Name: Nuevas técnicas para la observación de la dinámica estructural de los cristales líquidos Photoresponsive (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2018-05-29T14:00:00.000+00:00
Duration: 10 min 35 s
Description: Aprende a observar la dinámica estructural de cristales líquidos fotoactivos mediante espectroscopía infrarroja y difracción de electrones. Estas técnicas revelan deformaciones moleculares ultrarrápidas.

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Agradecemos al Dr. S. Tanaka en el Tokyo Institute of Technology para mediciones de Espectroscopía Vibracional IR tiempo resuelto y Prof. M. Hara y Dr. K. Matsuo en Universidad de Nagoya para mediciones de DRX. También agradecemos a Prof. S. Yamaguchi en la Universidad de Nagoya, Prof. R. Herges en la Universidad de Kiel y Prof. R. J. D. Miller en el Instituto Max Planck para la estructura y dinámica de la materia para discusión valiosa.
Este trabajo es apoyado por la tecnología japonesa de ciencia (TJS), PRESTO, para la financiación de los proyectos "tecnología Molecular y creación de nuevas funciones" (número de concesión de JPMJPR13KD, JPMJPR12K5 y JPMJPR16P6) y "Conversión química de energía de la luz". Este trabajo es también parcialmente apoyado por JSP Grant números JP15H02103, JP17K17893, JP15H05482, JP17H05258, JP26107004 y JP17H06375.

Espectroscopía Vibracional infrarrojo 1.Time resuelto
<ol><li>
Preparación de la muestra
	<ol>
<li>Solución: Disolver las moléculas cyclooctatetraene extendido de π (π-COT) en diclorometano con adecuada concentración (1 mmol/L).</li>
		<li>Fase de LC: derretir el polvo de π-cuna sobre un sustrato de fluoruro de calcio (CaF2) utilizando la placa caliente a la temperatura de 100 ° C. Enfriar la muestra a temperatura ambiente. Nota: Tenemos que elegir un material transparente en la gama del mediados de-IR (CaF2 o bario fluoruro (BaF2)).</li>
	</ol>
</li>
	<li>
Montaje de aparatos
	<ol>
<li>Encienda el láser de titanio zafiro (TI: zafiro) y el amplificador del equipo de pulso. Térmicamente estabilizarlos durante varias horas.</li>
		<li>Asegúrese de que las alineaciones son correctas. Compruebe la potencia y estabilidad de la bomba (UV) ULTRAVIOLETA y la sonda de la mediados de-IR y volver a alinear el camino óptico si es necesario. La configuración óptica de la espectroscopia infrarroja de tiempo resuelto se proporciona en la figura 5.</li>
		<li>Enfriar la matriz de detector infrarrojos HgCdTe con nitrógeno líquido. Asegúrese de que el espectrómetro esté correctamente ubicado por lo que la cantidad razonable de luz se detecta en el rango de interés. Calibrar el espectrómetro mediante espectros de absorción de los materiales bien conocidos tales como tereftalato de polietileno o poliestireno.</li>
		<li>Montar una muestra que demuestra gran foto-inducida respuesta transitoria (oblea de Si (1 mm) o Re(bpy)(CO)3solución de Cl/CH3CN) en el portamuestras. Localice el retraso de la bomba-sonda a un valor positivo y optimizar la cantidad de la señal transitoria agitando la viga de la bomba para asegurarse de la superposición de la punta de prueba de bomba.</li>
		<li>Encontrar la configuración de origen de tiempo tomando exploración de largo alcance en el retraso de la bomba-probe con el programa de fabricación casera (figura 6). Compruebe la posición donde la señal transitoria comienzan a surgir.</li>
		<li>Comprobar la dinámica de la vibración simétrica y el simétrica de CO que se extiende en Re(bpy)(CO)3Cl cuyos momentos de dipolo son ortogonales. Tenga en cuenta que ambas deben mostrar exactamente la misma dinámica cuando la condición de ángulo mágico se cumple correctamente.</li>
	</ol>
</li>
	<li>
Medición y adquisición de datos
	<ol>
<li>Solución: Montaje de la célula de flujo de fabricación casera. Configurar el dispositivo burbujeante con gas inerte (nitrógeno (N2) o el argón (Ar)) si es necesario. Fase de LC: montar la muestra cubrió la vuelta π-cuna con el sustrato en el escenario motorizado para mover continuamente los puntos de láser en la muestra para minimizar el daño inducido por el láser.</li>
		<li>Revisa la posición de hora cero con la muestra.</li>
		<li>Establecer el rango de exploración de la demora de bomba sonda correctamente (Inicio, final y paso).</li>
		<li>Elija un directorio para guardar datos.</li>
		<li>Iniciar la recolección de datos con el programa de fabricación casera. Nota: Los datos son registrados automáticamente en el directorio.</li>
	</ol>
</li>
</ol>2. difracción de electrones tiempo-Resolved
<ol><li>
Fabricación de sustrato de la muestra
	<ol>
<li>Comprar una oblea de silicio (001) (200 μm de espesor), ambos de los cuales son previamente cubiertos con nitruro de silicio de 30 nm de espesor rica en silicio (Si3N4, o simplemente pecado) película (figura 11A). Corte de la oblea de Si/pecado/pecado en Plaza (15 × 15 mm2).</li>
