Композитний електрохромний рідкокристалічний матеріал

Реферат: Композитний електрохромний рідкокристалічний матеріал, на основі ліотропного іонного рідкого кристала. Додатково містить домішки сполук із класу віологенів для створення матеріалу, що за кімнатних температур проявляє як рідкокристалічні, так і електрохромні властивості, при цьому домішки віологенів, які зумовлюють електрохромні властивості, не порушують впорядкування рідкого кристала. UA 112497 U (54) КОМПОЗИТНИЙ ЕЛЕКТРОХРОМНИЙ РІДКОКРИСТАЛІЧНИЙ МАТЕРІАЛ UA 112497 U UA 112497 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до створення нового композитного рідкокристалічного (РК) матеріалу, який поєднує рідкокристалічні та електрохромні властивості за кімнатної температури. Такий матеріал може бути використаний як в традиційній оптичній і електрооптичній галузях (електрохромні пристрої відображення інформації, світофільтри змінної щільності тощо), так і в новій для такого матеріалу галузі динамічної голографії (оптичні перемикачі, детектори, корелятори, швидкісні фільтри тощо). Відомим, найбільш близьким за своїми властивостями, до матеріалу, що заявляється, є матеріал на основі сполуки із класу віологенів (Iwao Tabushi, Kazuo Yamamura and Kazuhiro Kominami, Electric Stimulus-Response Behavior of Liquid-Crystalline Viologen // J. Am. Chem. Soc. 108. - P. 6409-6410 (1986)). Такий матеріал при плавленні речовини в інтервалі температур 63216 °C утворює термотропний рідкокристалічний стан, який характеризується іонною провідністю. Прикладення електричного поля до такого рідкого кристала призводить до відновлення молекул віологену до катіон-радикалів, внаслідок чого зразок забарвлюється у синій колір. Отже, вищезгаданий матеріал має як рідкокристалічні, так і електрохромні властивості, тобто під дією електричного поля він здатен змінювати колір. Головним недоліком такого матеріалу є те, що його фізичні властивості проявляються за високих температур, що суттєво обмежує його використання в оптоелектронних пристроях. В основу корисної моделі поставлено задачу створення такого композитного електрохромного РК матеріалу, чиї властивості проявляються за кімнатних температур. Такий матеріал технологічно простіше та економічно ефективніше використовувати для оптоелектроніки. Поставлена задача вирішується шляхом уведення у ліотропний іонний рідкий кристал (ЛІРК) певної кількості домішки сполуки із класу віологенів. Отриманий таким чином електрохромний рідкокристалічний матеріал, який за кімнатних температур проявляє як рідкокристалічні, так і електрохромні властивості, що полягають у набутті забарвлення під впливом зовнішнього електричного поля, при цьому домішки віологенів, які зумовлюють електрохромні властивості, не порушують впорядкування рідкого кристала. Оскільки віологени є солями, то, як і всі солі, вони характеризуються високою розчинністю у воді, отже, як рідкокристалічну матрицю (у яку вводять домішки віологенів) можна вибрати ліотропні іонні рідкі кристали, які являють собою висококонцентровані розчини солей карбонових кислот у воді. Особливість ЛІРК полягає в тому, що рідкокристалічний стан виникає не за рахунок плавлення речовини, а внаслідок розчинення її у воді за кімнатних температур (А.Н. Несруллаев, Ф.А. Рустамов, А.С. Сонин, Мезофазы водных растворов некоторых солей жирных кислот // Кристаллография 29 (№ 6). - С. 1133-1137 (1984) и А.А. Агаев, А.Н. Несруллаев, А.С. Сонин, Влияние гидрофильности амфифила на температурные и концентрационные интервалы фаз в лиотропной жидкокристаллической системе // Журнал физической химии LXI (№7). - C. 1886-1889 (1987)). Оскільки сполуки віологенів також є солями, то отриманий сумарний рідкокристалічний сольовий розчин матиме власну іонну провідність, як за рахунок іонів віологенів, так і за рахунок іонів солей карбонових кислот. У разі прикладення електричного поля присутність у такому РК композиті сполук віологенів зумовлює їх відновлення і утворення забарвлених похідних, а це, у свою чергу, призводить до забарвлення безкольорового прозорого ЛІРК. Таким чином, уведення віологенної