良好的應用前景。
文中，由復享光學提供的 光纖光譜儀（PG2000-Pro-EX、NIR2500），在可見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控提供了有利的論證。▌
【參考文獻】
? Qin, Lang, et al. "Piecewise Phototuning of Self‐Organized Helical Superstructures." Advanced Materials (2017). Link
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