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

Diese Arbeit wurde durch das bilaterale gemeinsame Forschungsprojekt HAS-JSPS unterstützt. Die finanzielle Unterstützung durch die Zuschüsse NKFIH PD 121019 und FK 125134 wird anerkannt.

1. Herstellung von geriebenen Oberflächen zur planaren Ausrichtung von LC-Molekülen
<ol><li>Bereiten Sie saubere Glassubstrate vor.<ol>
<li>Schneiden Sie Glassubstrate mit einem diamantbasierten Glasschneider(Materialtabelle) in kleine quadratische Stücke mit Durchschnittsgrößen von 1 cm x 1 cm. Waschen Sie sie durch Beschallung bei 38 kHz oder 42 kHz in einem alkalischen Waschmittel(Materialtabelle, in Wasser verdünnt Waschmittel: Wasservolumenverhältnis von 1:3) und mit destil...

<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>

Wie aus Abbildung 1hervorgeht, ist CB6OABOBu ein fotoresponsives Material mit I-, N-, TB- und Cry-Phasensequenzen beim Abkühlen. Da sich die lokale Reihenfolge dieser Phasen erheblich unterscheidet, wird erwartet, dass die photogesteuerte Umschaltung rheologischer Eigenschaften einen guten viskoelastischen Kontrast aufweist. Um dies quantitativ zu untersuchen, wurden photorheologische Messungen durchgeführt.
Zunächst betrachten wir die rheologischen Daten, die ...

Intelligente mechanische Materialien, die ihre viskoelastischen Eigenschaften als Reaktion auf Umweltschwankungen verändern können, haben bei den Forschern ein enormes Interesse geweckt. Die Umschaltbarkeit gilt als wichtigster Materialfaktor, der eine robustheit der repetitiven mechanischen Reaktion in lebenden Organismen bietet. Bis heute wurden künstlich schaltbare Materialien mit vielseitigen Funktionen durch den Einsatz von weicher Materie (z. B. photoresponsive Hydrogele1,2,3, Polymere4,5, 6,7,8,9,10,11, Flüssigkristalle [LCs]9,10,11, 12,13,14,15,16,17, pH-responsive Mizellen18,19,20 ,21,22und Tenside23). Diese Materialien leiden jedoch unter mehr als einem der folgenden Probleme: mangelnde Reversibilität, geringes Schaltkontrastverhältnis der Viskoelastizität, geringe Anpassungsfähigkeit und langsame Schaltgeschwindigkeit. Bei herkömmlichen Werkstoffen besteht ein Kompromiss zwischen dem Schaltkontrastverhältnis viskoelastizität und der Schaltgeschwindigkeit; Daher ist die Konstruktion von Materialien, die alle diese Kriterien mit hoher Leistung abdecken, eine Herausforderung. Um Materialien mit der oben genannten Allfähigkeit zu realisieren, ist die Auswahl oder Konstruktion von Molekülen, die auftauchende Naturen sowohl von hoher Fließfähigkeit (viskose Eigenschaft) als auch Steifigkeit (elastische Eigenschaft) tragen, unerlässlich.
Flüssigkristalle sind ideale Systeme mit einer potenziell großen Anzahl flüssiger kristalliner und fester Phasen, die durch molekulares Design abgestimmt werden können. Dies ermöglicht selbstgebaute Strukturen in unterschiedlichen Längenskalen in bestimmten LC-Phasen. Während beispielsweise hochsymmetrische nematische LCs (NCS) aufgrund ihrer räumlichen Anordnung mit geringem Umfang eine niedrige Viskosität und Elastizität aufweisen, weisen kolosarische oder smectische LCs eine hohe Viskosität und Elastizität aufgrund ein- und zweidimensionaler Langbereichs- Periodizitäten. Wenn LC-Materialien zwischen zwei Phasen mit großen Unterschieden in ihren viskoelastischen Eigenschaften umgeschaltet werden können, kann ein viskoelastisches intelligentes Material mit hoher Leistung erreicht werden. Einige Beispiele wurden berichtet9,10,11,12,13,14,15.
Dieser Artikel zeigt die Herstellung eines photorheologischen LC-Materials mit einer Phasensequenz isotroper (I)-nematischer (N)-Twist-Biege-Nematic (TB)24-Kristall(Cry) beim Abkühlen (und umgekehrt beim Erhitzen), das schnell und reversibel aufweist. viskoelastische Schaltung als Reaktion auf Licht. Hier werden die Methoden zur Messung der Viskoelastizität und eine Darstellung der mikroskopischen Struktur-Viskoeelastizitätsbeziehung vorgestellt. Einzelheiten werden in den repräsentativen Ergebnissen und Diskussionsabschnitten beschrieben.

