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

Dette arbeidet ble støttet av det JSP bilaterale felles forskningsprosjektet. Finansiell støtte fra tilskudd NKFIH PD 121019 og FK 125134 er anerkjent.

1. utarbeidelse av gnidd overflater for å samkjøre LC molekyler planarly
<ol><li>Forbered rene glass underlag.<ol>
<li>Skjær glass underlag ved hjelp av en diamant-basert glass kutter (tabell av materialer) i små firkantede biter med gjennomsnitt størrelser på 1 cm x 1 cm. vask dem ved sonikering ved 38 kHz eller 42 kHz i et alkalisk vaskemiddel (tabell med materialer, fortynnet i vann ved vaskemiddel: vannvolum ratio på 1:3) og skyll med destillert vann gjentatte ganger (vanlig...

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

Som avslørt i figur 1, er CB6OABOBu et foto-responsiv materiale med jeg, N, TB, og Cry fase sekvenser ved kjøling. Siden lokal bestilling av disse fasene avviker betydelig, er Foto-drevet veksling av reologiske egenskaper ventes å vise god viskoelastiske kontrast. For å kvantitativt undersøke dette, ble Foto-Reologi målinger utført.
Først vurderer vi reologiske data målt i mørket (figur 2a, røde åpne sirkl...

Smart mekanisk materiale med evne til å endre sine viskoelastiske egenskaper som svar på miljø variasjon har generert enorm interesse blant forskerne. Switchability anses å være den viktigste Material faktoren, som gir robusthet av repeterende mekanisk respons i levende organismer. Hittil har kunstige valgbar materialer med allsidige funksjoner er designet ved å utnytte myk materie (dvs. photoresponsive hydrogeler1,2,3, polymerer4,5, 6,7,8,9,10,11, flytende krystaller [LCs]9,10,11, 12,13,14,15,16,17, pH-responsive miceller18,19,20 ,21,22og overflateaktive stoffer23). Men disse materialene lider av mer enn ett av følgende problemer: mangel på Reversibilitet, lav bytte kontrast ratio av viscoelasticity, lav tilpasningsevne, og langsom veksling hastighet. I konvensjonelle materialer, en hestekreftene mellom skifter kontrastforholdet mellom viscoelasticity og bytte hastighet; Dermed er det utfordrende å designe materialer som dekker alle disse kriteriene med høy ytelse. Å realisere materialer med de nevnte omnicapability, velge eller designe molekyler som bærer emergent natur både høy flyt (viskøs eiendom) og stivhet (elastisk eiendom) er viktig.
Flytende krystaller er ideelle systemer med et potensielt stort antall flytende krystallinsk og solide faser som kan stilles med molekylær design. Dette gjør at selv monterte strukturer med ulik lengde skalaer i spesielle LC-faser. For eksempel, mens høy-symmetri nematic LCs (NLCs) viser lav viskositet og elastisitet på grunn av deres kort rekkevidde romlig rekkefølge, lav-symmetri søyle eller smektisk LCs vise høy viskositet og elastisitet på grunn av en-og to-dimensjonale langtrekkende periodicities. Det er forventet at hvis LC materialer kan byttes mellom to faser med store forskjeller i deres viskoelastiske egenskaper, deretter en viskoelastiske smart materiale med høy ytelse kan oppnås. Noen få eksempler har blitt rapportert9,10,11,12,13,14,15.
Denne artikkelen demonstrerer utarbeidelse av en photorheological LC materiale med en fase sekvens av isotropic (I)-nematic (N)-Twist-bøye nematic (TB)24-Crystal (Cry) ved kjøling (og vice versa ved oppvarming), som viser rask og reversibel viskoelastiske skifter som respons på lys. Presentert her er metodene for å måle viscoelasticity og en illustrasjon av mikroskopisk struktur-viscoelasticity forholdet. Detaljer er beskrevet i representative resultater og diskusjons seksjoner.

