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

Detta arbete stöddes av det bilaterala gemensamma forskningsprojektet HAS-JSPS. Finansiellt stöd från bidrag NKFIH PD 121019 och FK 125134 erkänns.

1. beredning av gnisslar ytor för att rikta LC molekyler planarly
<ol><li>Förbered rena glas substrat.<ol>
<li>Skära glas substrat med hjälp av en diamant-baserade glas Cutter (tabell över material) i små fyrkantiga bitar med medelvärden storlekar av 1 cm x 1 cm. tvätta dem med ultraljudsbehandling vid 38 khz eller 42 kHz i ett alkaliskt tvättmedel (tabell över material, utspädd i vatten vid en tvättmedel: vattenvolym förhållandet 1:3) och skölj med destillerat vatten up...

<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 framgår av figur 1är CB6OABOBu ett fotoresponsivt material med I, N, TB och Cry-fassekvenser vid kylning. Eftersom lokala beställning av dessa faser skiljer sig avsevärt, Foto-driven växling av reologiska egenskaper förväntas uppvisa bra viskoelastiska kontrast. För att kvantitativt undersöka detta, Foto-reologi mätningar utfördes.
Först betraktar vi de reologiska data som mäts i mörkret (figur 2a, r...

Smarta mekaniska material med förmåga att ändra sina viskoelastiska egenskaper som svar på miljö variationer har genererat ett enormt intresse bland forskarna. Switchability anses vara den viktigaste material faktorn, som ger robusthet av repetitiva mekaniska svar i levande organismer. Till datum, konstgjorda omkopplingsbara material med mångsidiga funktioner har utformats genom att använda mjuka materia (dvs, photoresponsive hydrogeler1,2,3, polymerer4,5, 6,7,8,9,10,11, flytande kristaller [LCS]9,10,11, 12,13,14,15,16,17, pH-mottaglig miceller18,19,20 ,21,22och tensider23). Men dessa material lider av mer än ett av följande problem: brist på reversibilitet, låg växling kontrastförhållande av viskoelasticiteten, låg adaptivitet, och långsam växling hastighet. I konventionella material finns en kompromiss mellan växling kontrastförhållandet av viskoelasticiteten och växling rusar; Därför är det utmanande att designa material som täcker alla dessa kriterier med hög prestanda. Att förverkliga material med ovan nämnda omnicapability, välja eller designa molekyler som bär framväxande naturens av både hög smidighet (trögflytande egendom) och styvhet (elastisk egendom) är viktigt.
Flytande kristaller är idealiska system med ett potentiellt stort antal flytande kristallina och fasta faser som kan stämmas av molekylär design. Detta möjliggör självmonterade strukturer vid olika längdskalor i synnerhet LC faser. Till exempel, medan hög symmetri nematic LCs (NLCs) uppvisar låg viskositet och elasticitet på grund av deras korta räckvidd rumslig ordning, låg symmetri kolumnar eller smectic LCs visar hög viskositet och elasticitet på grund av en-och två-dimensionell lång räckvidd periodiciteter. Det förväntas att om LC-material kan växlas mellan två faser med stora skillnader i deras viskoelastiska egenskaper, då ett viskoelastiskt Smart material med hög prestanda kan uppnås. Några exempel har rapporterats9,10,11,12,13,14,15.
Denna artikel visar utarbetandet av en photorheological LC material med en fas sekvens av isotrop (I)-nematic (N)-twist-Bend nematic (TB)24-Crystal (Cry) vid kylning (och vice versa vid uppvärmning), som uppvisar snabb och reversibel viskoelastiska växling som svar på ljus. Presenteras här är metoderna för att mäta viskoelasticiteten och en illustration av den mikroskopiska struktur-viskoelasticiteten relation. Detaljerna beskrivs i de representativa resultaten och diskussions avsnitten.