<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

Intelligente viskoelastische Materialien, die auf spezifische Reize reagieren, gehören zu den attraktivsten Materialklassen, die für zukünftige Technologien wichtig sind, wie z. B. schaltbare Haftungstechnologien auf Abruf, Aktoren, molekulare Kupplungen und nano-/mikroskopische Masse. Transporter. Kürzlich wurde festgestellt, dass durch einen speziellen Fest-Flüssig-Übergang rheologische Eigenschaften signifikante Veränderungen aufweisen können, wodurch geeignete intelligente viskoelastische Materialien zur Verfügung gestellt werden. Das Entwerfen von Materialien mit einer solchen Eigenschaft ist jedoch komplex, und die Schaltzeiten nach vorne und rückwärts sind in der Regel lang. Daher ist es wichtig, neue Arbeitsmechanismen zu erforschen, um Fest-Flüssig-Übergänge zu realisieren, die Schaltzeit zu verkürzen und den Kontrast der rheologischen Eigenschaften während des Schaltens zu verbessern. Hierbei wird ein lichtinduzierter kristall-flüssiger Phasenübergang beobachtet, der sich durch Polarisationslichtmikroskopie (POM), Photorheometrie, Photodifferenzial-Scanning-Kalorimetrie (Photo-DSC) und Röntgenbeugung (XRD) auszeichnet. Der lichtinduzierte kristall-flüssige Phasenübergang weist Schlüsselmerkmale wie (1) schnelles Schalten von kristall-flüssigen Phasen für Vorwärts- und Rückwärtsreaktionen und (2) ein hohes Kontrastverhältnis der Viskoelastizität auf. In der Charakterisierung ist POM vorteilhaft, wenn es darum geht, Informationen über die räumliche Verteilung von LC-Molekülausrichtungen anzubieten, die Art der im Material erscheinenden flüssigen kristallinen Phasen zu bestimmen und die Ausrichtung von LCs zu untersuchen. ermöglicht die Messung der rheologischen Eigenschaften eines Materials unter Lichtreizen und kann die photorheologischen Schalteigenschaften von Materialien aufdecken. Photo-DSC ist eine Technik zur Untersuchung thermodynamischer Informationen von Materialien in Dunkelheit und unter Lichtbestrahlung. Schließlich ermöglicht XRD das Studium mikroskopischer Strukturen von Materialien. Das Ziel dieses Artikels ist es, klar darzustellen, wie die diskutierten Eigenschaften eines photorheologischen Materials vorbereitet und gemessen werden können.

POM-Bilder, photorhäometrische Daten, Photo-DSC-Daten und XRD-Intensitätsprofile wurden bei Temperaturschwankungen und beim Strahlen von UV-Licht in der Dunkelheit gesammelt. Abbildung 1a,b stellt die Struktur von CB6OABOBu mit seiner Phasensequenz und möglichen Konformationen dar, die durch das MM2-Kraftfeld im Modellierungsprogramm optimiert werden (z.B. ChemBio3D).
Wenn sich CB6OABOBu im Transzustand befindet, treten zwei energieplausible Ko...

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

Dieses Protokoll zeigt die Herstellung eines photorheologischen Materials, das eine feste Phase, verschiedene flüssige kristalline Phasen und eine isotrope Flüssigphase durch Temperaturerhöhung aufweist. Hier werden Methoden zur Messung der Strukturviskoelastizitätsbeziehung des Materials vorgestellt.

