Name: high-contrast and fast photorheological switching of a twist-bend nematic liquid crystal
Uploaded: 2019-10-31T14:45:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about High-Contrast and Fast Photorheological Switching of a Twist-Bend Nematic Liquid Crystal at JoVE.com

Dette arbejde blev støttet af det bilaterale fælles forskningsprojekt "HAS-JSPS". Finansiel støtte fra tilskud NKFIH PD 121019 og FK 125134 er anerkendt.

1. forberedelse af gnides overflader til justering LC molekyler planarly
<ol><li>Forbered rene glas substrater.<ol>
<li>Skær glas substrater ved hjælp af en diamant-baseret glas cutter (tabel over materialer) i små firkantede stykker med gennemsnit størrelser på 1 cm x 1 cm. vask dem ved sonikering på 38 khz eller 42 kHz i et alkalisk rengøringsmiddel (tabel over materialer, fortyndet i vand rengøringsmiddel: vandvolumen forhold på 1:3) og skyl med destilleret vand gentagne ga...

<ol>
	<li>Grindy, S. C., Holten-Andersen, N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Bio-inspired+metal-coordinate+hydrogels+with+programmable+viscoelastic+material+functions+controlled+by+longwave+UV+light.">Bio-inspired metal-coordinate hydrogels with programmable viscoelastic material functions controlled by longwave UV light.</a> Soft Matter. 13, 4057-4065 (2017).</li><li>Rosales, A. M., Mabry, K. M., Nehls, E. M., Anseth, K. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Photoresponsive+elastic+properties+of+azobenzene-containing+poly(ethylene-glycol)-based+hydrogels.">Photoresponsive elastic properties of azobenzene-containing poly(ethylene-glycol)-based hydrogels.</a> Biomacromolecules. 16, 798-806 (2015).</li><li>Chang, D., Yan, W., Yang, Y., Wang, Q., Zou, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Reversible+light-controllable+intelligent+gel+based+on+simple+spiropyran-doped+with+biocompatible+lecithin.">Reversible light-controllable intelligent gel based on simple spiropyran-doped with biocompatible lecithin.</a> Dyes and Pigments. 134, 186-189 (2015).</li><li>Irie, M., Hirano, Y., Hashimoto, S., Hayashi, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Photoresponsive+Polymers.+2.+Reversible+Solution+Viscosity+Change+of+Polymamides+Having+Azobenzene+Residues+in+the+Main+Chain.">Photoresponsive Polymers. 2. Reversible Solution Viscosity Change of Polymamides Having Azobenzene Residues in the Main Chain.</a> Macromolecules. 14, 262-267 (1981).</li><li>Ito, S., Akiyama, H., Sekizawa, R., Mori, M., Yoshida, M., Kihara, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Light-Induced+Reworkable+Adhesives+Based+on+ABA-type+Triblock+Copolymers+with+Azopolymer+Termini.">Light-Induced Reworkable Adhesives Based on ABA-type Triblock Copolymers with Azopolymer Termini.</a> ACS Applied Materials and Interfaces. 10, 32649-32658 (2018).</li><li>Yamamoto, T., Norikane, Y., Akiyama, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Photochemical+liquefaction+and+softening+in+molecular+materials,+polymers,+and+related+compounds.">Photochemical liquefaction and softening in molecular materials, polymers, and related compounds.</a> Polymer Journal. 50, 551-562 (2018).</li><li>Petr, M., Helgeson, M. E., Soulages, J., McKinley, G. H., Hammond, P. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Rapid+Viscoelastic+Switching+of+an+Ambient+Temperature+Range+Photoresponsive+Azobenzene+Side-chain+Liquid+Crystal+Polymer.">Rapid Viscoelastic Switching of an Ambient Temperature Range Photoresponsive Azobenzene Side-chain Liquid Crystal Polymer.</a> Polymer. 54, 2850-2856 (2013).</li><li>Han, G. G. D., Li, H., Grossman, J. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Optically+controlled+long-term+storage+and+release+of+thermal+energy+in+phase-change+materials.">Optically controlled long-term storage and release of thermal energy in phase-change materials.</a> Nature Communications. 8, 1-10 (2017).</li><li>Akiyama, H., Yoshida, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Photochemically+Reversible+Liquefaction+and+Solidification+of+Single+Compounds+Based+on+a+Sugar+Alcohol+Scaffold+with+Multi+Azo-Arms.">Photochemically Reversible Liquefaction and Solidification of Single Compounds Based on a Sugar Alcohol Scaffold with Multi Azo-Arms.</a> Advanced Materials. 24, 2353-2356 (2012).</li><li>Akiyama, H., 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=Photochemically+reversible+liquefaction+and+solidification+of+multiazobenzene+sugar-alcohol+derivatives+and+application+to+reworkable+adhesives.">Photochemically reversible liquefaction and solidification of multiazobenzene sugar-alcohol derivatives and application to reworkable adhesives.</a> ACS Applied Materials and Interfaces. 6, 7933-7941 (2014).</li><li>Akiyama, H., Fukata, T., Yamashita, A., Yoshida, M., Kihara, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Reworkable+adhesives+composed+of+photoresponsive+azobenzene+polymer+for+glass+substrates.">Reworkable adhesives composed of photoresponsive azobenzene polymer for glass substrates.</a> Journal of Adhesion. 93, 823-830 (2017).</li><li>Norikane, 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=Photoinduced+Crystal-to-Liquid+Phase+Transitions+of+Azobenzene+Derivatives+and+Their+Application+in+Photolithography+Processes+through+a+Solid-Liquid+Patterning.">Photoinduced Crystal-to-Liquid Phase Transitions of Azobenzene Derivatives and Their Application in Photolithography Processes through a Solid-Liquid Patterning.</a> Organic Letters. 16, 5012-5015 (2014).</li><li>Kim, D. Y., Lee, S. A., Kim, H., Kim, S. M., Kim, N., Jeong, K. U. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=An+azobenzene-based+photochromic+liquid+crystalline+amphiphile+for+a+remote-controllable+light+shutter.">An azobenzene-based photochromic liquid crystalline amphiphile for a remote-controllable light shutter.</a> Chemical Communications. 51, 11080 (2015).</li><li>Saito, 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=Light-melt+adhesive+based+on+dynamic+carbon+frameworks+in+a+columnar+liquid-crystal+phase.">Light-melt adhesive based on dynamic carbon frameworks in a columnar liquid-crystal phase.</a> Nature Communications. 7, 1-7 (2016).</li><li>Peng, S., Guo, Q., Hughes, T. C., Hartley, P. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Reversible+Photorheological+Lyotropic+Liquid+Crystals.">Reversible Photorheological Lyotropic Liquid Crystals.</a> Langmuir. 30, 866-872 (2014).</li><li>Ito, S., Yamashita, A., Akiyama, H., Kihara, H., Yoshida, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Azobenzene-Based+(Meth)acrylates:+Controlled+Radical+Polymerization,+Photoresponsive+Solid&#8211;Liquid+Phase+Transition+Behavior,+and+Application+to+Reworkable+Adhesives.">Azobenzene-Based (Meth)acrylates: Controlled Radical Polymerization, Photoresponsive Solid&#8211;Liquid Phase Transition Behavior, and Application to Reworkable Adhesives.</a> Macromolecules. 51, 3243-3253 (2018).</li><li>Yue, Y., Norikane, Y., Azumi, R., Koyama, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Light-induced+mechanical+response+in+crosslinked+liquid-crystalline+polymers+with+photoswitchable+glass+transition+temperatures.">Light-induced mechanical response in crosslinked liquid-crystalline polymers with photoswitchable glass transition temperatures.</a> Nature Communications. 9, 1-8 (2018).</li><li>Lee, H. Y., Diehn, K. K., Sun, K., Chen, T., Raghavan, S. