Name: high-contrast and fast photorheological switching of a twist-bend nematic liquid crystal
Uploaded: 2019-10-31T14:45:00
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Questo lavoro è stato sostenuto dal progetto di ricerca bilaterale HAS-JSPS. Viene riconosciuto il sostegno finanziario delle sovvenzioni NKFIH PD 121019 e FK 125134.

1. Preparazione delle superfici strofinate per l'allineamento planare delle molecole LC
<ol><li>Preparare substrati di vetro puliti.<ol>
<li>Substrati di vetro tagliati utilizzando una taglierina di vetro a base di diamanti (Table of Materials) in piccoli pezzi quadrati con dimensioni medie di 1 cm x 1 cm. Lavarli per sonicazione a 38 kHz o 42 kHz in un detersivo alcalino ( Tabella deimateriali, diluito in acqua in un detergente:rapporto volume acqua di 1:3) e risciacquare con acqua di...

<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>

Come rivelato nella Figura 1, CB6OABOBu è un materiale foto-reattivo con sequenze di fase I, N, TB e Cry al momento del raffreddamento. Poiché l'ordinazione locale di queste fasi differisce in modo significativo, la commutazione foto-guidata delle proprietà reologiche dovrebbe mostrare un buon contrasto viscoso. Per indagare quantitativamente questo, sono state eseguite misurazioni foto-reologia.
In primo luogo, consideriamo i dati reologici misurati al buio<st...

I materiali meccanici intelligenti con la capacità di cambiare le loro proprietà viscoelastiche in risposta alla variazione ambientale hanno suscitato un enorme interesse tra i ricercatori. La commutabilità è considerata il fattore materiale più importante, che offre robustezza di risposta meccanica ripetitiva negli organismi viventi. Ad oggi, i materiali switchable artificiali con funzioni versatili sono stati progettati utilizzando la materia mollia (cioè idrogel fotoresriusciti1,2,3, polimeri4,5, 6,7,8,9,10,11, cristalli liquidi [LC]9,10,11, 12,13,14,15,16,17, pH-responsive micelle18,19,20 ,21,22e surfactants23). Tuttavia, questi materiali soffrono di più di uno dei seguenti problemi: mancanza di reversibilità, basso rapporto di contrasto di commutazione di viscoelasticità, bassa adattabilità e velocità di commutazione lenta. Nei materiali convenzionali esiste un compromesso tra il rapporto di contrasto di commutazione della viscoelasticità e la velocità di commutazione; pertanto, la progettazione di materiali che coprano tutti questi criteri con prestazioni elevate è difficile. Realizzare materiali con la suddetta onnicapacità, è essenziale selezionare o progettare molecole che portano nature emergenti di alta fluidità (proprietà viscosa) e rigidità (proprietà elastica).
I cristalli liquidi sono sistemi ideali con un numero potenzialmente elevato di fasi cristalline e solide che possono essere sintonizzate mediante progettazione molecolare. Ciò consente strutture autoassemblate a diverse scale di lunghezza in particolari fasi LC. Ad esempio, mentre i LC nematici ad alta simmetria (NLC) presentano una bassa viscosità ed elasticità a causa del loro ordine spaziale a corto raggio, colonnare a bassa simmetria o LC mestotici mostrano un'elevata viscosità ed elasticità a causa della lunga gamma unidimensionale e bidimensionale periodisi. Si prevede che se i materiali LC possono essere commutati tra due fasi con grandi differenze nelle loro proprietà viscoelastiche, allora un materiale intelligente viscoelastico con alte prestazioni può essere raggiunto. Alcuni esempi sono stati segnalati9,10,11,12,13,14,15.
Questo articolo dimostra la preparazione di un materiale LC fotorheologico con una sequenza di fase di isotropico (I)-nematic (N)-twist-bend nematic (TB)24-crystal (Cry) al momento del raffreddamento (e viceversa al momento del riscaldamento), che commutazione viscoelastica in risposta alla luce. Qui sono presentati i metodi per misurare la viscoelasticità e un'illustrazione della relazione microscopica struttura-viscoelasticità. I dettagli sono descritti nelle sezioni relative ai risultati rappresentativi e alla discussione.