Kontrastreich und schnelles photorheologisches Schalten eines Twist-Bend Nematic Flüssigkristalls

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

Dieses Protokoll erklärt, wie die viskoelastischen Dehneigenschaften von Flüssigkristallen charakterisiert werden können, und es hilft, wichtige Fragen zur Entwicklung neuer photorheologischer Materialien zu beantworten. Der Hauptvorteil dieser Methode besteht darin, dass die rheologischen Eigenschaften und relevanten strukturellen Eigenschaften unter Lichtreizen in Echtzeit gemessen werden können, was eine Aufzeichnung des photorheologischen Schaltverhaltens ermöglicht. Bevor Sie mit dem Verfahren beginnen, schneiden Sie mit einem Diamant-Glasschneider Glassubstrate mit einer durchschnittlichen Größe von einem Zentimeter und waschen Sie die Stücke mit 38 oder 42 Kilohertz in einem alkalischen Reinigungsmittel.Als nächstes spülen Sie die Substrate mit 10 fünfminütigen Waschungen mit Beschallung in frischem destilliertem Wasser pro Wäsche ab und unterziehen Sie die Substrate mindestens 10 Minuten UV-Ozon. Um eine planare Ausrichtungsschicht hinzuzufügen, verwenden Sie eine Pipette, um einen Milliliter einer polyamidplanaren Ausrichtungslösung in 20-Mikroliter-Tröpfchen auf jedes gereinigte Glassubstrat zu verteilen. Verwenden Sie sofort einen Spincoater, um eine etwa 20 Nanometer dicke Ausrichtungsschicht auf die Substrate zu drehen.Am Ende der Drehung die beschichteten Glassubstrate bei 80 Grad Celsius 60 Minuten backen, um das Lösungsmittel zu entfernen, gefolgt von einer Aushärtung für mindestens 60 Minuten bei 180 Grad Celsius. Dann verwenden Sie eine Rayon Tuch reibmaschine, um die Substrate an den entsprechenden Parametern zu reiben. Fügen Sie 100 Mikroliter eines photoreaktiven Klebstoffs und 0,1 Milligramm Glaspartikel mit fünf Mikrometern Durchmesser auf ein neues Glassubstrat und verwenden Sie die Spitze einer Büroklammer, um die Materialien zu mischen.Übertragen Sie das Mischmaterial auf vier Ecken der Glassubstratzelle, um den Zellspalt einzustellen, und verwenden Sie eine Niederdruck-Quecksilberdampf-Kurzlichtbogenlampe oder eine UV-Leitung, um die Zelle mit einer Wellenlänge von 365 Nanometern zu beleuchten. Legen Sie die Zelle nach der Beleuchtung auf eine heiße Stufe und stellen Sie die Zieltemperatur der Stufe ein, um die Zelle auf eine Temperatur über dem isotrope flüssigen nematischen Phasenübergang zu erwärmen. Am Ende des Phasenübergangs das gesamte 0,2 bis 10-Mikroliter-Flüssigkristallmaterial auf eine offene Oberfläche der Zelle übertragen.Verwenden Sie eine Mikrospatula, um die Materialien in Richtung des Zelleingangs zu schieben, um Kontakt zwischen dem Flüssigkristallmaterial und dem Eingang der Zelle zu erhalten. Warten Sie dann, bis das Flüssigkristallmaterial die Zelle mit Kapillarkraft füllt. Zur Texturcharakterisierung der Flüssigkristallzellen legen Sie die Proben auf die heiße Stufe, um die Probentemperatur mit einer Genauigkeit von plus oder minus 0,1 Kelvin unter einem polarisierenden Lichtmikroskop zu steuern.Verwenden Sie eine digitale Farbkamera und einen UV-Epi-Illuminator, um die Texturen während des Kühlens und Erhitzens mit und ohne UV-Bestrahlung sequenziell aufzuzeichnen. Für die rheologische Messung der Proben führen Sie zunächst Geometrieträgheit und Nullspaltkalibrierungen innerhalb der Software gemäß den Anweisungen des Herstellers durch. Dann wiegen Sie 250 Milligramm der pulverförmigen CB6OABOBu Probe ab.Als nächstes laden Sie die Probe auf die Basisquarzplatte des Rheometers und stellen Sie die Temperatur der Probenkammer auf einen Wert oberhalb des isotrop-nematischen Phasenübergangspunkts ein. Legen Sie dann einen Spaltwert fest, um sich der Messplatte an die Quarzplatte zu nähern, um die Probe einzuschließen. Verwenden Sie Papierlabortücher, um überschüssige Proben außerhalb des Spalts zu schneiden, wenn die Messplatte an der Trimmposition stoppt.Zur Durchführung der Messung bestrahlen Sie die Probe mit 365 Nanometern und messen die photorheologische Schaltung von CB6OABOBu mit der Hochdruck-Quecksilberdampf-Kurzbogenlampe. In der nematischen Phase wird eine uniaxiale Ausrichtung der Moleküle realisiert. Bei der Senkung der Temperatur auf die Twist-Kurve in der Dunkelheit bildet sich ein gestreiftes Muster, in dem die Streifen parallel zur Reibrichtung der Flüssigkristallzelle verlaufen.Eine weitere Abnahme der Temperatur führt zu Kristallisation. Bestrahlung mit UV-Licht verändert die Konformation von einem Trans- in einen cis-Zustand, was zu Phasenvariationen und damit Texturvariationen führt, wobei das UV-Licht die gestreifte Textur in den uniaxial ausgerichteten Zustand der nematischen Phase transformiert, wenn von der Twist-Bend-Phase aus gestartet wird. Das Ausschalten des UV-Lichts ermöglicht es den Molekülen, sich zu entspannen und wieder in den Transzustand einzutreten, was zu einer Reformation der gestreiften Textur der Twist-Bend-Phase führt.Die Messung der effektiven Viskosität des CB6OABOBu unter verschiedenen Bedingungen zeigt die Temperaturabhängigkeit der effektiven Scherviskosität. Hierbei kann die Scherspannungsabhängigkeit der effektiven Scherviskosität bei unterschiedlichen Temperaturen im ersten und zweiten Durchlauf beobachtet werden. In diesem Diagramm wird die Variation zwischen der effektiven Scherviskosität angezeigt, die durch UV-Bestrahlung bei unterschiedlichen Temperaturen ausgelöst wird.Und diese Graphen veranschaulichen die Schaltkurven der effektiven Scherviskosität in einer Log-Skala bei zwei unterschiedlichen Temperaturen. Um zuverlässige Daten zu erhalten, ist es wichtig, das Rheometer direkt vor der Erfassung von Messungen zu kalibrieren. Eine Idee für zukünftige Studien zu lichtempfindlichen Dimern ist die Überprüfung eines Breitband-Dielektrikumsspektren, das Einen-Einblick in die molekulare Dynamik der verschiedenen Phasen und Beleuchtungsbedingungen geben könnte.

