Name: orientational transition in a liquid crystal triggered by the thermodynamic growth of interfacial wetting sheets
Uploaded: 2017-05-15T13:00:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Orientational Transition in a Liquid Crystal Triggered by the Thermodynamic Growth of Interfacial Wetting Sheets at JoVE.com

Dette arbeidet ble støttet av JSPS KAKENHI tilskudd nummer 16H06037. Vi takker hjertelig Dr. Yuji Sasaki i Hokkaido University for teknisk assistanse til HR-DSC.

1. Fremstilling av flytende krystalljusteringslag av en perfluorpolymer på glassunderlag <ol><li> Fremstilling av perfluorpolymeroppløsningen <ol><li> Tilbered 1 ml perfluorpolymeroppløsningen ved å oppløse en perfluorpolymerløsning (9 vekt% polymer) i et kommersielt løsningsmiddel i forholdet 1: 2; Dette sikrer ensartede filmer 0,5-1 μm tykk for å være spin-belagt. MERK: Se Materialelisten for løsningen og løsningsmidlet som brukes. </li></ol></li><li> Belegning av perfluor...

<ol>
	<li>Woltman, S. J., Jay, G. D., Crawford, G. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Liquid-Crystal+Materials+Find+a+New+Order+in+Biomedical+Applications.">Liquid-Crystal Materials Find a New Order in Biomedical Applications.</a> Nat. Mater. 6 (12), 929-938 (2007).</li><li>Carlton, R. J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Chemical+and+Biological+Sensing+Using+Liquid+Crystals.">Chemical and Biological Sensing Using Liquid Crystals.</a> Liq. Cryst.Rev. 1 (1), 29-51 (2013).</li><li>Patel, J. S., Yokoyama, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Continuous+Anchoring+Transition+in+Liquid+Crystals.">Continuous Anchoring Transition in Liquid Crystals.</a> Nature. 362, 525-527 (1993).</li><li>Senyuk, B., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Surface+alignment,+anchoring+transitions,+optical+properties,+and+topological+defects+in+the+nematic+phase+of+thermotropic+bent-core+liquid+crystal+A131.">Surface alignment, anchoring transitions, optical properties, and topological defects in the nematic phase of thermotropic bent-core liquid crystal A131.</a> Phys Rev E. 82 (4 Pt 1), 041711 (2010).</li><li>Bechhoefer, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Critical+Behavior+in+Anchoring+Transitions+of+Nematic+Liquid+Crystals.">Critical Behavior in Anchoring Transitions of Nematic Liquid Crystals.</a> Phys. Rev. Lett. 64 (16), 1911-1914 (1990).</li><li>Dhara, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Anchoring+Transitions+of+Transversely+Polar+Liquid-Crystal+Molecules+on+Perfluoropolymer+Surfaces.">Anchoring Transitions of Transversely Polar Liquid-Crystal Molecules on Perfluoropolymer Surfaces.</a> Phys. Rev. E. 79 (6 Pt 1), 60701 (2009).</li><li>Aya, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Stepwise+heat-capacity+change+at+an+orientation+transition+in+liquid+crystals.">Stepwise heat-capacity change at an orientation transition in liquid crystals.</a> Phys. Rev. E. 86 (2), 022512 (2014).</li><li>Aya, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Thermodynamically+Anchoring-Frustrated+Surface+to+Trigger+Bulk+Discontinuous+Orientational+Transition.">Thermodynamically Anchoring-Frustrated Surface to Trigger Bulk Discontinuous Orientational Transition.</a> Langmuir. 32 (41), 10545-10550 (2016).</li><li>Dhara, S., Madhusudana, N. V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Physical+characterisation+of+4'-butyl-4-heptyl-bicyclohexyl-4-carbonitrile.">Physical characterisation of 4'-butyl-4-heptyl-bicyclohexyl-4-carbonitrile.</a> Phase Trans. 81 (6), 561-569 (2008).</li><li>Dierking, I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Textures of Liquid Crystals. , (2003).</li><li>Perkowski, P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Technical+aspects+of+dielectric+spectroscopy+measurements+of+liquid+crystals.">Technical aspects of dielectric spectroscopy measurements of liquid crystals.</a> Opto-Electronics Review. 16 (3), 271-276 (2008).</li><li>Inaba, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Nano-watt+stabilized+DSC+and+ITS+applications.">Nano-watt stabilized DSC and ITS applications.</a> J Therm Anal Calorim. 79 (3), 605-613 (2005).</li><li>Leveiller, F., Boehm, C., Jacquemain, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Two-dimensional+crystal+structure+of+cadmium+arachidate+studied+by+synchrotron+X-ray+diffraction+and+reflectivity.">Two-dimensional crystal structure of cadmium arachidate studied by synchrotron X-ray diffraction and reflectivity.</a> Langmuir. 10 (3), 819-829 (1994).</li><li>de Gennes, P. G., Prost, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> The Physics of Liquid Crystals (Second Edition). , (1993).</li><li>Aya, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Critical+Behavior+in+an+Electric-Field-Induced+Anchoring+Transition+in+a+Liquid+Crystal.">Critical Behavior in an Electric-Field-Induced Anchoring Transition in a Liquid Crystal.</a> Phys. Rev. E. 86 (1 Pt 1), 10701 (2012).</li><li>Avrami, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Kinetics+of+Phase+Change.+I+General+Theory.">Kinetics of Phase Change. I General Theory.</a> J. Chem. Phys. 7, 1103-1112 (1939).</li><li>Avrami, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Kinetics+of+Phase+Change.+II+Transformation-Time+Relations+for+Random+Distribution+of+Nuclei.">Kinetics of Phase Change. II Transformation-Time Relations for Random Distribution of Nuclei.</a> J. Chem. Phys. 8 (2), 212-224 (1939).</li><li>Avrami, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Granulation+Phase+Change,+and+Microstructure+Kinetics+of+Phase+Change.+III.">Granulation Phase Change, and Microstructure Kinetics of Phase Change. III.</a> J. Chem. Phys. 9, 177-184 (1941).</li><li>Sasaki, Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Distinctive+Thermal+Behavior+and+Nanoscale+Phase+Separation+in+the+Heterogeneous+Liquid-+Crystal+B4+Matrix+of+Bent-Core+Molecules.">Distinctive Thermal Behavior and Nanoscale Phase Separation in the Heterogeneous Liquid- Crystal B4 Matrix of Bent-Core Molecules.</a> Phys. Rev. Lett. 107 (23), 237802 (2011).</li></ol>

