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

Dit werk werd gesteund door het bilaterale gemeenschappelijk onderzoeksproject HAS-JSPS. Financiële steun van subsidies NKFIH PD 121019 en FK 125134 wordt erkend.

1. voorbereiding van gewreven oppervlakken voor het uitlijnen van LC-moleculen planarly
<ol><li>Maak schone glazen ondergronden.<ol>
<li>Snijd glas substraten met behulp van een diamant-gebaseerde glassnijder (tafel van materialen) in kleine vierkante stukken met gemiddelden maten van 1 cm x 1 cm. was ze door sonicatie bij 38 khz of 42 kHz in een alkalisch reinigingsmiddel (tabel met materialen, verdund in water bij een detergens: watervolume ratio van 1:3) en spoelen met gedestilleerd...

<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>

Zoals onthuld in Figuur 1, is CB6OABOBu een foto-responsief materiaal met I-, N-, TB-en Cry-fase sequenties bij koeling. Aangezien de lokale ordening van deze fasen aanzienlijk verschilt, wordt verwacht dat de door foto gestuurde omschakeling van Rheologische eigenschappen een goed Viscoelastisch contrast vertoont. Om dit te kwantificen onderzoeken werden foto-reologie metingen uitgevoerd.
Ten eerste beschouwen we de in het donker gemeten Rheologische gegevens (<s...

Slimme mechanische materialen met de mogelijkheid om hun visco-elastische eigenschappen te veranderen in reactie op omgevings variatie hebben enorme belangstelling bij onderzoekers gegenereerd. De Schakel baarheid wordt beschouwd als de belangrijkste materiële factor, die de robuustheid van repetitieve mechanische respons in levende organismen biedt. Tot op heden zijn kunstmatig schakelbare materialen met veelzijdige functies ontworpen door gebruik te maken van zachte stof (d.w.z. fotomoresponsieve hydrogels1,2,3, polymeren4,5, 6,7,8,9,10,11, vloeibare kristallen [LCs]9,10,11, 12,13,14,15,16,17, pH-responsief micellen18,19,20 ,21,22en oppervlakteactieve stoffen23). Echter, deze materialen lijden aan meer dan een van de volgende problemen: gebrek aan omkeerbaarheid, lage Schakel contrastverhouding van visco-elasticiteit, lage adaptiviteit, en langzame Schakelsnelheid. In conventionele materialen bestaat er een afweging tussen de contrastverhouding van de viscoelasticiteit en de Schakelsnelheid; het ontwerpen van materialen die al deze criteria met hoge prestaties bestrijken, is dus een uitdaging. Om materialen te realiseren met de bovengenoemde omnicapability, is het essentieel om moleculen te selecteren of te ontwerpen die emergente aard van beide hoge vloeibaarheid (visceuze eigenschap) en stijfheid (elastische eigenschap) dragen.
Vloeibare kristallen zijn ideale systemen met een potentieel groot aantal vloeibare kristallijne en vaste fasen die kunnen worden afgesteld door moleculair ontwerp. Dit zorgt voor zelf-geassembleerde constructies met verschillende lengte schalen in bepaalde LC-fasen. Terwijl hoge-symmetrie nematic LCs (Nlc's) een lage viscositeit en elasticiteit vertonen vanwege de ruimtelijke volgorde van de korte afstand, vertonen lage-symmetrie kolommen of smectische LCs een hoge viscositeit en elasticiteit als gevolg van een-en tweedimensionaal lang bereik periodiciteiten. Verwacht wordt dat als LC-materialen kunnen worden geschakeld tussen twee fasen met grote verschillen in hun visco-elastische eigenschappen, dan een visco-elastisch slim materiaal met hoge prestaties kan worden bereikt. Een paar voorbeelden zijn gemeld9,10,11,12,13,14,15.
Dit artikel demonstreert de voorbereiding van een photorheologisch LC-materiaal met een fase sequentie van isotrope (I)-nematic (N)-twist-Bend nematic (TB)24-Crystal (Cry) bij koeling (en omgekeerd bij verwarmen), die snel en omkeerbaar vertoont Viscoelastisch schakelen als reactie op licht. Gepresenteerd hier zijn de methoden voor het meten van viscoelasticiteit en een illustratie van de microscopische structuur-viscoelasticiteit relatie. Details worden beschreven in de secties representatieve resultaten en discussie.