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

Untargeted Metabolomics aus biologischen Quellen Mit UltraPerformance Flüssigkeits-Chromatographie-hochauflösender Massenspektrometrie (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 ...

Forschung

Chemie

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

Isolierung und Vorbereitung von bakteriellen Zellwänden für die Kompositionsanalyse durch Ultra Performance Liquid Chromatographie

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 und Exfoliation von diskotischen Zirkoniumphosphaten Erhalten Kolloidales Liquid Crystals

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

Eine Methode, die Oberflächenspannung eines Liquid Metal manipulieren via Oberfläche Oxidation und 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

Mikrofluidik Pneumatische Käfige: Ein neuer Ansatz für In-Chip-Kristall-Trapping, Manipulation und Steuerung chemischer Behandlung

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 Einkristalldiffraktometrie bei 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

Eine einfache Methode zur Glucosinolate Extraktion und Analyse mit Hochdruck-Flüssigkeitschromatographie (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

Eine bequeme Methode für die Extraktion und Analyse mit Hochdruck-Flüssigkeitschromatographie Katecholamin Neurotransmitter und deren Metabolite

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

Totalreflexion Absorption Spectroscopy (TIRAS) zum Nachweis von solvatisierte Elektronen an einer Plasma-Liquid-Schnittstelle

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

Verwendung von Graphen Flüssigkeit Cell Transmissions-Elektronenmikroskopie in Situ Nanocrystal Ätzen zu studieren

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