De 10x POM-bildene som ble tatt ved hjelp av en 5 μm LC-celle ( figur 1a og b ) viser tydelig at orienteringsstatusen til bulk-LC-molekylene overgår mellom P- og V-orienteringene ved temperaturvariasjon på en første rekkefølge. Dette er preget av domenekjede- og vekstprosessene, med en ny orientering som er forskjellig fra den opprinnelige orienteringen ved 90 °. Overgangstemperaturene ved kjøling og oppvarming er henholdsvis 321,5 K og 325,3 K. Siden CCN47 har en birefringence p...

I de senere år har det vært økende interesse for å lære hvordan dynamiske molekylære egenskaper og strukturer av overflatemolekyler som svar på ytre stimuli kan påvirke bulkorientering av materialer i LC-tilstander. Et eksempel er å bruke LC biosensorer som en ny applikasjon av LCs 1 , 2 . For å kvantifisere hvor mange målbiologiske arter detekteres, er det viktig å vite hvordan grensesnittet LC som kontakter vedheftende målmolekyler forandrer seg og utvikler seg, samtidig som de oppdager og hvordan de overfører / oversetter egenskapene til bulk. Ved å bruke modeller for å forfølge disse svarene, startet vi med systemer som har sin overflatemolekylære orientering og kortvarige ordre varierende termodynamisk. Disse systemene tillater oss å korrelere endringene i overflateorientering og ordre med den resulterende masseorienteringen på en systematisk måte. Nylig fant vi flere LC-systemer som viser oRientational overganger, hvor en spontan masse molekylær orientering endres med temperatur. I prinsippet kan orienterende overganger kategoriseres i enten kvasi-andre rekkefølge 3 , 4 eller kvasi-første-ordreovergang 5 , 6 , 7 , 8 . Den førstnevnte er ledsaget av en kontinuerlig massemolekylær omorientering ved endringer i temperatur, mens sistnevnte demonstrerer en diskontinuerlig en. I denne artikkelen beskriver vi en orienterende overgang i kvasi-første-ordens måte mellom P og V orienteringsstilstandene. Den går videre i enkelt nematisk (N) fase ved å endre temperaturen. Detaljer vil bli gitt i Representative Results and the Discussion. Siden orienteringsendring i bulk skal styres av en endring i overflatemolekylær orientering og kort-range bestillinger, er det tydelig at dette systemet potensielt kan gi innsikt i hvordan den termodynamiske variasjonen i overflatemolekylær orientering og kort rekkefølgeordninger påvirker bulkorienteringen. I denne artikkelen, med sikte på å forstå de nevnte problemene, tok vi opp tre problemer ved hjelp av fire komplementære metoder ( dvs. POM, DS, HR-DSC og GI-XRD): (1) Hvordan ser orienteringsovergangen ut? (2) Er orienteringsovergangen termisk detekterbar? (3) Hvorfor og hvordan skjer orienteringsovergangen?