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Reversible+Photorheological+Fluids+Based+on+Spiropyran-Doped+Reverse+Micelles.">Reversible Photorheological Fluids Based on Spiropyran-Doped Reverse Micelles.</a> Journal of the American Chemical Society. 133, 8461-8463 (2011).</li><li>Su, X., Cunningham, M. F., Jessop, P. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Switchable+viscosity+triggered+by+CO2+using+smart+worm-like+micelles.">Switchable viscosity triggered by CO2 using smart worm-like micelles.</a> Chemical Communications. 49, 2655-2657 (2013).</li><li>Cho, M. Y., Kim, J. S., Choi, H. J., Choi, S. B., Kim, G. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Ultraviolet+light-responsive+photorheological+fluids:+as+a+new+class+of+smart+fluids.">Ultraviolet light-responsive photorheological fluids: as a new class of smart fluids.</a> Smart Materials and Structures. 26, 1-8 (2017).</li><li>Oh, H., 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=A+simple+route+to+fluids+with+photo-switchable+viscosities+based+on+a+reversible+transition+between+vesicles+and+wormlike+micelles.">A simple route to fluids with photo-switchable viscosities based on a reversible transition between vesicles and wormlike micelles.</a> Soft Matter. 9, 5025-5033 (2013).</li><li>Akamatsu, M., 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=Photoinduced+viscosity+control+of+lecithin-based+reverse+wormlike+micellar+systems+using+azobenzene+derivatives.">Photoinduced viscosity control of lecithin-based reverse wormlike micellar systems using azobenzene derivatives.</a> RSC Advances. 8, 23742-23747 (2018).</li><li>Song, B., Hu, Y., Zhao, 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+single-component+photo-responsive+fluid+based+on+a+gemini+surfactant+with+an+azobenzene+spacer.">A single-component photo-responsive fluid based on a gemini surfactant with an azobenzene spacer.</a> Journal of Colloid and Interface Science. 333, 820-822 (2009).</li><li>Borshch, V., 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=Nematic+twist-bend+phase+with+nanoscale+modulation+of+molecular+orientation.">Nematic twist-bend phase with nanoscale modulation of molecular orientation.</a> Nature Communications. 4, 2635-2643 (2013).</li><li>Panov, V. 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=Spontaneous+Periodic+Deformations+in+Nonchiral+Planar-Aligned+Bimesogens+with+a+Nematic-Nematic+Transition+and+a+Negative+Elastic+Constant.">Spontaneous Periodic Deformations in Nonchiral Planar-Aligned Bimesogens with a Nematic-Nematic Transition and a Negative Elastic Constant.</a> Physical Review Letters. 105, 1-4 (2010).</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=Fast-and-Giant+Photorheological+Effect+in+a+Liquid+Crystal+Dimer.">Fast-and-Giant Photorheological Effect in a Liquid Crystal Dimer.</a> Advanced Materials Interfaces. 6, 1-7 (2019).</li><li>Ishiba, K., 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=Photoliquefiable+ionic+crystals:+A+phase+crossover+approach+for+photon+energy+storage+materials+with+functional+multiplicity.">Photoliquefiable ionic crystals: A phase crossover approach for photon energy storage materials with functional multiplicity.</a> Angewandte Chemie International Edition. 54, 1532-1536 (2015).</li><li>Zhou, H., 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=Photoswitching+of+glass+transition+temperatures+of+azobenzene-containing+polymers+induces+reversible+solid-to-liquid+transitions.">Photoswitching of glass transition temperatures of azobenzene-containing polymers induces reversible solid-to-liquid transitions.</a> Nature Chemistry. 9, 145-151 (2017).</li></ol>

