Zum Anzeigen dieser Inhalte ist ein JoVE-Abonnement erforderlich. Melden Sie sich an oder starten Sie Ihre kostenlose Testversion.
Method Article
A two dimensional model material of discotic zirconium phosphate was developed. The inorganic crystal with lamellar structure was synthesized by hydrothermal, reflux, and microwave-assisted methods. On exfoliation with organic molecules, layered crystals can be converted to monolayers, and nematic liquid crystal phase was formed at sufficient concentration of monolayers.
Due to their abundance in natural clay and potential applications in advanced materials, discotic nanoparticles are of interest to scientists and engineers. Growth of such anisotropic nanocrystals through a simple chemical method is a challenging task. In this study, we fabricate discotic nanodisks of zirconium phosphate [Zr(HPO4)2·H2O] as a model material using hydrothermal, reflux and microwave-assisted methods. Growth of crystals is controlled by duration time, temperature, and concentration of reacting species. The novelty of the adopted methods is that discotic crystals of size ranging from hundred nanometers to few micrometers can be obtained while keeping the polydispersity well within control. The layered discotic crystals are converted to monolayers by exfoliation with tetra-(n)-butyl ammonium hydroxide [(C4H9)4NOH, TBAOH]. Exfoliated disks show isotropic and nematic liquid crystal phases. Size and polydispersity of disk suspensions is highly important in deciding their phase behavior.
Diskotischen Kolloide sind natürlich reichlich in Form von Ton, Asphalten-, rote Blutkörperchen und Perlmutter. Eine Reihe von Anwendungen in vielen technischen Systemen, einschließlich Polymer - Nanokomposite 1, biomimetischen Materialien, funktionelle Membranen 2, diskotischen Flüssigkristall Studien 3 und Pickering - Emulsion Stabilisatoren 4 auf diskotischen kolloidalen Nanoscheiben entwickelt gegründet. Nanoscheiben mit Homogenität und geringer Polydispersität ist wichtig für die Phasen und Transformationen von Flüssigkristallen zu studieren. Zirkoniumphosphat (ZrP) ist ein synthetisches Nanoscheiben mit gut geordnete Schichtstruktur und kontrollierbaren Aspektverhältnis (Dicke über Durchmesser). Daher hilft die Erforschung verschiedener Synthese von ZrP fundamentales Verständnis der diskotischen Flüssigkristallsystem zu etablieren.
Die Struktur von ZrP wurde 1964 5 von Clearfield und Stynes erläutert. Für die Synthese von geschichteten Kristalle von ZrP, hydrothermale undReflux - Verfahren werden 6,7 gemeinhin angenommen. Die hydrothermale Verfahren gibt eine gute Kontrolle auf der Größe von 400 bis 1500 nm reichen und Uneinheitlichkeit innerhalb von 25% 6, während Reflux - Verfahren kleinere Kristalle Zeit für die gleiche Dauer gibt. Mikrowellenerwärmung ist nachgewiesen worden , eine vielversprechende Methode zur Synthese von Nanomaterialien 8. Allerdings gibt es keine Papiere beschreiben die Synthese von ZrP anhand von Mikrowellen-unterstützten Route. Die effektive Kontrolle über die Größe, Seitenverhältnis, und der Mechanismus des Kristallwachstums durch hydrothermale Verfahren wurde von unserer Gruppe 6 systematisch untersucht.
ZrP kann leicht in Monolayern in wässrige Suspensionen exfolierten werden, und die abgeblätterte ZrP wurden als Flüssigkristallmaterialien in Cheng Gruppe 3,9-13 gut etabliert. Bisher abgeblättert ZrP Nanoscheiben mit verschiedenen Durchmessern, sagen verschiedene Seitenverhältnisse, wurden untersucht, zu dem Schluss, dass größere ZrP die ich hatte (isotrop) -N (Nematic) Übergang zu niedrigeren contration im Vergleich zu kleineren ZrP 3. Die Polydispersität 3, Salz 9 und die Temperatur 10,11 Effekte auf die Bildung der nematischen Flüssigkristallphase wurden ebenfalls berücksichtigt. Darüber hinaus können andere Phasen, wie sematischen Flüssigkristallphase, wurden ebenfalls untersucht 13,14.