<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

Slimme viscoelastische materialen die reageren op specifieke stimuli zijn een van de aantrekkelijkste klassen van materialen die belangrijk zijn voor toekomstige technologieën, zoals on-demand schakelbare adhesie technologieën, actuatoren, moleculaire koppelingen en nano-/microscopische massa Vervoerders. Onlangs bleek dat door middel van een speciale vaste-vloeistof overgang, Rheologische eigenschappen significante veranderingen kunnen vertonen, waardoor geschikte slimme viscoelastische materialen worden geboden. Echter, het ontwerpen van materialen met een dergelijke eigenschap is complex, en vooruit en achteruit schakeltijden zijn meestal lang. Daarom is het belangrijk om nieuwe werk mechanismen te verkennen om vaste-vloeistof overgangen te realiseren, de schakeltijd te verkorten en het contrast van Rheologische eigenschappen tijdens het schakelen te verbeteren. Hier wordt een licht-geïnduceerde kristal-vloeistoffase overgang waargenomen, die wordt gekenmerkt door middel van polariserende Lichtmicroscopie (POM), photorheometrie, foto-differentiaal Scanning calorimetrische (Photo-DSC) en röntgendiffractie (XRD). De licht-geïnduceerde kristal-vloeistoffase transitie presenteert belangrijke kenmerken zoals (1) snel schakelen van kristal-vloeistof fasen voor zowel voorwaartse als achterwaartse reacties en (2) een hoge contrastverhouding van viscoelasticiteit. In de karakterisering is POM voordelig bij het aanbieden van informatie over de ruimtelijke verdeling van LC-molecuul oriëntaties, het bepalen van het type vloeibare kristallijne fasen in het materiaal en het bestuderen van de oriëntatie van LCs. Photorheometrie maakt het mogelijk om de Rheologische eigenschappen van een materiaal onder lichte stimuli te meten en kan de fotomorheologische Schakel eigenschappen van materialen onthullen. Photo-DSC is een techniek om thermodynamische informatie van materialen in duisternis en onder licht bestraling te onderzoeken. Ten slotte maakt XRD het bestuderen van microscopische structuren van materialen mogelijk. Het doel van dit artikel is om duidelijk te presenteren hoe de besproken eigenschappen van een foto orheologisch materiaal voor te bereiden en te meten.

POM beelden, photorheometrische gegevens, Photo-DSC-gegevens en XRD-intensiteits profielen werden verzameld in de duisternis tijdens temperatuurschommelingen en tijdens het glimmende UV-licht. Figuur 1a, b vertegenwoordigt de structuur van CB6OABOBu, met de fasevolgorde en mogelijke CONFORMATIES geoptimaliseerd door de mm2 ForceField in het modellerings programma (bijv. ChemBio3D).
Wanneer CB6OABOBu in de trans-staat, twee energie-plausibele confo...

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

Dit protocol demonstreert de voorbereiding van een foto orheologisch materiaal dat een vaste fase vertoont, verschillende vloeibare kristallijne fasen en een isotrope vloeistoffase door de temperatuur te verhogen. Gepresenteerd hier zijn methoden voor het meten van de structuur-viscoelasticiteit relatie van het materiaal.

Hoog contrast en snelle Photorheologische omschakeling van een twist-Bend Nematic Liquid Crystal