		<li>Irradiar con Ar cluster ion vigas41 en la fluencia de 2,5 × 1016 iones/cm2 en uno de los lados de la oblea de Si/pecado/pecado aunque una máscara de metal (figura 12), que es suficiente para eliminar la película de pecado de 30 nm de espesor (figura 11 B, C). Nota: Un método alternativo para quitar película pecado es aguafuerte del plasma o iones vigas grabado.</li>
		<li>Preparar solución acuosa de hidróxido de potasio (KOH) a una concentración de 28%.</li>
		<li>Poner la oblea en solución de KOH a una temperatura de 60-70 ° C durante 1-2 días (figura 11D), que realizan más de la aguafuerte de la oblea de Si vía química isotrópica grabado42. Nota: La tasa de grabado para Si por solución de KOH es mucho más rápida que por el pecado, por lo que la película fina de pecado permanece como membranas autoportantes (figura 11E).</li>
		<li>Limpie la oblea con membranas de pecado en agua desionizada y séquelo con gas nitrógeno.</li>
	</ol>
</li>
	<li>
Preparación de la muestra
	<ol>
<li>Disolver las moléculas de π-cuna en cloroformo en una concentración de 10 mg/mL.</li>
		<li>Programa el recubridor spin: aceleran a 2000 rpm en 5 s, mantener la rotación de 30 s y parada de la rotación. Capa de vuelta la solución π-cuna sobre el sustrato de la membrana del pecado tal como se muestra en la figura 11F. Nota: Un tamaño apropiado de la oblea para spin-coating debe ser más de 10 × 10 mm2, ya que la tensión superficial a veces interfiere con spin-capa de materiales en obleas pequeñas, por ejemplo, una cuadrícula de la membrana de pecado para microscopía electrónica de transmisión.</li>
		<li>Coloca la muestra en el sustrato de la membrana de pecado en la placa caliente a una temperatura de 100 ° C, fundirlo y enfriar gradualmente a temperatura ambiente (figura 11G).</li>
	</ol>
</li>
	<li>
Mediciones de
	<ol>
<li>Montar la muestra en el portamuestras con un tornillo y el portamuestras en la cámara de vacío (cámara de la muestra).</li>
		<li>Sellar la cámara de vacío con tapa y ponga en funcionamiento una bomba rotatoria para evacuar la cámara hasta un nivel de vacío de menos de 1000 PA. Luego, encender las bombas turbo moleculares hasta el compartimiento del arma de electrón en el nivel de vacío de ~ 10-6 Pa (típicamente por más de 12 h).</li>
		<li>Encienda el láser de TI: zafiro y el amplificador de pulsos chirp y térmicamente estabilizarlos por más de 1 h. La configuración experimental de la difracción del electrón de tiempo resuelto se proporciona en la figura 9. Establecer la tasa de repetición a 500 Hz.</li>
		<li>Encienda el thriller de la cámara del dispositivo de carga acoplada (CCD) y enfriar a 10 º C.</li>
		<li>Encienda la alimentación eléctrica y ajustar la tensión a 75 kV. Nota: La corriente de fuga de la fuente de alimentación no debe fluctuar fuera del rango de 0.1 μA.</li>
		<li>Compromiso especial. Abrir el código de laboratorio programa automático (figura 10A) y fijar el tiempo de exposición (50 ms). Encontrar la posición del haz de electrones con un agujero de alfiler en el sostenedor de la muestra utilizando el programa poniendo Inicio tipo a Z_overlap por la superposición de eje z y Y_overlap y presionar botón de Inicio .</li>
		<li>El haz de electrones en la posición del agujero de alfiler y alinee el laser de la bomba con la luz reflejada de la bomba por el agujero de alfiler.</li>
		<li>Medir la posición tiempo cero con un material inorgánico (Bi2Te3) en el soporte de la muestra utilizando un programa automático de código de laboratorio (figura 10B) ajuste de Inicio tipo a tiempo resuelto y presionar Botón de inicio. Para este proceso, ajustar la fluencia de la bomba a 2 mJ/cm2.</li>
		<li>Inserte la taza de Faraday al paso de los electrones y la fluencia de los electrones con un picoammeter laboratorio construido y ajústela girando el filtro ND ajustable en la línea. Ajuste thefluence del pulso de la bomba girando el waveplate en la línea bomba.</li>
		<li>Mueva a la posición de la muestra y el tiempo de exposición de la cámara CCD. Obtener la imagen de difracción de electrones utilizando el código de laboratorio programa automático (figura 10B) Inicio tipo a y pulsar el botón de Inicio .</li>
		<li>Encienda el elemento Peltier de la cámara CCD y enfriarlo hasta la temperatura de-20 ° C.</li>
		<li>Ajustar el paso del tiempo y el número de pasos para las mediciones de tiempo resuelto. Obtener las imágenes de difracción de electrones tiempo resuelto usando el programa automático de código de laboratorio (figura 10B) Inicio tipo a tiempo resuelto y presionar botón de Inicio .</li>
		<li>Obtener la imagen de fondo de tiempo resuelto con la fuente de alimentación de aceleración de electrones apagar usando el programa automático de código de laboratorio (figura 10B) mediante el establecimiento de Inicio tipo a tiempo resuelto y presionando el botón de Inicio .</li>
	</ol>
</li>
</ol>

Los autores no tienen nada que revelar.

