由界面润湿膜热力学生长引发的液晶取向转变

本实验的总体目标是通过温度变化诱导液晶发生取向转变，并对这一转变进行表征。该方法有助于回答液晶领域中的关键科学问题，例如热力学表面锚定行为。

该方案的优势在于，取向转变能够以这种连续的方式被清晰地观察到，并且所涉及的物理特性可以得到系统的探测。开始此操作时，通过将所需量的全氟聚合物以1:2的比例溶解于商用溶剂中，制备1毫升的全氟聚合物溶液，以确保旋涂后形成厚度为0.5至1微米的均匀薄膜。

接下来，将玻璃基底在碱性洗涤剂中以42千赫兹进行超声波清洗。然后，用蒸馏水反复冲洗每个基底。冲洗并干燥基底后，将其置于紫外臭氧清洗机中处理10分钟。

随后，将 20 微升的氟化聚合物溶液滴加到每块清洁的玻璃基底上。立即在 3,500 转/分钟和室温条件下旋涂 70 秒。然后，在 80 摄氏度下烘烤 60 分钟以去除溶剂，并在 200 摄氏度下继续烘烤 60 分钟进行固化。

将预先混合有微米级玻璃颗粒的光固化树脂涂覆于一片已镀膜的玻璃基板上。然后，将另一片镀膜玻璃基板覆盖在第一片基板之上，并使用波长为365纳米的LED灯将两片基板粘合在一起。接着，在高于向列相-各向同性相转变温度的条件下，利用毛细作用力通过刮刀向每个制备好的液晶盒中引入0.2至10微升的CCN47。

现在，使用偏光光学显微镜结合热台观察液晶细胞，物镜倍数为4至100倍，热台可将样品温度控制在±0.1开尔文精度范围内。使用数字彩色相机，在291至343开尔文的温度范围内，分别在升温和降温过程中，以每开尔文均匀间隔记录五帧以上的纹理图像。对于介电谱测量，通过将导线焊接到每个基板上，制备带有氧化铟锡（ITO）电极的液晶池。

为了测量液晶（LC）细胞的电容，将细胞连接至商用阻抗增益相位分析仪的端子上。然后，使用该分析仪每五分钟测量一次液晶细胞电容随时间的变化。对于高分辨率差示扫描量热（HR-DSC）分析，将液晶细胞放入自制的HR-DSC装置中进行检测。

以每分钟 0.05 至 0.10 开尔文的扫描速率进行测量，以提高最低温度分辨能力。此处展示了在冷却和加热过程中，从平面取向态向垂直取向态转变时，通过偏光光学显微镜和介电谱测量所观察到的织构演变。冷却时，平面取向出现在各向同性-向列相转变温度略低的位置。

出现两刷状和四刷状Schlieren织构。通过退火或进一步冷却，视野完全变暗，表明取向转变已完成。此处显示的是高分辨率DSC（HR-DSC）数据，表示样品随温度和时间变化的热流情况。

利用热流随时间变化的数据，在取向转变后分析了Avrami指数。在不同温度下，采用液滴几何结构和C2液晶池几何结构进行掠入射X射线衍射，显示出准近晶A润湿层的短程有序性。

在表面附近形成层状结构。即使在平面取向态的温度范围内，准近晶型a-润湿层仍持续存在，表明表面取向条件受到阻碍。该滞后范围与偏光显微镜和介电谱学所确认的滞后范围一致，提示取向相变是由准近晶型a-润湿层的生长所引发的。

因此，一旦掌握该技术，只要样品制备步骤操作得当，取向转变的观察可在四小时内完成。在完成本实验步骤后，还可进一步采用其他方法，如荧光共聚焦显微镜和非线性光学分析，以回答更多问题，例如液晶指向矢取向的空间分布情况。该技术发展之后，为液晶表面科学领域的研究人员探索表面附近微观结构与体相微观结构及性质之间的关联铺平了道路。

观看本视频后，您应能充分理解如何制备样品以观察取向转变，以及如何表征重要的物理性质。