Sunlight-Driven Smart Windows with a Wide Temperature Range of Optical Switching Based on Chiral Nematic Liquid Crystals

材料科学 液晶 光电子学 航程(航空) 大气温度范围 光学 阳光 复合材料 热力学 物理
作者
Toru Ube,Marie Yoshida,Seiji Kurihara,Tomiki Ikeda
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:16 (22): 28638-28644
标识
DOI:10.1021/acsami.4c04370
摘要

Photoresponsive liquid crystals are promising materials for sunlight-driven smart windows, which can automatically change their optical states in response to sunlight and control energy flow between the inside and outside of a building. Herein, liquid-crystalline systems are developed that show a transparent-scattering transition upon irradiation with sunlight in a wide temperature range. Push–pull azobenzenes with axial chirality have been newly developed as photochromic chiral dopants to allow changes in mesostructures of liquid crystals in response to sunlight. To realize optical switching, photochromic and photoinert chiral compounds with opposite handedness of helical twisting are doped in liquid crystals. This liquid crystalline sample with a compensated nematic phase is transparent in its initial state. Upon irradiation with sunlight, this sample transforms to a scattering state due to the formation of helical mesostructures along with photoisomerization of azobenzene moieties and the change in the helical twisting power. After the cease of irradiation, the sample reverts to the transparent state through thermal back isomerization of azobenzene moieties. This system significantly improves the operating temperature range of sunlight-driven smart windows based on liquid crystals: the transparent–scattering transition is observed at 4–42 °C. The present mechanism allows development of autonomous and wireless smart windows adaptable to various environments.
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