<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

I materiali viscoelastici intelligenti che rispondono a stimoli specifici sono una delle classi più interessanti di materiali importanti per le tecnologie future, come le tecnologie di adesione commutabili on-demand, gli attuatori, le frizioni molecolari e la massa nano-microscopica Trasportatori. Recentemente si è scoperto che attraverso una speciale transizione solido-liquido, le proprietà reologiche possono presentare cambiamenti significativi, fornendo così adeguati materiali viscoelastici intelligenti. Tuttavia, la progettazione di materiali con tale proprietà è complessa e i tempi di commutazione avanti e indietro sono in genere lunghi. Pertanto, è importante esplorare nuovi meccanismi di lavoro per realizzare transizioni di liquidi solidi, ridurre il tempo di commutazione e migliorare il contrasto delle proprietà reologiche durante la commutazione. In questo caso, si osserva una transizione di fase cristallo-liquido indotta dalla luce, caratterizzata da microscopia a luce polarizzante (POM), fotorheometria, calorimetria di scansione fotodifferenziale (foto-DSC) e diffrazione a raggi X (XRD). La transizione di fase cristallo-liquido indotta dalla luce presenta caratteristiche chiave come (1) commutazione rapida delle fasi cristallo-liquido per reazioni in avanti e indietro e (2) un elevato rapporto di contrasto della viscoelasticità. Nella caratterizzazione, POM è vantaggioso nell'offrire informazioni sulla distribuzione spaziale degli orientamenti delle molecole LC, determinare il tipo di fasi cristalline liquide che appaiono nel materiale e studiando l'orientamento dei LC. permette di misurazione delle proprietà reologiche di un materiale sotto stimoli leggeri e può rivelare le proprietà di commutazione fotorheologica dei materiali. Il Photo-DSC è una tecnica per studiare le informazioni termodinamiche dei materiali al buio e sotto l'irradiazione leggera. Infine, XRD permette di studiare le strutture microscopiche dei materiali. L'obiettivo di questo articolo è quello di presentare chiaramente come preparare e misurare le proprietà discusse di un materiale fotorheologico.

Immagini POM, dati fotorheometrici, dati foto-DSC e profili di intensità XRD sono stati raccolti nel buio durante la variazione della temperatura e mentre brillano la luce UV. La figura 1a,b rappresenta la struttura di CB6OABOBu, con la sua sequenza di fase e le possibili conformazioni ottimizzate dal campo di forza MM2 nel programma di modellazione (ad esempio, ChemBio3D).
Quando CB6OABOBu è in stato trans, compaiono due stati conformazionali p...

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

Questo protocollo dimostra la preparazione di un materiale fotoreologico che presenta una fase solida, varie fasi cristalline liquide e una fase liquida isotropica aumentando la temperatura. Qui sono presentati metodi per misurare la relazione struttura-viscoelasticità del materiale.

Commutazione fotorheologica ad alto contrasto e veloce di un cristallo liquido nematico Twist-Bend