Som afsløret i figur 1, er CB6OABOBu et foto-lydhør materiale med i, N, TB, og Cry fase sekvenser ved afkøling. Da den lokale rækkefølge af disse faser afviger markant, forventes det foto styrede skift af rheologiske egenskaber at udvise god viskoelastisk kontrast. Til kvantitativ undersøgelse af dette blev der udført foto-rheology-målinger.
For det første betragter vi de rheologiske data målt i mørke (figur 2a,</st...

Intelligente mekaniske materialer med evnen til at ændre deres viskoelastiske egenskaber som reaktion på miljømæssige variationer har skabt enorm interesse blandt forskere. Omstillingsevne anses for at være den vigtigste materielle faktor, som giver robusthed af gentagen mekanisk respons i levende organismer. Til dato er kunstige omkoblings materialer med alsidige funktioner blevet designet ved at anvende blødt materiale (dvs. photoresponsive silicagelrogeler1,2,3, polymerer4,5, 6,7,8,9,10,11, flydende krystaller [LCS]9,10,11, 12,13,14,15,16,17, ph-lydhør miceller18,19,20 ,21,22og overfladeaktive stoffer23). Men disse materialer lider af mere end et af følgende problemer: manglende reversibilitet, lavt koblings kontrastforhold af viskoelasticitet, lav adaptivitet og langsom koblings hastighed. I konventionelle materialer er der en afvejning mellem koblings kontrastforholdet mellem viskoelastisk og koblings hastighed; Derfor er det udfordrende at designe materialer, der dækker alle disse kriterier med høj ydeevne. At realisere materialer med ovennævnte omnikapacitet, udvælgelse eller designe molekyler, der bærer emergent natur af både høj fluiditet (viskøs ejendom) og stivhed (elastisk egenskab) er afgørende.
Flydende krystaller er ideelle systemer med et potentielt stort antal flydende krystallinske og faste faser, der kan justeres ved Molekylær design. Dette giver mulighed for selv monterede strukturer på forskellige længde skalaer i særlige LC faser. For eksempel, mens høj-symmetri nematiske LCS (nlcs) udviser lav viskositet og elasticitet på grund af deres kort rækkevidde rumlige orden, lav-symmetri søjleformede eller smectic LCS viser høj viskositet og elasticitet på grund af en-og to-dimensionelle langtrækkende periodiciteter. Det forventes, at hvis LC materialer kan skiftes mellem to faser med store forskelle i deres viskoelastiske egenskaber, så et viskoelastisk Smart materiale med høj ydeevne kan opnås. Et par eksempler er blevet rapporteret9,10,11,12,13,14,15.
Denne artikel viser forberedelsen af et photorheologisk LC-materiale med en Fasesekvens af isotropisk (I)-nematisk (N)-twist-Bend nematisk (TB)24-krystal (råb) ved afkøling (og omvendt ved opvarmning), som udviser hurtig og reversibel viskoelastisk omskiftning som reaktion på lys. Præsenteret her er metoderne til måling af viskoelasticitet og en illustration af den mikroskopiske struktur-viskoelastisk forhold. Detaljer er beskrevet i de repræsentative resultater og diskussions afsnit.

<table>
	<tbody>
		<tr>
			<td>21-401-10</td>
			<td>AS ONE</td>
			<td></td>
			<td>Microspatula</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>AL1254</td>
			<td>JSR</td>
			<td></td>
			<td>Planar alignment agent for liquid crystals</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>BX53P</td>
			<td>Olympus</td>
			<td></td>
			<td>Polarising microscope with transmission/epi-illumination units</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Discovery DSC 25P</td>
			<td>TI instruments</td>
			<td></td>
			<td>Photo-DSC equipment</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Glass cutter PRO-1A</td>
			<td>Sankyo</td>
			<td></td>
			<td>A diamond-based glass cutter</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>HS82</td>
			<td>Mettler Toledo</td>
			<td></td>
			<td>hot stage</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>MCR502</td>
			<td>Anton Paar</td>
			<td></td>
			<td>A commercial rheometer</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>MRJ-100S</td>
			<td>EHC</td>
			<td></td>
			<td>Rubbing machine</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Norland Optical Adhesive 65, 81</td>
			<td>Norland Products</td>
			<td></td>
			<td>Photoreactive adhesions</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>OmniCure S2000</td>
			<td>Excelitas Technologies</td>
			<td></td>
			<td>A commericial high-pressure mercury vapor short arc lamp. Maximum 70 mW/cm^2.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>PILATUS 6M</td>
			<td>Dectris</td>
			<td></td>
			<td>Hybrid photon counting detector for X-ray diffraction dectection</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>S1126</td>
			<td>Matsunami Glass</td>
			<td></td>
			<td>Glass substrate</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>SC-158H</td>
			<td>EHC</td>
			<td></td>
			<td>Spin coater</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>SCAT-20X</td>
			<td>DKS</td>
			<td></td>
			<td>Alkaline detergent</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>SLUV-4</td>
			<td>AS ONE</td>
			<td></td>
			<td>Low-pressure mercury vapor short arc lamp</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>UV-208</td>
			<td>Technovision</td>
			<td></td>
			<td>Ultraviolet-ozone (UV-O3) cleaner</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

high-contrast and fast photorheological switching of a twist-bend nematic liquid crystal