<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>CYTOP</td>
			<td>Asahi Glass Co. Ltd.</td>
			<td>CTX-809A</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Solvent for CYTOP</td>
			<td>Asahi Glass Co. Ltd.</td>
			<td>CT-180 Sol.</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Alkaline detergent</td>
			<td>Merck KGaA</td>
			<td>Extran MA01</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>NOA61</td>
			<td>Norland Products, Inc.</td>
			<td>#37-322</td>
			<td>Purchasable from Edmund Optics</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>AL1254</td>
			<td>JSR Corporation</td>
			<td></td>
			<td>Planar alignment material in self-made cells</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>4&#8217;-butyl-4-heptyl-bicyclohexyl-4-carbonitrile</td>
			<td>Nematel GmbH &#38; Co. KG</td>
			<td></td>
			<td>Custom-made</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>UV-O3 cleaner</td>
			<td>Technovision Inc.</td>
			<td>UV-208</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Hot-stage system</td>
			<td>Mettler Toledo</td>
			<td>HS82</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>High-Definition Color Camera Head</td>
			<td>Nikon</td>
			<td>DS-Fi1</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Impedance/gain-phase analyzer</td>
			<td>Solartron Analytical</td>
			<td>1260</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Indium Tin Oxide (ITO)-coated substrate</td>
			<td>GEOMATEC Co. Ltd.</td>
			<td></td>
			<td>Custom-made</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

orientational transition in a liquid crystal triggered by the thermodynamic growth of interfacial wetting sheets

I flytende krystall (LC) fysisk kjemi spiller molekyler nær overflaten en stor rolle i kontrollen av masseorientering. Så langt, hovedsakelig for å oppnå ønskede molekylær orienteringstilstander i LC-skjermer, har den &quot;statiske&quot; overflateegenskapen til LCs, såkalt overflateforankring, blitt studert intensivt. Som en tommelfingerregel, når den første orienteringen av LC er &quot;låst&quot; ved spesifikke overflatebehandlinger, som for eksempel gnidning eller behandling med et spesifikt justeringslag, endres det ikke med temperatur. Her presenterer vi et system som viser en orienterende overgang ved temperaturvariasjon, som er i konflikt med konsensus. Rett ved overgangen opplever bulk-LC-molekylene orienteringsrotasjonen, med 90 ° mellom den plane (P) orienteringen ved høye temperaturer og den vertikale (V) orienteringen ved lave temperaturer i første-trinns overgangsmetode. Vi har sporet termodynamisk overflateforankringsadferd ved hjelp av polariserende optisk mikroskopi (POM), dielektrisk spektroskopi (DS), høyoppløselig differensiell skanningskalorimetri (HR-DSC) og beite-incidens-røntgendiffraksjon (GI-XRD) og nådde en plausibel fysisk forklaring: at overgangen utløses av en vekst av overflaten Fuktingsark, som påfører V-retningen lokalt mot P-orienteringen i bulk. Dette landskapet vil gi en generell lenke som forklarer hvordan balansen mellom ligevægten påvirkes av overflate-lokalisert orientering i mange LC-systemer. I vår karakterisering er POM og DS fordelaktig ved å tilby informasjon om den romlige fordeling av orienteringen av LC-molekyler. HR-DSC gir informasjon om den presise termodynamiske informasjonen på overganger, som ikke kan adresseres av konvensjonelle DSC-instrumenter på grunn av begrenset oppløsning. GI-XRD gir informasjon om overflate-spesifikk molekylær orientering og kort rekkefølge bestilling. Målet med dette papiret er å presentere en protokoll for å lage en prøve som viser transiOg å demonstrere hvordan den termodynamiske strukturvariasjonen, både i bulk og på overflater, kan analyseres ved hjelp av de ovennevnte metoder.

POM-bilder, DS-data, HR-DSC-data og GI-XRD-mønstre ble samlet under temperaturvariasjon, spesielt i nærheten av orienteringsovergangen ved både kjøling og oppvarming. Figur 1 representerer utviklingen av tekstur laget av POM- og DS-målinger under POM-observasjonen av orienteringsovergangen fra P (V) til V (P) orienteringsstatus under kjøling (oppvarming). Omorienteringsprosessen under orient...