<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

Smart viskoelastiske materialer som reagerer på spesifikke stimuli er en av de mest attraktive klasser av materialer som er viktige for fremtidige teknologier, for eksempel on-demand valgbar vedheft teknologier, aktuatorer, molekylære klør, og nano-/microscopic masse Transportører. Nylig ble det funnet at gjennom en spesiell solid-flytende overgang, reologiske egenskaper kan vise vesentlige endringer, og dermed gi egnede smarte viskoelastiske materialer. Men å designe materialer med en slik eiendom er kompleks, og fremover og bakover veksling ganger er vanligvis lang. Derfor er det viktig å utforske nye arbeids mekanismer for å realisere fast-flytende overganger, forkorte bytte tiden, og forbedre kontrasten av reologiske egenskaper ved bytte. Her er en lett indusert krystall-flytende faseovergang observert, som er karakterisert ved hjelp av polarisert lys mikroskopi (POM), photorheometry, foto-differensial skanning reaksjonskalorimetri (Foto-DSC), og X-ray Diffraksjon (XRD). Den lys-indusert krystall-flytende fase overgangen presenterer viktige funksjoner som (1) rask veksling av krystall-flytende faser for både forover og bakover reaksjoner og (2) et høyt kontrastforhold på viscoelasticity. I karakterisering, er POM fordelaktig i å tilby informasjon om den romlige fordelingen av LC molekyl orientering, bestemme type flytende krystallinsk faser vises i materialet, og studere orienteringen av LCs. Photorheometry tillater måling av et materialets reologiske egenskaper underlette stimuli og kan avdekke de photorheological koblingsegenskapene til materialene. Photo-DSC er en teknikk for å undersøke termodynamisk informasjon om materialer i mørket og under lys bestråling. Endelig, XRD tillater studier av mikroskopiske strukturer av materialer. Målet med denne artikkelen er å tydelig presentere hvordan man skal forberede og måle diskutert egenskapene til et photorheological materiale.

POM-bilder, photorheometric data, foto-DSC-data, og XRD intensitet profiler ble samlet i mørket under temperaturvariasjon og mens skinnende UV lys. Figur 1a, b representerer strukturen i CB6OABOBu, med sin fase sekvens og mulige konformasjonen optimalisert av mm2 Forcefield i modellering programmet (f. eks, ChemBio3D).
Når CB6OABOBu er i trans-stat, to energi-troverdige conformational statene vises, og vridd konformasjon er den mest stabile som ...

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

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

Denne protokollen demonstrerer utarbeidelse av et photorheological materiale som viser en solid fase, ulike flytende krystallinsk faser, og en isotropic væskefase ved å øke temperaturen. Presentert her er metoder for å måle strukturen-viscoelasticity forhold av materialet.

Høy kontrast og rask Photorheological veksling av en 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 ...