Smarte viskoelastiske materialer, der reagerer på specifikke stimuli, er en af de mest attraktive klasser af materialer, som er vigtige for fremtidige teknologier, såsom on-demand omskiftelig adhæsions teknologier, aktuatorer, molekylære koblinger og nano/mikroskopisk masse Transportvirksomheder. For nylig blev det konstateret, at gennem en særlig solid-væske overgang, rheologiske egenskaber kan udvise betydelige ændringer, således at give passende smarte viskoelastisk materialer. Men at designe materialer med en sådan egenskab er komplekse, og frem-og baglæns skifttider er normalt lange. Derfor er det vigtigt at udforske nye arbejdsmekanismer til at realisere faste-flydende overgange, forkorte koblings tiden, og forbedre kontrasten af rheologiske egenskaber under Skift. Her observeres en lys-induceret krystal-væskefase overgang, som er karakteriseret ved hjælp af polariserende lys mikroskopi (POM), photorheometry, foto-differentiel scanning hele kroppen vha (foto-DSC), og X-ray diffraktion (xrd). Den lysinducerede krystal-flydende fase overgang præsenterer vigtige funktioner såsom (1) hurtig skift af krystal-flydende faser for både frem og tilbage reaktioner og (2) et højt kontrastforhold af viskoelastisk. I karakterisering, POM er fordelagtigt i at tilbyde oplysninger om den rumlige fordeling af LC molekyle retninger, bestemmelse af typen af flydende krystallinske faser, der optræder i materialet, og studere retningen af LCs. Photorheometry tillader måling af et materiales rheologiske egenskaber under lette stimuli og kan afsløre de fotorheologiske koblings egenskaber af materialer. Photo-DSC er en teknik til at undersøge termodynamiske oplysninger om materialer i mørke og under let bestråling. Endelig giver XRD mulighed for at studere mikroskopiske strukturer af materialer. Formålet med denne artikel er klart at præsentere, hvordan man forbereder og måler de diskuterede egenskaber af et photorheologisk materiale.

POM-billeder, photorheometriske data, foto-DSC-data og XRD-intensitets profiler blev indsamlet i mørke under temperatur variationen, og mens de skinner UV-lys. Figur 1a, b repræsenterer strukturen af CB6OABOBu med dens Fasesekvens og mulige KONSTELLATIONER optimeret af mm2 ForceField i modellerings programmet (f. eks. ChemBio3D).
Når CB6OABOBu er i Trans-State, to energi-plausible konformationsmæssige tilstande vises, og den snoede kropsbygnin...

Watch this Scientific Journal Video about High-Contrast and Fast Photorheological Switching of a Twist-Bend Nematic Liquid Crystal at JoVE.com

High-Contrast and Fast Photorheological Switching of a Twist-Bend Nematic Liquid Crystal

Denne protokol viser fremstillingen af et fotorheologisk materiale, der udviser en solid fase, forskellige flydende krystallinske faser, og en isotropisk væskefase ved at øge temperaturen. Præsenteret her er metoder til måling af strukturen-viskoelastisk forhold af materialet.

Høj-kontrast og hurtig Photorheological skift af en twist-Bend nematisk flydende krystal

Smart viscoelastic materials that respond to specific stimuli are one of the most attractive classes of materials important to future technologies, such ...

