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

Detta arbete stöddes av JSPS KAKENHI bidrag nr 16H06037. Vi tackar verkligen Dr Yuji Sasaki i Hokkaido University för tekniskt stöd till HR-DSC.

1. Framställning av flytande kristalljusteringsskiktet av en perfluorpolymer på glasunderlag <ol><li> Framställning av perfluorpolymerlösningen <ol><li> Förbered 1 ml av perfluorpolymerlösningen genom att lösa en perfluorpolymerlösning (9 viktprocent polymer) i ett kommersiellt lösningsmedel i ett förhållande av 1: 2; Detta garanterar likformiga filmer 0,5-1 μm tjocka för att vara spin-coated. OBS! Se materiallistan för lösning och lösningsmedel som används. </li></ol></li><li>...

<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-bilderna som tas med användning av en 5 μm LC-cell (figurerna la och b ) visar tydligt att orienteringsläget hos bulk-LC-molekylerna övergår mellan P- och V-orienteringarna vid temperaturvariation på ett första ordningens sätt. Detta markeras av domänkärnbildnings- och tillväxtprocesserna, med en ny orientering som skiljer sig från den ursprungliga orienteringen med 90 °. Övergångstemperaturerna vid kylning och uppvärmning är 321,5 K respektive 325,3 K. Efter...

Under de senaste åren har det ökat intresse för att lära sig hur dynamiska molekylära egenskaper och strukturer av ytmolekyler som svar på yttre stimuli kan påverka massorienteringen av material i LC-tillstånd. Ett exempel är att använda LC biosensorer som en ny applikation av LCs 1 , 2 . För att kvantifiera hur många målbiologiska arter detekteras är det viktigt att veta hur de gränsvärdena LC som kontaktar vidhäftande målmolekyler förändras och utvecklas samtidigt som de upptäcker och hur de överför / översätter deras egenskaper i bulk. Genom att använda modeller för att följa dessa svar började vi med system som har sin ytmolekylära orientering och kortdistansbeställningar som varierar termodynamiskt. Dessa system tillåter oss att korrelera förändringarna i ytorientering och ordering med den resulterande bulkorienteringen på ett systematiskt sätt. Nyligen fann vi flera LC-system som uppvisar oRationella övergångar, där en spontan bulkmolekylär orientering förändras med temperaturen. I princip kan orienterande övergångar kategoriseras i antingen kvasi-andra ordning 3 , 4 eller kvasi-första orderövergång 5 , 6 , 7 , 8 . Den förra åtföljs av en kontinuerlig massmolekylärororientering vid temperaturförändringar, medan den senare visar en diskontinuerlig. I den här artikeln beskriver vi en orienterande övergång på kvasi-första ordningens sätt mellan P och V orienteringslägena. Den fortsätter i den enkla nematiska (N) -fasen genom att ändra temperaturen. Detaljer kommer att ges i representativa resultat och diskussionen. Eftersom orienterande förändring i bulk bör regleras av en förändring i ytmolekylär orientering och kort-rangerande beställningar är det uppenbart att detta system potentiellt kan ge insikt i hur den termodynamiska variationen i ytmolekylär orientering och kortdistansbeställningar påverkar bulkorienteringen. I den här artikeln behandlade vi tre problem med hjälp av fyra kompletterande metoder ( dvs. POM, DS, HR-DSC och GI-XRD) för att förstå ovanstående problem: (1) Hur ser orienteringsövergången ut? (2) Är orienteringsövergången termiskt detekterbar? (3) Varför och hur sker orienteringsövergången?

<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 flytande kristall (LC) fysisk kemi spelar molekyler nära ytan en stor roll vid kontroll av bulkorientering. Hittills, huvudsakligen för att uppnå önskade molekylär orienteringstillstånd i LC-skärmar har den &quot;statiska&quot; ytegenskapen hos LC, så kallad ytförankring, studerats intensivt. Som en tumregel, när den ursprungliga orienteringen av LC är &quot;låst&quot; genom specifika ytbehandlingar, såsom gnidning eller behandling med ett specifikt anpassningsskikt, ändras det knappast med temperaturen. Här presenterar vi ett system som uppvisar en orienterande övergång vid temperaturvariation, vilket strider mot konsensusen. Riktigt vid övergången upplever bulk-LC-molekylerna orienteringsrotationen med 90 ° mellan den plana (P) orienteringen vid höga temperaturer och den vertikala (V) orienteringen vid låga temperaturer i första ordningens övergångs-sätt. Vi har spårat termodynamiskt ytförankringsbeteende med hjälp av polariserande optisk mikroskopi (POM), dielektrisk spektroskopi (DS), högupplösande differentialscanningskalorimetri (HR-DSC) och beteckningsröntgendiffraktion (GI-XRD) och uppnådde en trovärdig fysisk förklaring: att övergången utlöses av en tillväxt av ytan Vätningsark, som påför V-orienteringen lokalt mot P-orienteringen i bulk. Detta landskap skulle ge en generell länk som förklarar hur jämviktsmassororienteringen påverkas av yt lokaliserad orientering i många LC-system. I vår karaktärisering är POM och DS fördelaktiga genom att erbjuda information om den rumsliga fördelningen av orienteringen av LC-molekyler. HR-DSC ger information om exakt termodynamisk information om övergångar, vilket inte kan hanteras av konventionella DSC-instrument på grund av begränsad upplösning. GI-XRD ger information om ytspecifik molekylär orientering och kortdistansbeställningar. Målet med detta papper är att presentera ett protokoll för att förbereda ett prov som uppvisar transiOch visa hur den termodynamiska strukturvariationen, både i bulk och på ytor, kan analyseras genom ovan nämnda metoder.

POM-bilder, DS-data, HR-DSC-data och GI-XRD-mönster uppsamlades under temperaturvariationen, särskilt i närheten av orienteringsövergången vid både kylning och uppvärmning. Figur 1 representerar utvecklingen av strukturen framställd av POM och DS-mätningar under POM-observationen av orienteringsövergången från P (V) till V (P) orienteringsläget under kylning (uppvärmning). Omorienter...

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

Här presenterar vi ett protokoll för att utlösa en orienterande övergång av en flytande kristall som svar på temperaturen. Metoder beskrivs för att framställa ett prov för att observera övergången och den detaljerade övergångsutvecklingen.

Orienterande övergång i ett flytande kristall utlöst av den termodynamiska tillväxten av gränsvärda vätskeark

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

Torr Oxidation och vakuum härdningsbehandlingar för avstämning av vätningsegenskaperna hos Arrays Nanorör

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 Rekombinationsställen Effekter i ett flytande Jonisering avdelningen Används för Dosimetry av en strålkirurgisk 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

Ultraljud Velocity Mätning i en flytande metallelektrod

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 Area Ändring av Silicon ytvätbarhet av pulsad UV laserstrålning i flytande miljö

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

Hur Ignite ett atmosfärstryck Mikrovågsugn Plasma Torch utan ytterligare Tändstiften

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

Hur man bygger en vakuumFjädertransportförpackning för Spinning Rotor Mätare

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

Framställning av Vätske exfolierad övergångsmetall Dichalcogenide Nanosheets med reglerad storlek och tjocklek: En State of the Art protokollet

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

Tillverkning av en-D fotoniska kristaller hålighet på en nanofiber Använda femtosecond laser-inducerad Ablation

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

Beredning av flytande kristaller nätverk för makroskopisk oscillerande rörelse som induceras av ljus

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

Beredning av stora ytor vertikala 2D Crystal Hetero-strukturer genom Sulfurization övergången metall filmer för enheten Fabrication

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