<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

Smarta viskoelastiska material som reagerar på specifika stimuli är en av de mest attraktiva klasserna av material som är viktiga för framtida teknologier, såsom on-demand-omkopplingsbar vidhäftnings teknik, ställdon, molekyl kopplingar och nano-/mikroskopisk massa Transportörer. Nyligen konstaterades det att genom en speciell solid-Liquid övergång, reologiska egenskaper kan uppvisa betydande förändringar, vilket ger lämpliga smarta viskoelastiska material. Men att designa material med en sådan egenskap är komplicerat, och framåt och bakåt kopplingstider är oftast långa. Därför är det viktigt att utforska nya arbetsmekanismer för att förverkliga flytande övergångar, förkorta växlingstiden och förstärka kontrasten av reologiska egenskaper vid växling. Här observeras en ljus-inducerad kristall-flytande fasövergång, som kännetecknas med hjälp av polariserande ljusmikroskop (POM), photorheometry, Foto-differential skanning calorimetri (Photo-DSC), och röntgendiffraktion (XRD). Den ljus-inducerad Crystal-Liquid fasövergång presenterar viktiga funktioner som (1) snabb växling av kristall-flytande faser för både framåt och bakåt reaktioner och (2) ett hög kontrastförhållande av viskoelasticiteten. I karaktäriseringen, POM är fördelaktigt att erbjuda information om den rumsliga fördelningen av LC molekyl riktlinjer, bestämma vilken typ av flytande kristallina faser som förekommer i materialet, och studera orientering LCs. Photorheometry möjliggör mätning av ett materials reologiska egenskaper underlätta stimuli och kan avslöja fotorheologiska växlings egenskaper hos material. Photo-DSC är en teknik för att undersöka termodynamisk information om material i mörker och under ljus bestrålning. Slutligen tillåter XRD studier av mikroskopiska material strukturer. Målet med denna artikel är att tydligt presentera Hur man förbereder och mäter de diskuterade egenskaperna hos ett photorheological material.

POM-bilder, fotorheometriska data, Foto-DSC-data och XRD-intensitetsprofiler samlades in i mörker under temperaturvariationer och samtidigt lysande UV-ljus. Figur 1a, b representerar strukturen hos CB6OABOBu, med dess fassekvens och möjliga konformationer optimerade av mm2 ForceField i modellerings programmet (t. ex. ChemBio3D).
När CB6OABOBu är i trans-State, två energi-trovärdiga överensstämmande stater visas, och den vridna konformation...

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

Detta protokoll visar utarbetandet av ett photorheological material som uppvisar en solid fas, olika flytande kristallina faser, och en isotrop flytande fas genom att öka temperaturen. Presenteras här är metoder för att mäta struktur-viskoelasticiteten förhållandet av materialet.

Hög kontrast och snabb Photorheological växling av en twist-Bend Nematic flytande kristall

