一种光学手性信号可调的电致变色器件及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种光学手性信号可调的电致变色器件及其制备方法，属于电致变色技术领域。所述电致变色器件包括酸响应手性分子和手性放大媒介，所述手性放大媒介包括液晶，所述酸响应手性分子选自式(1)

【技术实现步骤摘要】
一种光学手性信号可调的电致变色器件及其制备方法


[0001]本专利技术涉及电致变色
，特别涉及一种光学手性信号可调的电致变色器件及其制备方法。

技术介绍

[0002]手性发光体系在某一特殊光波长下有吸收光，由于对左旋、右旋圆偏振光的吸收度和振幅有所不同，随着时间推移，左旋、右旋圆偏振光的行进方式将由原来的圆型变为椭圆型，因此，由行进速度不同、振幅不同的左旋和右旋圆偏振光叠加重合后所产生的是椭圆偏振光，这种特性称为圆二色性(circular dichroism，CD)。在这基础上，手性发光体系发射出具有差异的左旋和右旋圆偏振光的现象称为圆偏振发光(circularly polarized luminescence，CPL)。圆二色性能表征化合物基态的手性结构信息，圆偏振发光能表征化合物激发态的手性信息。具有CPL特性的体系在光学显示、光电器件、信息存储与处理、生物探针、光催化不对称合成等领域具有广阔的应用前景。探索并开发具有CPL特性的手性发光体系已经成为当前的研究热点之一。
[0003]近年来，基于手性液晶体系的电控CPL材料引起了人们的广泛关注。通过将手性染料引入液晶溶液中，可以直接制备具有高度定向排列和自组织螺旋上层结构的手性液晶体系，它可以根据螺旋轴旋转的方向发射出右旋或左旋圆偏振荧光。发光原理为：初始时，体系具有CPL信号，通入一定电压后，液晶分子如胆甾型液晶的螺旋态被电压破坏，CPL信号消失，断电之后，体系又回到具有CPL信号的初始态。简单来说，这类材料是通过通断电来调控液晶分子的排布状态实现CPL信号的调节。但是，该类材料的开启电压在10
‑
100V不等，一般而言需要几十伏(见图1)，这直接导致了器件高能耗的缺点，而且，随着循环次数的增加，会对液晶分子螺旋结构造成破坏，导致其失去螺旋能力，进而使得器件的循环性能变差(见图2)。如何降低控制电压并实现手性发光性能的有效提升与调控是手性发光体系领域面临的重大挑战。