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

Questo protocollo spiega come caratterizzare le proprietà di stiramento viscoelastico dei cristalli liquidi e aiuta a rispondere a domande chiave su come sviluppare nuovi materiali fotoreologici. Il principale vantaggio di questo metodo è che le proprietà reologiche e le proprietà strutturali rilevanti possono essere misurate sotto stimoli leggeri in tempo reale, consentendo la registrazione del comportamento di commutazione fotoreologica. Prima di iniziare la procedura, utilizzare una taglierina di vetro a base di diamante per tagliare substrati di vetro con dimensioni medie di un centimetro per uno e lavare i pezzi a 38 o 42 kilohertz in un detergente alcalino.Successivamente sciacquare i substrati con lavaggi di cinque minuti con sonicazione in acqua distillata fresca per lavaggio e sottosoltare i substrati all'ozono UV per almeno 10 minuti. Per aggiungere uno strato di allineamento planare, utilizzare una pipetta per erogare un millilitro di una soluzione di allineamento planare in poliammide in goccioline da 20 microlitri su ogni substrato di vetro pulito. Utilizzare immediatamente uno spin coater per rivestire uno strato di allineamento spesso circa 20 nanometri sui substrati.Alla fine dello spin, cuocere i substrati di vetro rivestiti a 80 gradi Celsius per 60 minuti per rimuovere il solvente, seguito da polimerizzazione per almeno 60 minuti a 180 gradi Celsius. Quindi utilizzare una macchina per lo sfregamento del panno rayon per strofinare i substrati ai parametri appropriati. Aggiungere 100 microlitri di un adesivo fotoreattivo e 0,1 milligrammi di particelle di vetro di cinque micrometri di diametro su un nuovo substrato di vetro e utilizzare la punta di una graffetta per mescolare i materiali.Trasferire il materiale misto in quattro angoli della cella del substrato di vetro per regolare lo spazio cellulare e utilizzare una lampada ad arco corto a vapore di mercurio a bassa pressione o un UV portato ad illuminare la cella con una lunghezza d'onda di 365 nanometri. Dopo l'illuminazione, posizionare la cella su uno stadio caldo e impostare la temperatura target dello stadio per riscaldare la cella a una temperatura superiore alla transizione di fase nematica liquida isotropica. Al termine della transizione di fase, trasferire l'intero materiale di cristallo liquido da 0,2 a 10 microliter su una superficie aperta della cella.Utilizzare una microspacola per spingere i materiali verso l'ingresso della cella per ottenere il contatto tra il materiale cristallino liquido e l'ingresso della cella. Quindi attendere che il materiale cristallino liquido riempia la cella con la forza capillare. Per la caratterizzazione della trama delle celle a cristalli liquidi, posizionare i campioni sullo stadio caldo per controllare la temperatura del campione con una precisione di 0,1 kelvin più o meno sotto un microscopio a luce polarizzante.Utilizzare una fotocamera digitale a colori e un epi-illuminatore UV per registrare in sequenza le trame durante il raffreddamento e il riscaldamento con e senza irradiazione UV. Per la misurazione reologica dei campioni, eseguire prima l'inerzia della geometria e le calibrazioni a gap zero all'interno del software secondo le istruzioni del produttore. Quindi pesare 250 milligrammi del campione CB6OABOBu in polvere.Successivamente caricare il campione sulla piastra di quarzo di base del reometro e impostare la temperatura della camera campione su un valore superiore al punto di transizione di fase isotropico-nematica. Quindi impostare un valore gap per l'avvicinamento della piastra di misura alla piastra di quarzo di base per sandwichare il campione. Utilizzare salviette da laboratorio di carta per tagliare qualsiasi campione in eccesso che si trova al di fuori dello spazio quando la piastra di misura si ferma nella posizione di rifilatura.Per eseguire la misurazione, irradiare il campione a 365 nanometri, misurando la commutazione fotoreologica di CB6OABOBu utilizzando la lampada ad arco corto a vapore di mercurio ad alta pressione. Nella fase nematica, viene realizzato un allineamento uniassiale delle molecole. Quando si diminuisce la temperatura alla curva di torsione nell'oscurità, si forma un motivo a strisce, in cui le strisce corrono parallele alla direzione di sfregamento della cella di cristallo liquido.Un'ulteriore diminuzione della temperatura porta alla cristallizzazione. L'irradiazione con luce UV altera la conformazione da uno stato trans a uno cis, con conseguente variazione di fase e quindi variazione della trama, con la luce UV che trasforma la texture a strisce allo stato uniassiale allineato della fase nematica quando si parte dalla fase di torsione-piegatura. Lo spegnimento della luce UV consente alle molecole di rilassarsi e rientrare nello stato trans, con conseguente riforma della trama a strisce della fase di torsione-piegatura.La misurazione dell'effettiva viscosità del CB6OABOBu in varie condizioni rivela la dipendenza dalla temperatura dell'effettiva viscosità di taglio. Qui si può osservare la dipendenza da sollecitazione di taglio dell'effettiva viscosità di taglio a diverse temperature durante la prima e la seconda serie. In questo grafico, viene mostrata la variazione tra l'effettiva viscosità di taglio innescata dall'irradiazione UV a diverse temperature.E questi grafici illustrano le curve di commutazione dell'effettiva viscosità di taglio in una scala di tronchi a due temperature diverse. Per ottenere dati affidabili, è fondamentale calibrare il reometro subito prima di acquisire le misurazioni. Un'idea per studi futuri sui dimeri fotosensibili è quella di controllare uno spettro dielettrico a banda larga che potrebbe dare un'idea della dinamica molecolare sulle diverse fasi e condizioni di illuminazione.

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

Metabolomica non mirati da fonti biologiche Uso UltraPerformance cromatografia liquida-spettrometria di massa ad alta risoluzione (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 ...

Ricerca

Chimica

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

Isolamento e preparazione delle pareti cellulari batteriche per l'analisi compositia mediante cromatografia liquida ad alte prestazioni

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

Sintesi ed esfoliazione della discotici zirconio Fosfati di ottenere cristalli liquidi colloidale

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

Un metodo per manipolare Tensione superficiale di un metallo liquido tramite ossidazione superficiale e riduzione

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

Microfluidica Gabbie pneumatici: un nuovo approccio per In-chip di cristallo Trapping, manipolazione e trattamento chimico Controlled

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

Alta pressione singolo cristallo di diffrazione a 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

Un metodo semplice per glucosinolati estrazione e l&#39;analisi con alta pressione cromatografia liquida (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

Un metodo pratico per estrazione ed analisi con cromatografia liquida dei neurotrasmettitori della catecolamina e loro metaboliti

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

Spettroscopia di assorbimento di riflessione interna totale (TIRAS) per la rilevazione degli elettroni solvatati presso un'interfaccia Plasma-liquido

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

Usando la microscopia elettronica di trasmissione di Graphene liquido cellulare per studiare in Situ nanocristallo acquaforte

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