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

Dit protocol legt uit hoe de visco-elastische stretching eigenschappen van vloeibare kristallen te karakteriseren, en het helpt om belangrijke vragen over hoe nieuwe fotorheologische materialen te ontwikkelen te beantwoorden. Het belangrijkste voordeel van deze methode is dat de rheologische eigenschappen en relevante structurele eigenschappen in realtime kunnen worden gemeten onder lichtstimuli, waardoor het fotorheologisch schakelgedrag kan worden opgenomen. Gebruik voor het begin van de procedure een glassnijder op basis van diamanten om glazen substraten met gemiddelde afmetingen van één voor één centimeter te snijden en de stukken te wassen op 38 of 42 kilohertz in een alkalisch wasmiddel.Spoel vervolgens de substraten af met 10 vijf minuten wasbeurten met sonicatie in vers gedestilleerd water per wasbeurt en onderwerp de substraten gedurende ten minste 10 minuten aan UV-ozon. Om een vlakke uitlijning laag toe te voegen, gebruik een pipet om een milliliter van een polyamide vlakke uitlijning oplossing in 20-microliter druppels op elk gereinigd glas substraat af te geven. Gebruik onmiddellijk een spin coater om een dikke uitlijnlaag van ongeveer 20 nanometer op de substraten te laten draaien.Aan het einde van de spin, bak de gecoate glazen substraten op 80 graden Celsius gedurende 60 minuten om het oplosmiddel te verwijderen, gevolgd door het uitharden gedurende ten minste 60 minuten bij 180 graden Celsius. Gebruik vervolgens een rayon doek wrijven machine om de substraten wrijven op de juiste parameters. Voeg 100 microliter van een fotoreactieve lijm en 0,1 milligram glazen deeltjes met een diameter van vijf micrometer toe aan een nieuw glassubstraat en gebruik de punt van een paperclip om de materialen te mengen.Breng het gemengde materiaal over naar vier hoeken van de glazen substraatcel om de celspleet aan te passen en gebruik een korte booglamp met lage druk kwikdamp of een UV die de cel verlichtte met een golflengte van 365 nanometer. Na de verlichting plaatst u de cel op een heet podium en stelt u de doeltemperatuur van het podium in om de cel te verwarmen tot een temperatuur boven de isotropische vloeibare nematische faseovergang. Breng aan het einde van de faseovergang het volledige 0,2 naar 10-microliter vloeibaar kristalmateriaal over op één open oppervlak van de cel.Gebruik een microspatula om de materialen naar de celingang te duwen om contact te krijgen tussen het vloeibare kristalmateriaal en de ingang van de cel. Wacht dan tot het vloeibare kristalmateriaal de cel met capillaire kracht invult. Voor textuurkarakterisering van de vloeibare kristalcellen plaatst u de monsters op het hete stadium om de monstertemperatuur te regelen met een plus- of min 0,1 kelvinnauwkeurigheid onder een polariserende lichtmicroscoop.Gebruik een digitale kleurencamera en een UV-epi-verlichting om de texturen sequentieel vast te leggen tijdens het koelen en verwarmen met en zonder UV-bestraling. Voor reologische meting van de monsters voert u eerst geometrie-traagheid en zero gap-kalibraties uit in de software volgens de instructies van de fabrikant. Weeg vervolgens 250 milligram van het CB6OABOBu-monster in poedervorm af.Laad vervolgens het monster op de basis kwartsplaat van de rheometer en stel de temperatuur van de monsterkamer in op een waarde boven het isotropisch-nematic faseovergangspunt. Stel vervolgens een tussenwaarde in voor het benaderen van de meetplaat op de basiskwartsplaat om het monster te sandwichen. Gebruik papieren lab doekjes om overtollig monster dat zich buiten de kloof wanneer de meetplaat stopt bij de trimpositie trim.Om de meting uit te voeren, bestraalt u het monster op 365 nanometer en meet het de fotorheologische schakeling van CB6OABOBu met behulp van de korte booglamp met hoge druk kwikdamp. In de nematische fase wordt een uniaxiale uitlijning van de moleculen gerealiseerd. Bij het verlagen van de temperatuur naar de twist-bocht in het donker, een gestreept patroon vormen, waarin de strepen parallel lopen aan de wrijven richting van de vloeibare kristalcel.Verdere daling van de temperatuur leidt tot kristallisatie. Bestraling met UV-licht verandert de conformatie van een trans naar een cis-toestand, wat resulteert in fasevariatie en dus textuurvariatie, waarbij het UV-licht de gestreepte textuur transformeert naar de uniaxiale uitgelijnde toestand van de nematische fase wanneer het begint met de twist-bochtfase. Het uitschakelen van het UV-licht stelt de moleculen in staat om te ontspannen en de transtoestand opnieuw in te voeren, wat resulteert in reformatie van de gestreepte textuur van de twist-bend fase.Meting van de effectieve viscositeit van de CB6OABOBu onder verschillende omstandigheden onthult de temperatuurafhankelijkheid van de effectieve schuifviscositeit. Hier kan de afhankelijkheid van de schuifspanning van de efficiënte schuifviscositeit bij verschillende temperaturen tijdens de eerste en tweede looppas worden waargenomen. In deze grafiek wordt de variatie tussen de effectieve afschuifviscositeit die wordt veroorzaakt door UV-bestraling bij verschillende temperaturen weergegeven.Deze grafieken illustreren de schakelcurven van de effectieve schuinviscositeit in een logschaal bij twee verschillende temperaturen. Om betrouwbare gegevens te verkrijgen, is het van cruciaal belang om de rheometer vlak voor het verkrijgen van metingen te kalibreren. Een idee voor toekomstige studies over lichtgevoelige dimers is het controleren van een breedband diëlektrische spectra die inzicht zou kunnen geven in de moleculaire dynamiek op de verschillende fasen en verlichting voorwaarden.

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

Ongerichte Metabolomics uit biologische grondstoffen gebruiken UltraPerformance Liquid Chromatography-hoge resolutie massaspectrometrie (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

Isolatie en bereiding van bacteriële celwanden voor compositorische analyse door Ultra Performance Liquid Chromatography

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

Synthese en afschilfering van discotische zirkonium Fosfaten om colloïdale vloeibare kristallen te verkrijgen

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

Een methode om oppervlaktespanning van een Liquid Metal Manipuleer via oxidatie en reductie

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

Microfluïdische Pneumatische Cages: een nieuwe benadering voor de In-chip Crystal Trapping, manipulatie en gecontroleerde chemische behandeling

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 diffractie bij 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

Een eenvoudige methode voor glucosinolaat Extractie en analyse met hoge-druk vloeistofchromatografie (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

Een handige methode voor de extractie en analyse met hogedruk-vloeistofchromatografie Catecholamine Neurotransmitters en hun metabolieten

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

Totale interne reflectie Absorptie spectroscopie (TIRAS) voor het opsporen van Solvated elektronen op een Plasma-vloeistof-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

Met behulp van grafeen vloeistof cel transmissie-elektronenmicroscopie om te studeren in Situ Nanocrystal etsen

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