技术实现思路

[0004]针对以上现有技术中的问题，本专利技术提供了一种光学手性信号可调的电致变色器件及其制备方法。
[0005]为实现上述目的，本专利技术具体通过以下技术方案实现：
[0006]本专利技术提供了一种光学手性信号可调的电致变色器件，包括酸响应手性分子和手性放大媒介，所述手性放大媒介包括液晶，所述酸响应手性分子选自式(1)
‑
(3)中一种或多种；
[0007][0008][0009]式(1)
‑
(3)中，R1、R2、R3和R4独立地选自
‑
H、
‑
CH3、
‑
CH2CH3、
‑
CH2CH2CH3、
‑
CH2CH2CH2CH3中的一种；
[0010]R5选自式(4)
‑
(19)所示基团中的一种，其中，m和n大于或等于0；
[0011][0012][0013]R6至R
21
独立地选自氢、羟基、卤素、氨基、C1‑
C
24
烷基、C1‑
C
24
取代烷基、C1‑
C
24
烷氧基、C1‑
C
24
烷氨基、C6‑
C
24
芳基、同时含有芳香环和烷烃的C7‑
C
24
间的基团中的任意一种。
[0014]另外，本专利技术提供了如上所述的光学手性信号可调的电致变色器件的制备方法，包括如下步骤：
[0015]S1、将酸响应手性分子和手性放大媒介加入溶剂中溶解，之后除去溶剂，制得手性放大溶液；
[0016]S2、向所述手性放大溶液中加入电致酸分子和电解质，制得电致变色溶液，之后将电致变色溶液与导电基底组装，制得电致变色器件。
[0017]有益效果：
[0018]1、本专利技术将手性放大媒介液晶和酸响应手性分子掺杂在一起，通过调控体系的酸碱度，如通过加入酸碱溶液或者通过加入电致酸分子在低电压驱动下产生质子和回收质子，使酸响应手性分子的分子构像发生变化，即，在酸性环境中开环，在中性环境中闭环，并诱导液晶分子螺旋结构随之改变，依靠酸响应手性分子的开关环实现CD和CPL信号的产生
和消失，具有低电压、高对比度、高手性信号的优点。
[0019]2、本专利技术对式(1)
‑
(3)分子上关键取代基进行调整，大大提高了对光的敏感度，使其手性信号得到增强，且通过接枝上与液晶结构相似的取代基—长烷基链，大大提高了和液晶分子的相容性，有利于形成稳定的电致变色体系。
附图说明
[0020]为了更清楚地说明本专利技术实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0021]图1为现有技术中电调控手性液晶体系的开启电压测试图；
[0022]图2为现有技术中电调控手性液晶体系的循环稳定性结果图；
[0023]图3为本专利技术实施例的酸响应手性分子的酸响应机理图；
[0024]图4为本专利技术实施例的酸响应手性分子与液晶掺杂后的手性信号放大机理示意图；
[0025]图5为本专利技术实施例的光学手性信号可调的电致变色器件在电致酸分子诱导下的手性信号开关机理示意图；
[0026]图6为本专利技术实施例的光学手性信号可调的电致变色器件通电前后光学性能变化示意图；
[0027]图7为本专利技术实施例1的酸响应手性分子M1
‑
M5的结构式图；
[0028]图8为本专利技术实施例1的电致酸分子M6
‑
M10的结构式图；
[0029]图9为本专利技术实施例1的M1分子的可见光区光谱图，其中，(a)为PL强度的可见区光谱图，(b)为CPL信号的可见区光谱图；
[0030]图10为本专利技术实施例1的光学手性信号可调的电致变色器件的制备流程图；
[0031]图11为本专利技术实施例1的光学手性信号可调的电致变色器件的可见光区光谱图，其中，(a)为CD信号的可见区光谱图，(b)为CPL信号的可见区光谱图，(c)为PL强度的可见区光谱图；
[0032]图12为本专利技术实施例2的酸响应手性分子M11
‑
M15的结构式图；
[0033]图13为本专利技术实施例2的光学手性信号可调的电致变色器件的原位CV
‑
荧光联用测试结果图；
[0034]图14为本专利技术实施例3的酸响应手性分子M11
‑
M15的结构式图；
[0035]图15为本专利技术实施例3的光学手性信号可调的电致变色器件的循环稳定性测定结果图。
具体实施方式
[0036]需要说明的是，在不冲突的情况下，本专利技术中的实施例及实施例中的特征可以相互本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种光学手性信号可调的电致变色器件，其特征在于，包括酸响应手性分子和手性放大媒介，所述手性放大媒介包括液晶，所述酸响应手性分子选自式(1)
‑
(3)中一种或多种；式(1)
‑
(3)中，R1、R2、R3和R4独立地选自
‑
H、
‑
CH3、
‑
CH2CH3、
‑
CH2CH2CH3、
‑
CH2CH2CH2CH3中的一种；R5选自式(4)
‑
(19)所示基团中的一种，其中，m和n大于或等于0；
R6至R
21
独立地选自氢、羟基、卤素、氨基、C1‑
C
24
烷基、C1‑
C
24
取代烷基、C1‑
C
24
烷氧基、C1‑
C
24
烷氨基、C6‑
C
24
芳基、同时含有芳香环和烷烃的C7‑
C
24
间的基团中的任意一种。2.根据权利要求1所述的电致变色器件，其特征在于，所述酸响应手性分子的结构式如式(M1)
‑
(M5)或(M11)
‑
(M20)所示；
3.根据权利要求1或2所述的电致变色器件，其特征在于，所述液晶为向列型液晶。4.根据权利要求1或2所述的电致变色器件，其特征在于，所述酸响应手性分子和所述手性放大媒介的质量比为0.001
‑
0.5：1。5.根据权利要求1或2所述的电致变色器件，其特征在于，还包括电致酸分子，所述电致酸分子的结构式如式(20)所示；
式(20)中，R
22
和R
23
独立地选自
‑
H、
‑
CH3、
‑
CH2CH3、
‑
CH2CH2CH3、
‑
CH2CH2CH2CH3中的一种；R
2...

【专利技术属性】
技术研发人员：张宇模，谢易桂，张晓安，杨国坚，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：