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

Detta protokoll förklarar hur man karakteriserar de viskoelastiska sträckningsegenskaperna hos flytande kristaller, och det hjälper till att svara på viktiga frågor om hur man utvecklar nya fotoreologiska material. Den största fördelen med denna metod är att de reologiska egenskaperna och relevanta strukturella egenskaper kan mätas under lätta stimuli i realtid, vilket möjliggör inspelning av det fotoreologiska växlingsbeteendet. Innan du börjar med proceduren, använd en diamantbaserad glasskärare för att skära glassubstrat med genomsnittliga storlekar på en och en centimeter, och tvätta bitarna vid 38 eller 42 kilohertz i ett alkaliskt rengöringsmedel.Nästa skölj substraten med 10 fem minuters tvättar med ultraljudsbehandling i färskt destillerat vatten per tvätt, och utsätta substrat till UV-ozon i minst 10 minuter. För att lägga till ett planar-justeringslager använder du en pipetten för att dosera en milliliter av en polyamidplanar-inriktningslösning i 20-mikroliterdroppar på varje rengjort glassubstrat. Använd omedelbart en spinnrockare för att snurra coat ett cirka 20-nanometer tjockt uppriktningsskikt på substraten.I slutet av spinn, baka belagda glas substrat på 80 grader Celsius i 60 minuter för att ta bort lösningsmedlet, följt av härdning i minst 60 minuter vid 180 grader Celsius. Använd sedan en rayondukssgnitmaskin för att gnugga substraten vid lämpliga parametrar. Tillsätt 100 mikroliter av ett fotoreaktivt lim och 0,1 milligram fem mikrometerdiameter glaspartiklar diameter på ett nytt glas substrat, och använda spetsen på ett gem för att blanda materialen.Överför det blandade materialet till fyra hörn av glassubstratcellen för att justera cellgapet, och använd en kortbågslampa med lågt tryck kvicksilverånga eller en UV-ledd för att belysa cellen med en våglängd på 365 nanometer. Efter belysningen, placera cellen på en varm scen, och ange måltemperaturen på scenen för att värma cellen till en temperatur över isotropisk vätska nematic fasövergång. I slutet av fasövergången överför du hela 0,2 till 10-mikroliter flytande kristallmaterialet till en öppen yta av cellen.Använd en mikrospatula för att driva materialen mot cellens ingång för att få kontakt mellan det flytande kristallmaterialet och cellens ingång. Vänta sedan tills det flytande kristallmaterialet fyller i cellen med kapillärkraft. För texturer karakterisering av de flytande kristallcellerna, placera proverna på den heta scenen för att styra provtemperaturen med ett plus eller minus 0,1 kelvin noggrannhet under en polariserande ljus mikroskop.Använd en digital färgkamera och en UV-epi-illuminator för att sekventiellt registrera texturerna under kylning och uppvärmning med och utan UV-bestrålning. För reologisk mätning av proverna utför först geometritilt och nollgapskalibreringar inom programvaran enligt tillverkarens anvisningar. Väg sedan ut 250 milligram av det pulveriserade CB6OABOBu-provet.Nästa belastning provet på basen kvarts plattan av reometer, och ställa in temperaturen i provet kammaren till ett värde över isotropisk-nematic fas övergångspunkt. Ställ sedan in ett gapvärde för att närma sig mätplattan till baskvartsplattan för att smörgåsa provet. Använd papperslappservetter för att trimma eventuellt överskottsprov som ligger utanför mellanrummet när mätplattan stannar vid trimningsläget.För att utföra mätningen, bestråla provet vid 365 nanometer, mätning av fotoreologiska växling av CB6OABOBu med hjälp av högtrycks kvicksilverånga kortbågelampa. I den nematiska fasen realiseras en uniaxial inriktning av molekylerna. När man minskar temperaturen till vrid-böj i mörker, bildas ett randigt mönster, där ränderna löper parallellt med den flytande kristallcellens gnidningsriktning.Ytterligare minskande av temperaturen leder till kristallisering. Bestrålning med UV-ljus förändrar konformationen från ett trans till ett cis-tillstånd, vilket resulterar i fasvariation och därmed texturvariation, med det UV-ljus som omformar den randiga texturen till det nematiska fasens uniaxiala inställda tillstånd när man börjar från twist-bend-fasen. Stänga av UV-ljuset gör att molekylerna att slappna av och återansera transtillståndet, vilket resulterar i reformation av den randiga texturen av twist-bend-fasen.Mätning av den effektiva viskositeten hos CB6OABOBu under olika förhållanden avslöjar temperaturberoendet av den effektiva skjuvviskositeten. Här kan skjuvningsstressberoendet av den effektiva skjuvviskositeten vid olika temperaturer under första och andra körningarna observeras. I detta diagram visas variationen bland den effektiva skjuvviskositeten som utlöses av UV-bestrålning vid olika temperaturer.Och dessa grafer illustrerar växlingskurvorna av den effektiva skjuvviskositeten i en loggskala vid två olika temperaturer. För att få tillförlitliga data är det avgörande att kalibrera reometern direkt innan man förvärvar mätningar. En idé för framtida studier om ljuskänsliga dimrar är att kontrollera ett bredbandsdyleksiskt spektra som skulle kunna ge inblick i den molekylära dynamiken på de olika faserna och belysningsförhållandena.

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

Oriktade Metabolomics från biologiska källor Använda Ultraperformance vätskekromatografi-högupplösande masspektrometri (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 och beredning av bakteriella cellväggar för kompositionsanalys av ultraprestanda flytande kromatografi

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

Syntes och exfoliering av disko Zirkonium Fosfater Skaffa Colloidal 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 metod för att manipulera Ytspänning av en flytande metall genom ytoxidation och 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

Mikroflödes pneumatiska Burar: En ny metod för In-chip Crystal svällning, manipulation och kontrollerad kemisk 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

Högtrycks Single Crystal diffraktion på PX ^ 2

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

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

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

En enkel metod för glukosinolater Extraktion och analys med Högtrycks vätskekromatografi (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 behändig metod för extraktion och analys med vätskekromatografi högtrycks av katekolamin signalsubstanser och deras metaboliter

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 spektroskopi (TIRAS) för detektion av solvatiserade elektroner på en Plasma-flytande gränssnitt

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

Använda grafen vätska Cell transmissionselektronmikroskopi att studera in Situ fysikalisk etsning

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