El paso crucial del proceso durante las mediciones de la difracción de electrones de tiempo resuelto es mantener la tensión alta (75 keV) sin fluctuación actual desde la distancia entre el fotocátodo y el ánodo la placa es sólo ~ 10 mm. Si la corriente fluctúa por encima del rango de 0.1 μA antes o durante los experimentos, aumentar el voltaje de aceleración hasta 90 keV descarga y otra vez a 75 keV. Este proceso de acondicionamiento debe hacerse hasta que la corriente fluctúa en el rango de 0.1 μA. El diseño apropiado d...

Cristales líquidos (LCs) con una variedad de funciones y son ampliamente utilizados en aplicaciones científicas y tecnológicas1,2,3,4,5,6. El comportamiento de LCs puede atribuirse a su orientador ordenar así como a la gran movilidad de sus moléculas. Una estructura molecular de los materiales de LC se caracteriza típicamente por un suple y cadenas de carbono largas flexibles que garantizan la alta movilidad de las moléculas de LC. Bajo estímulos externos7,8,9,10,11,12,13,14,15 , tales como luz, campos eléctricos, cambios de temperatura o presión mecánica, pequeño intra e intermolecular de las propuestas la LC las moléculas causa estructural drástico reordenamiento en el sistema, llevando a su comportamiento funcional. Para entender las funciones de los materiales de LC, es importante determinar la estructura a escala molecular en la fase del LC e identificar los movimientos claves de las conformaciones moleculares y deformaciones de embalaje.
Difracción de rayos x (DRX) es empleado comúnmente como una poderosa herramienta para la determinación de las estructuras de los materiales de LC16,17,18. Sin embargo, el patrón de difracción que origina de un núcleo de estímulos-respuesta funcional a menudo es encubierto por un patrón de amplio halo de las cadenas de carbono largas. Análisis por difracción de tiempo resuelto, que permite observaciones directas de la dinámica molecular usando fotoexcitan proporciona una solución eficaz a este problema. Esta técnica extrae información estructural sobre la molécula aromática de photoresponsive usando las diferencias entre los patrones de difracción obtenidos antes y después de fotoexcitan. Estas diferencias proporcionan los medios para eliminar el ruido de fondo y observar directamente los cambios estructurales de interés. Análisis de los patrones de difracción diferencial revelan las señales moduladas de la molécula fotoactivas de solo, de tal modo excepto la difracción perjudicial de las cadenas de carbono no photoresponsive. Se proporciona una descripción de este método de análisis por difracción diferencial en Hada, M. et al19.
Mediciones de difracción resueltos de tiempo pueden proporcionar la información estructural sobre los reordenamientos atómicos que ocurren durante la transición de fase en materiales20,21,,,2223, 24 , 25 , 26 , 27 , 28 , 29 química reacciones entre moléculas30,31,32,33,34. Con estas aplicaciones en mente, notables progresos en el desarrollo de ultrabright y pulsos ultracortos rayos x35,36 y electrónica37,38,39 , 40 fuentes. Sin embargo, difracción de tiempo resuelto sólo se aplica a moléculas simples, aisladas o a single - o poli-cristales, en que ordenó altamente inorgánico enrejado o moléculas orgánicas producen patrones de difracción bien resuelto proporcionando estructural información. Por el contrario, se han visto obstaculizados ultrarrápidos análisis estructurales de los materiales blandos más complejos debido a sus fases menos ordenados. En este estudio, se demuestra el uso de difracción de electrones de tiempo resuelto como espectroscopia de absorción transitoria y Espectroscopía Vibracional tiempo resuelto infrarrojo (IR) para caracterizar la dinámica estructural de fotoactivos materiales de LC, el uso de este extraído de difracción metodología19.