Denne protokol forklarer, hvordan man karakteriserer de viskoelastiske strække egenskaber flydende krystaller, og det hjælper til at besvare centrale spørgsmål om, hvordan man udvikler nye fotorheological materialer. Den største fordel ved denne metode er, at de reologiske egenskaber og relevante strukturelle egenskaber kan måles under lysstimuli i realtid, så registrering af den fotorheologiske skift adfærd. Før proceduren påbegyndes, skal du bruge en diamantbaseret glasskærer til at skære glasunderlag med gennemsnitlige størrelser på en efter en centimeter og vaske stykkerne ved 38 eller 42 kilohertz i et alkalisk rengøringsmiddel.Derefter skylles underlagene med 10 fem minutters vask med sonikering i frisk destilleret vand pr. vask, og substraterne udsættes for UV-ozon i mindst 10 minutter. Hvis du vil tilføje et planarjusteringslag, skal du bruge en pipette til at dispensere en milliliter en polyamidplanar justeringsløsning i 20 mikroliterdråber på hvert renset glasunderlag. Brug straks en spin coater til at spinde en ca 20-nanometer tyk justering lag på substrater.Ved slutningen af spin, bages belagt glas substrater ved 80 grader Celsius i 60 minutter for at fjerne opløsningsmidlet, efterfulgt af hærdning i mindst 60 minutter ved 180 grader Celsius. Brug derefter en rayon klud gnide maskine til at gnide substraterne på de relevante parametre. Tilsæt 100 mikroliter af et fotoreaktivt klæbemiddel og 0,1 milligram glaspartikler med fem mikrometerstørrelse på et nyt glasunderlag, og brug spidsen af en papirclips til at blande materialerne.Overfør det blandede materiale til fire hjørner af glasunderlagscellen for at justere cellehullet, og brug en lavtryks kviksølvdamp kort buelampe eller en UV-førte til at belyse cellen med en 365-nanometerbølgelængde. Efter belysningen, placere cellen på et varmt stadium, og indstille måltemperaturen af scenen for at opvarme cellen til en temperatur over den isotropiske flydende nematiske fase overgang. Ved afslutningen af faseovergangen overføres hele 0,2 til 10-mikroliter flydende krystalmateriale på en åben overflade af cellen.Brug en mikrospatula til at skubbe materialerne mod celleindgangen for at opnå kontakt mellem det flydende krystalmateriale og cellens indgang. Vent derefter på, at det flydende krystalmateriale udfylder cellen med kapillær kraft. For tekstur karakterisering af de flydende krystalceller, placere prøverne på den varme fase for at styre prøven temperatur med et plus eller minus 0,1 kelvin nøjagtighed under en polariserende lys mikroskop.Brug et digitalt farvekamera og en UV-epi-illuminator til sekventielt at registrere teksturerne under køling og opvarmning med og uden UV-bestråling. Til reologisk måling af prøverne udføres geometriens inerti og nul mellemrumskalibalier i softwaren i overensstemmelse med fabrikantens anvisninger. Derefter afveje 250 milligram af pulveriseret CB6OABOBu prøve.Prøven indbelæsses derefter på reometerets bundkvartsplade, og prøvekammerets temperatur indstilles til en værdi over det isotropiske-nematiske faseovergangspunkt. Sæt derefter en mellemrumsværdi for at nærme sig målepladen til bundkvarttalpladen for at smøre prøven. Brug papirlaborketter til at trimme overskydende prøve, der er uden for hullet, når målepladen stopper ved trimningspositionen.For at udføre målingen skal prøven bestråles ved 365 nanometer, der måler den fotoreologiske kobling af CB6OABOBu ved hjælp af den højtryksf kviksølvdamp korte lysbuelampe. I den nematiske fase realiseres en uniaxial justering af molekylerne. Når temperaturen reduceres til twist-bend i mørke, dannes et stribet mønster, hvor striberne løber parallelt med gnideretningen af den flydende krystalcelle.Yderligere reduktion af temperaturen fører til krystallisering. Bestråling med UV-lys ændrer kropsbygning fra en trans til en cis tilstand, hvilket resulterer i fasevariation og dermed teksturvariation, hvor UV-lyset omdanner den stribede tekstur til den enhæsiale justerede tilstand i den nematiske fase, når den starter fra twist-bend-fasen. Hvis uv-lyset slukkes, kan molekylerne slappe af og genindtræde i transtilstanden, hvilket resulterer i reformation af den stribede tekstur af twist-bend fasen.Måling af CB6OABOBu's effektive viskositet under forskellige forhold afslører temperaturafhængigheden af den effektive forskydningsviskositet. Her kan forskydningsstressafhængigheden af den effektive forskydningsviskositet ved forskellige temperaturer i løbet af første og anden kørsler observeres. I denne graf vises variationen mellem den effektive forskydningsviskositet, der udløses af UV-bestråling ved forskellige temperaturer.Og disse grafer illustrerer koblingskurverne for den effektive forskydningsviskositet i en logskala ved to forskellige temperaturer. For at opnå pålidelige data er det afgørende at kalibrere reometeret, før der opnås målinger. En idé til fremtidige undersøgelser af lysfølsomme dimers er at kontrollere en bredbånd dielektrisk spektre, der kunne give indsigt i den molekylære dynamik på de forskellige faser og belysning betingelser.