In diesem Artikel zeigen wir experimentelle Realisierung eines solchen kolloidalen ZrP Nanoscheiben Suspension. Layered ZrP Kristalle werden durch verschiedene Verfahren synthetisiert und anschließend in wässrigen Medien exfoliert sind einschichtige Nanoscheiben zu erhalten. Am Ende zeigen wir, Flüssigkristallphasenübergänge durch dieses System gezeigt. Ein bemerkenswerter Aspekt dieser Platten ist ihre stark anisotropen Natur , dass die Dicke zu Durchmesser - Verhältnis im Bereich von 0,0007 bis 0,05 liegt , je nach Größe der Platten 3. Die stark anisotropen einschichtige Nanoscheiben ein Modellsystem etablieren, um Phasenübergänge in den Suspensionen von Nanoscheiben studieren.
1. Synthese von α-ZrP Verwendung hydrothermale Method
2. Synthese von α-ZrP durch Reflux Method
3. Synthese von α-ZrP durch Mikrowellen-unterstützte Methode
4. Exfoliation von Layered α-ZrP in Monoschichten
Abbildung 1a-c zeigen REM - Aufnahmen von α-ZrP Nanoscheiben aus hydrothermalen erhalten, Reflux und Mikrowellen-unterstützte Methoden zur Verfügung . Es wurde beobachtet, dass α-ZrP Nanoscheiben hexagonal zeigen in Form und unterschiedlicher Dicke je nach Synthesebedingungen und vorbereiteten Verfahren. Eine zuvor berichtete Studie aus unserer Gruppe schlägt vor , 6 , dass für das Kristallwachstum Zeit 48 Stunden oder über die Kante der Scheiben schär...
Die Reflux-Methode ist eine gute Option für eine kleinere Größe von α-ZrP mit einem einheitlichen Durchmesser und Dicke zu machen. Ähnlich wie bei der hydrothermischen Verfahren wird die Rückflussverfahrens durch die Vorbereitungszeit begrenzt. Im Allgemeinen dauert es längere Zeit, damit die Kristalle wachsen.
Die längere Reaktionszeit für Reflux-Verfahren erforderlich ist, kann in Nanoscheiben mit einer größeren Größe zur Folge haben. Die durchschnittliche Größe der abgeblä...
There is nothing to disclose.
This work is partially supported by NSF (DMR-1006870) and NASA (NASA-NNX13AQ60G). X. Z. Wang acknowledges support from the Mary Kay O'Connor Process Safety Center (MKOPSC) at Texas A&M University. We also thank Min Shuai for her guidance.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Material | |||
Zirconyl Chloride Octahydrate | Fischer Scientific (Acros Organics) | AC20837-5000 | 98% + |
o-Phosphoric Acid | Fischer Scientific | A242-1 | >= 85 % |
Tetra Butyl Ammonium Hydroxide | Acros Organics (Acros Organics) | AC176610025 | 40% wt. (1.5M) |
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Equipment | |||
Reaction Oven | Fischer Scientific | CL2 centrifuge | Isotemperature Oven (Temperature Upto 350 C) |
Centrifuge | Thermo Scientific | Not Available | Rotation Speed : 100 - 4000 rpm |
Microwave Reactor | CEM Corporation | Discover and Explorer SP | Temp. Upto 300oC, Power upto 300W, Pressure upto 30bar |
Genehmigung beantragen, um den Text oder die Abbildungen dieses JoVE-Artikels zu verwenden
Genehmigung beantragenThis article has been published
Video Coming Soon
Copyright © 2025 MyJoVE Corporation. Alle Rechte vorbehalten