Denne protokollen forklarer hvordan man karakteriserer viskoelastiske strekkegenskaper av flytende krystaller, og det bidrar til å svare på viktige spørsmål om hvordan man utvikler nye fotorhelogiske materialer. Den største fordelen med denne metoden er at de revologiske egenskapene og relevante strukturelle egenskaper kan måles under lyse stimuli i sanntid, slik at opptak av fotorheologisk koblingsatferd. Før du begynner prosedyren, bruk en diamantbasert glasskutter til å kutte glassstykker med gjennomsnittlige størrelser på en etter en centimeter, og vask bitene på 38 eller 42 kilohertz i et alkalisk vaskemiddel.Skyll deretter substrater med 10 fem minutters vasker med sonikering i friskt destillert vann per vask, og utbryt substratene for UV-ozon i minst 10 minutter. Hvis du vil legge til et planær justeringslag, bruker du en pipette til å dispensere en milliliter av en polyamid planar justeringsløsning i 20 mikroliterdråper på hvert rengjort glasssubstrat. Bruk umiddelbart et spin coater til å spinne et ca. 20 nanometer tykt justeringslag på underlagene.På slutten av spinnet, bake belagt glass underlag på 80 grader Celsius i 60 minutter for å fjerne løsemiddelet, etterfulgt av herding i minst 60 minutter ved 180 grader Celsius. Bruk deretter en rayon klut gnimaskin for å gni substrater på de riktige parametrene. Tilsett 100 mikroliter av et fotoreaktivt lim og 0,1 mg glasspartikler med fem mikrometer på et nytt glasssubstrat, og bruk spissen av et binders til å blande materialene.Overfør det blandede materialet til fire hjørner av glasssubstratcellen for å justere cellegapet, og bruk en lavtrykks kvikksølvdamp kort buelampe eller en UV-led for å belyse cellen med en 365 nanometer bølgelengde. Etter belysningen, plasser cellen på et varmt stadium, og sett måltemperaturen på scenen for å varme cellen til en temperatur over den isotropiske flytende nematiske faseovergangen. På slutten av faseovergangen overfører du hele 0,2 til 10 mikroliters flytende krystallmateriale på en åpen overflate av cellen.Bruk en mikrospatula til å skyve materialene mot celleinngangen for å få kontakt mellom det flytende krystallmaterialet og inngangen til cellen. Vent deretter på at det flytende krystallmaterialet fyller ut cellen med kapillærkraft. For teksturkarakterisering av de flytende krystallcellene, legg prøvene på det varme stadiet for å kontrollere prøvetemperaturen med en pluss eller minus 0,1 kelvin nøyaktighet under et polariserende lysmikroskop.Bruk et digitalt fargekamera og en UV-epi-illuminator til å sekvensielt registrere teksturer under kjøling og oppvarming med og uten UV-bestråling. For revologisk måling av prøvene, utfør først geometritregreghet og null gapkalibreringer i programvaren i henhold til produsentens instruksjoner. Deretter veie ut 250 milligram av pulverisert CB6OABOBu prøven.Deretter laster prøven på reometerets basiskvartsplate, og setter temperaturen på prøvekammeret til en verdi over det isotropiske-nematiske faseovergangspunktet. Sett deretter en gapverdi for å nærme måleplaten til basiskvartsplaten for å smøre prøven. Bruk papirlabservietter til å trimme overflødig prøve som er utenfor gapet når måleplaten stopper i beskjæringsposisjonen.For å utføre målingen bestråler du prøven ved 365 nanometer, måler fotorheologisk veksling av CB6OABOBu ved hjelp av høytrykks kvikksølvdamp kort bue lampe. I den nematiske fasen realiseres en enaksial justering av molekylene. Når du reduserer temperaturen til vri-bøyningen i mørket, dannes et stripete mønster, der stripene går parallelt med gnideretningen til den flytende krystallcellen.Ytterligere reduksjon av temperaturen fører til krystallisering. Bestråling med UV-lys endrer konformasjonen fra en trans til en cis-tilstand, noe som resulterer i fasevariasjon og dermed teksturvariasjon, med UV-lyset som forvandler den stripete teksturen til den enaksiale justerte tilstanden til den nematiske fasen når den starter fra vribøyfasen. Hvis du slår av UV-lyset, kan molekylene slappe av og gå inn i transtilstanden igjen, noe som resulterer i reformasjon av den stripete teksturen i vribøyfasen.Måling av den effektive viskositeten til CB6OABOBu under ulike forhold avslører temperaturavhengigheten av den effektive skjærviskositeten. Her kan skjærstressavhengigheten av den effektive skjærviskositeten ved forskjellige temperaturer i løpet av første og andre løp observeres. I denne grafen er variasjonen blant den effektive skjærviskositeten utløst av UV-bestråling ved forskjellige temperaturer vist.Og disse grafene illustrerer vekslingskurvene til den effektive skjærviskositeten i en logskala ved to forskjellige temperaturer. For å få pålitelige data er det avgjørende å kalibrere reometeret rett før du anskaffer målinger. En idé for fremtidige studier på lysfølsomme dimers er å sjekke et bredbånd dielektrisk spektra som kan gi innsikt i molekylær dynamikk på de ulike fasene og belysningsforholdene.

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

Vilkårlige Metabolomics fra biologiske kilder Bruke UltraPerformance væskekromatografi-High Resolution massespektrometri (UPLC-HRMS)

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

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

Isolering og fremstilling av bakterielle cellevegger for komposisjonsanalyse ved ultraytelses væskekromatografi

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

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

Syntese og Peeling av Discotic Zirkonium Fosfater henter Kolloidalt 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

En metode for å manipulere overflatespenningen i en Liquid Metal via Surface Oksidasjon og reduksjon

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

Microfluidic Pneumatiske Cages: A Novel Approach for In-chip Crystal Trapping, Manipulasjon og kontrollert kjemisk behandling

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

High Pressure Single Crystal Diffraction at PX^2

Høytrykksenkelt Crystal Diffraksjon på PX ^ 2

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

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

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

En grei metode for glucosinolate Utvinning og analyse med høyt trykk væskekromatografi (HPLC)

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

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

En praktisk metode for utvinning og analyse med høyt trykk væske kromatografi katekolaminer nevrotransmittere og deres metabolitter

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

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

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

Total intern refleksjon absorpsjon spektroskopi (TIRAS) for påvisning av Solvated tenner elektroner på en Plasma-flytende-grensesnitt

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

Bruk av Graphene væske celle overføring elektronmikroskop in Situ Nanocrystal etsning

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