Research

JoVE Journal

Chemistry

Untargeted Metabolomics from Biological Sources Using Ultraperformance Liquid Chromatography-High Resolution Mass Spectrometry (UPLC-HRMS)

Untargeted Metabolomics from Biological Sources Using Ultraperformance Liquid Chromatography-High Resolution Mass Spectrometry UPLC-HRMS

Målrettede Metabolomics fra biologiske kilder Brug Ultraperformance væskekromatografi-højopløsningsmassespektrometri (UPLC-HRMS)

Here we present a workflow to analyze the metabolic profiles for biological samples of interest including; cells, serum, or tissue. The sample is first ...

Isolation and Preparation of Bacterial Cell Walls for Compositional Analysis by Ultra Performance Liquid Chromatography

Isolering og forberedelse af bakteriecellevægge til kompositorisk analyse af ultraperformet væskekromatografi

The bacterial cell wall is critical for the determination of cell shape during growth and division, and maintains the mechanical integrity of cells in the ...

Synthesis and Exfoliation of Discotic Zirconium Phosphates to Obtain Colloidal Liquid Crystals

Syntese og Eksfoliering af Discotic Zirconium Fosfater fås Kolloid Flydende Krystaller

Due to their abundance in natural clay and potential applications in advanced materials, discotic nanoparticles are of interest to scientists and ...

A Method to Manipulate Surface Tension of a Liquid Metal via Surface Oxidation and Reduction

En metode til at manipulere overfladespænding en Liquid Metal via Surface oxidation og reduktion

Controlling interfacial tension is an effective method for manipulating the shape, position, and flow of fluids at sub-millimeter length scales, where ...

Microfluidic Pneumatic Cages: A Novel Approach for In-chip Crystal Trapping, Manipulation and Controlled Chemical Treatment

Mikrofluide Pneumatiske Bure: en ny tilgang til In-chip Crystal fældefangst, Manipulation og kontrollerede kemiske behandling

The precise localization and controlled chemical treatment of structures on a surface are significant challenges for common laboratory technologies. ...

High Pressure Single Crystal Diffraction at PX^2

High Pressure Single Crystal Diffraktion på PX ^ 2

In this report we describe detailed procedures for carrying out single crystal X-ray diffraction experiments with a diamond anvil cell (DAC) at the ...

A Straightforward Method for Glucosinolate Extraction and Analysis with High-pressure Liquid Chromatography (HPLC)

A Straightforward Method for Glucosinolate Extraction and Analysis with High-pressure Liquid Chromatography HPLC

En enkel metode til glucosinolater Ekstraktion og analyse med Højtryks-væskekromatografi (HPLC)

Glucosinolates are a well-studied and highly diverse class of natural plant compounds. They play important roles in plant resistance, rapeseed oil ...

A Convenient Method for Extraction and Analysis with High-Pressure Liquid Chromatography of Catecholamine Neurotransmitters and Their Metabolites

En praktisk metode til udvinding og analyse med højtryks væskekromatografi catecholamin neurotransmittere og deres metabolitter

The extraction and analysis of catecholamine neurotransmitters in biological fluids is of great importance in assessing nervous system function and ...

Total Internal Reflection Absorption Spectroscopy (TIRAS) for the Detection of Solvated Electrons at a Plasma-liquid Interface

Total Internal Reflection Absorption Spectroscopy TIRAS for the Detection of Solvated Electrons at a Plasma-liquid Interface

Total interne Reflection Absorption spektroskopi (TIRAS) til påvisning af Solvated elektroner på en Plasma-flydende Interface

The total internal reflection absorption spectroscopy (TIRAS) method presented in this article uses an inexpensive diode laser to detect solvated ...

Using Graphene Liquid Cell Transmission Electron Microscopy to Study in Situ Nanocrystal Etching

Using Graphene Liquid Cell Transmission Electron Microscopy to Study in Situ Nanocrystal Etching

Bruger Graphene flydende celle Transmission elektronmikroskopi at studere in Situ Nanocrystal ætsning

Graphene liquid cell electron microscopy provides the ability to observe nanoscale chemical transformations and dynamics as the reactions are occurring in ...