ENG: A scientist from the Faculty of Pure and Applied Sciences at the University of Tsukuba developed a method for producing electrically conductive polymers that assume a helical configuration. By using a liquid crystal as a template, he was able to produce optically active polymers that can convert light into a circular polarization. This approach may help lower the cost of smart displays.

Walking into an electronic store these days can be an overwhelming experience if you happen to wander into the television aisle. The sizes of TVs have significantly expanded in recent years, while the prices have dropped. This is mainly due to the adoption of organic light emitting devices (OLEDs), which are carbon-based polymers that can glow at tunable optical wavelengths. These conjugated polymers, which have alternating single and double bonds, are both electrically conductive, and have colors that can be controlled by chemical doping with other molecules. Their oxidation state can also be rapidly switched using an electric voltage, which affects their coloration. However, future advancement may require new materials that can take advantage of other kinds of optical properties, such as circular polarization.

Now, a researcher from the University of Tsukuba has introduced a technique for creating polymers locked into a helical configuration, using a sacrificial liquid crystal template. “Polymers that both have optical activity and luminescent function can emit circularly polarized light,” author Professor Hiromasa Goto says. For this process, the liquid crystal molecules were originally in a straight configuration. The addition of monomer molecules caused the liquid crystals to twist into a helical configuration. This imprints a “chirality” or handedness to the structure, making it oriented either clockwise or counterclockwise. An electric voltage was applied, which triggered polymerization of the monomers. The liquid crystal template was then removed, leaving a polymer frozen in a helical shape. By breaking the mirror symmetry, the polymer has the ability to convert linearly polarized light into a circular polarization. The furan rings in the polymer not only contribute to the electrical conductivity, they also help stabilize the helical structure. The resulting polymer was tested using circular dichroism absorption spectroscopy and was found to have strong optical activity at visible wavelengths. Future applications of this process may include cheaper and more energy efficient electronic displays.

RO: Un om de știință de la Facultatea de Științe Pure și Aplicate de la Universitatea din Tsukuba a dezvoltat o metodă de producere a polimerilor conductori de electricitate care au o configurație elicoidală. Utilizând un cristal lichid ca șablon, el a reușit să producă polimeri activi optic care pot converti lumina într-o polarizare circulară. Această abordare ar putea contribui la reducerea costului ecranelor inteligente.

Explorarea unui magazin de electronice în zilele noastre poate fi o experiență copleșitoare dacă se întâmplă să te rătăcești pe culoarul televizoarelor. Dimensiunile acostara au crescut semnificativ în ultimii ani, în timp ce prețurile au scăzut. Acest lucru se datorează, în principal, adoptării dispozitivelor organice emițătoare de lumină (OLED), care sunt polimeri pe bază de carbon care pot străluci la lungimi de undă optice reglabile. Acești polimeri conjugați, care au legături simple și duble alternante, sunt conductivi din punct de vedere electric și au culori care pot fi controlate prin dopaj chimic cu alte molecule. Starea lor de oxidare poate fi, de asemenea, schimbată rapid cu ajutorul unei tensiuni electrice, ceea ce le afectează culoarea. Cu toate acestea, progresele viitoare ar putea necesita noi materiale care pot profita de alte tipuri de proprietăți optice, cum ar fi polarizarea circulară.

Acum, un cercetător de la Universitatea din Tsukuba a introdus o tehnică de creare a polimerilor blocați într-o configurație elicoidală, folosind un șablon de cristal lichid. “Polimerii care au atât activitate optică, cât și funcție luminescentă pot emite lumină polarizată circular”, spune autorul, profesorul Hiromasa Goto. Pentru acest proces, moleculele de cristal lichid erau inițial într-o configurație dreaptă. Adăugarea moleculelor de monomer a făcut ca cristalele lichide să se răsucească într-o configurație elicoidală. Acest lucru imprimă o “chiralitate” sau o “mână” structurii, făcând-o orientată fie în sensul acelor de ceasornic, fie în sens invers. Apoi a fost aplicată o tensiune electrică, care a declanșat polimerizarea monomerilor. Șablonul de cristal lichid a fost îndepărtat, lăsând un polimer înghețat în formă elicoidală. Prin ruperea simetriei în oglindă, polimerul are capacitatea de a converti lumina polarizată liniar într-o polarizare circulară. Inelele de furan din polimer contribuie la conductivitatea electrică și ajută la stabilizarea structurii elicoidale. Polimerul rezultat a fost testat cu ajutorul spectroscopiei de absorbție prin dicroism circular și s-a constatat că are o activitate optică puternică la lungimi de undă vizibile. Aplicațiile viitoare ale acestui proces ar putea include ecrane electronice mai ieftine și mai eficiente din punct de vedere energetic.

Source (University of Tsukuba, “A Light Twist”, 08.06.2022)

Paper: Goto, H., 2022. Reaction field induction self-amplification optical activity during polymerization in liquid crystal. Molecular Crystals and Liquid Crystals, pp.1-14.