домішки в ліотропний іонний рідкий кристал забезпечує поєднання рідкокристалічних і електрохромних властивостей композитного РК матеріалу за кімнатних температур. Запропонований у даній корисній моделі електрохромний РК композит працює наступним чином. Зразок РК композиту вміщують між двома скляними пластинками (сандвіч-комірка), вкритими з внутрішнього боку електропровідним шаром індій титанового оксиду (ІТО), прозорого у видимій частині спектра. У разі прикладення електричного поля, тобто подання постійної напруги на комірку, позитивні катіони віологенів рухаються до катода, де відбувається їх відновлення і утворення забарвлених похідних віологенів, які надають колір усьому композитному РК матеріалу. Приклад 1. Аналіз структури РК композиту методом малокутового розсіювання рентгенівських променів У зразок ліотропного іонного рідкого кристала (ЛІРК), утвореного шляхом змішування - + каприлату калію (хімічна формула: С7Н15СОО K ) з водою у ваговому співвідношенні 1:1, вносили 2 % ваг. домішки віологенної сполуки N, N'-дигептил-4,4'-дипіридил диброміду 2+ (ГД 2Вr ). Отриманий таким чином композитний матеріал, який за кімнатної температури (300 К) знаходився у рідкокристалічному стані, вміщували у спеціальну кювету. Вимірювання проводили у діапазоні кутів 20 від 0,1° до 20°. 1 UA 112497 U 5 10 15 20 25 30 Наявність рідкокристалічного стану бездомішкового ЛІРК та композитного ЛІРК з домішкою віологену було підтверджено присутністю на рентгенограмі інтенсивного максимуму в діапазоні кутів 2θ 2,8-3,0° (Фіг. 1), який є характерним для смектичного рідкокристалічного впорядкування (смектика A) (W. L. McMillan, X-Ray Scattering from Liquid Crystals. I. Cholesteryl Nonanoate and Myristate // Phys. Rev. A 6 (3). - Р. 936-947 (1972)). Із співставлення рентгенограм бездомішкових та домішкових ЛІРК випливає також, що розчинені у рідкому кристалі віологени не порушують його характерного бішарового впорядкування, при цьому молекули віологенів гармонічно вбудовуються в РК матрицю. Приклад 2. Дослідження електрооптичних характеристик РК композиту методом оптичної спектроскопії Зразки готували як описано у Прикладі 1. РК композит вміщували у сандвіч-комірку і заклеювали, щоб запобігти потраплянню повітря. Для визначення електрооптичних характеристик композитного РК матеріалу досліджували електронні спектри поглинання у залежності від поданої на сандвіч-комірку із зразком напруги. У вихідному стані (до прикладення електричного поля) композитний РК матеріал був безкольоровим і прозорим, тобто не поглинав у видимій області спектру (Фіг. 2, крива 1). Після прикладення напруги, починаючи з U=1,5 В, спостерігали поступове забарвлення зразка у синій колір, що відповідає одноелектронному відновленню молекул віологенів до катіон-радикалів. Утворення катіон-радикалів супроводжувалося появою в електронних спектрах поглинання характерних смуг в області довжин хвиль λ=395 нм та λ=605 нм (Фіг. 2, крива 2), які досягали максимуму своєї оптичної густини за напруги, що дорівнює U=2,5 В. Додатково варто зазначити, що катіон-радикали утворювалися у безпосередній близькості до катода, з якого електронодефіцитні дикатіони віологенів могли захоплювати електрони. Наступна різка зміна забарвлення РК композиту відбувалася після збільшення величини прикладеної напруги до U=4 В. При цьому зразки набували червоного забарвлення, а в спектрах поглинання, відповідно, з'являлися нові смуги в області довжин хвиль λ=365 нм та λ=520 нм (Фіг. 1, крива 3). Червоний колір відповідає димеризації внаслідок взаємодії між відновленими похідними віологенів і вихідними молекулами, що надходять із об'єму зразка. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ Композитний електрохромний рідкокристалічний матеріал, на основі ліотропного іонного рідкого кристала, який відрізняється тим, що додатково містить домішки сполук із класу віологенів. 2 UA 112497 U Комп’ютерна верстка Т. Вахричева Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП "Український інститут інтелектуальної власності", вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3