Watch this Scientific Journal Video about Orientational Transition in a Liquid Crystal Triggered by the Thermodynamic Growth of Interfacial Wetting Sheets at JoVE.com

Orientational Transition in a Liquid Crystal Triggered by the Thermodynamic Growth of Interfacial Wetting Sheets

Her presenterer vi en protokoll for å utløse en orienterende overgang av en flytende krystall som respons på temperaturen. Metodologier er beskrevet for å lage en prøve for å observere overgangen og den detaljerte overgangsevolusjonen.

Orienteringsovergang i en flytende krystall utløst av den termodynamiske veksten av grensesnittet

In liquid crystal (LC) physical chemistry, molecules near the surface play a great role in controlling bulk orientation. Thus far, mainly to achieve ...

Research

JoVE Journal

Engineering

Dry Oxidation and Vacuum Annealing Treatments for Tuning the Wetting Properties of Carbon Nanotube Arrays

Tørr Oksidasjon og Vacuum Annealing behandlinger for tuning tisse egenskapene til karbon nanorør arrays

In this article, we describe a simple method to reversibly  tune the wetting properties of vertically aligned carbon nanotube (CNT) arrays.  Here, CNT ...

Characterization of Recombination Effects in a Liquid Ionization Chamber Used for the Dosimetry of a Radiosurgical Accelerator

Karakterisering av Rekombinasjon Effects i en flytende Ionization Chamber Brukes for Dosimetri av en radiosurgical Accelerator

Most modern radiation therapy devices allow the use of very small fields, either through beamlets in Intensity-Modulated Radiation Therapy (IMRT) or via ...

Ultrasound Velocity Measurement in a Liquid Metal Electrode

Ultralyd hastighetsmåling i en flytende metallelektrode

A growing number of electrochemical technologies depend on fluid flow, and often that fluid is opaque. Measuring the flow of an opaque fluid is inherently ...

Selective Area Modification of Silicon Surface Wettability by Pulsed UV Laser Irradiation in Liquid Environment

Selektiv området Modifisering av Silicon Surface fuktbarhet av Pulsed UV Laser bestråling i flytende Miljø

The wettability of silicon (Si) is one of the important parameters in the technology of surface functionalization of this material and fabrication of ...

How to Ignite an Atmospheric Pressure Microwave Plasma Torch without Any Additional Igniters

Hvordan Ignite en Atmosfærisk trykk Mikrobølgeovn Plasma Torch uten noen ekstra Tennere

This movie shows how an atmospheric pressure plasma torch can be ignited by microwave power with no additional igniters. After ignition of the plasma, a ...

How to Build a Vacuum Spring-transport Package for Spinning Rotor Gauges

Hvordan bygge en Vacuum Spring-transport Package for Spinning Rotor Gauges

The spinning rotor gauge (SRG) is a high-vacuum gauge often used as a secondary or transfer standard for vacuum pressures in the range of 1.0 x 10-4 Pa to ...

Preparation of Liquid-exfoliated Transition Metal Dichalcogenide Nanosheets with Controlled Size and Thickness: A State of the Art Protocol

Utarbeidelse av væske-ekspandert overgangsmetall Dichalcogenide Nanosheets med kontrollert størrelse og tykkelse: A State of the Art Protocol

We summarize recent advances in the production of liquid-exfoliated transition metal dichalcogenide (TMD) nanosheets with controlled size and thickness. ...

Fabrication of 1-D Photonic Crystal Cavity on a Nanofiber Using Femtosecond Laser-induced Ablation

Fabrikasjon av 1-D fotoniske krystaller hulrom på en nanofiber Bruke femtosecond laser-indusert ablasjon

We present a protocol for fabricating 1-D Photonic Crystal (PhC) cavities on subwavelength-diameter tapered optical fibers, optical nanofibers, using ...

Preparation of Liquid Crystal Networks for Macroscopic Oscillatory Motion Induced by Light

Utarbeidelse av flytende krystall nettverk for makroskopisk oscillasjon bevegelse av lys

A strategy based on doped liquid crystalline networks is described to create mechanical self-sustained oscillations of plastic films under continuous ...

Preparation of Large-area Vertical 2D Crystal Hetero-structures Through the Sulfurization of Transition Metal Films for Device Fabrication

Utarbeidelse av store området loddrett 2D Crystal Hetero-strukturer gjennom Sulfurization transisjonsmetall filmer apparat fabrikasjon

We have demonstrated that through the sulfurization of transition metal films such as molybdenum (Mo) and tungsten (W), large-area and uniform transition ...