<table><tbody><tr><td>Amplificador de pulso chirriado</td><td>Spectra Physics Inc.</td><td>Spitfire ACE</td><td>Para espectroscopia de vibración IR resuelta en el tiempo</td></tr><tr><td>Amplificador de pulso chirped&nbsp;</td><td>Spectra Physics Inc.</td><td>Spitfire XP</td><td>Para difractometría de electrones resuelta en el tiempo</td></tr><tr><td>, láser de femtosegundo</td><td>, Spectra Physics, Inc.</td><td>Tsunami</td><td>Para espectroscopía de vibración IR resuelta en el tiempo</td></tr><tr><td>Láser de femtosegundo</td><td>Spectra Physics Inc.</td><td>Tsunami</td><td>Para difractometría de electrones resuelta en el tiempo</td></tr><tr><td>Amplificador paramétrico óptico</td><td>Light Conversion Ltd.</td><td>Matriz</td> de detectores IR de mercurio cadmio telurio de 64 canales TOPAS <td></td></tr> prime <tr><td></td><td>Corporación de Desarrollo de Sistemas Infrarrojos</td><td>FPAS-6416-D</td><td></td></tr><tr><td>Espectrómetro FT-IR</td><td>Shimadzu Corporation</td><td>IR Prestige-21</td><td></td></tr><tr><td>Suministro de alta tensión</td><td>Matsusada precisión</td><td>HER-100N0.1</td><td></td></tr><tr><td>Bomba rotativa</td><td>Edwards</td><td>RV12</td><td></td></tr><tr><td>Turbo molecular bombas</td><td>Agilent Technologies Japan, Ltd.</td><td>Twis Torr 304FS Vacuómetros</td><td></td></tr><tr><td></td><td>Pfeiffer vacuum systems gmbh</td><td>PKR251</td><td>Para brida ICF70</td></tr><tr><td>Monitores de vacío</td><td>Pfeiffer vacuum systems gmbh</td><td>TPG261</td><td></td></tr><tr><td>Cámara CCD acoplada a fibra</td><td>Andor Technology Ltd.</td><td>Sustratos iKon-L HF</td><td></td></tr><tr><td>BaF2 y CaF2</td><td>Óptica</td><td></td> de muelle <td>Espesor 3 mm</td></tr><tr><td>Cristal de AgGaS2</td><td>Phototechnica Corporation</td><td></td><td>Cristales BBO por encargo</td></tr><tr><td></td><td>Tokyo Instruments, Inc.</td><td></td><td>SHG &theta;=29.2 grados THG &theta;=44.3 grados</td></tr><tr><td>cristales de calcita</td><td>Tokyo Instruments, Inc.</td><td></td><td>Espesor 1mm</td></tr><tr><td>Espejos ópticos</td><td>Thorlabs</td><td>PF10-03-F01 PF10-03-M01 UM10-45A</td><td>Espejos de al-coat Au coat mirrors Espejos ultrarrápidos</td></tr><tr><td>Espejos ópticos</td><td>HIKARI,Inc.</td><td></td><td>Espejos de banda ancha Espejos</td></tr><tr><td>dicroicos</td><td>HIKARI,Inc.</td><td></td><td>Pedido personalizado Reflexión: 266 nm Transmisión: 400, 800 nm</td></tr><tr><td>Picadora óptica</td><td>Newport Corporation</td><td>3501 Picadora</td><td></td>óptica</tr><tr><td>Obturadores</td><td>ópticos Thorlabs Inc.</td><td>SH05/M SC10</td><td></td></tr><tr><td>Obturadores ópticos</td><td>SURUGA SEIKI CO.,LTD.</td><td>F116-1</td><td></td></tr><tr><td>Divisores de haz</td><td>Thorlabs Inc.</td><td>BSS11R Lentes</td><td></td></tr><tr><td>de sílice fundida</td><td>Thorlabs Inc.</td><td>LA4663 LA4184</td><td></td></tr><tr><td>Lente BaF2</td><td>Thorlabs Inc.</td><td>LA0606-E</td><td></td></tr><tr><td>Espejos polarizados</td><td>Sigmakoki Co.,Ltd</td><td></td><td>Pedido personalizado Diseñado para 800 nm Reflexión: luz polarizada s Transmisión: luz polarizada p</td></tr><tr><td>Media placa</td><td>de onda Thorlabs Inc.</td><td>WPH05M-808</td><td></td></tr><tr><td>Soportes de espejo</td><td>Thorlabs Inc.</td><td>POLARIS-K1 KM100</td><td>Monturas de espejo cinemáticas Monturas</td></tr><tr><td>de espejo</td><td>Sigmakoki Co.,Ltd</td><td>MHAN-30M MHAN-30S</td><td>Monturas de espejo Gimbal Monturas</td></tr> de <tr><td>espejo</td><td>Newport Corporation</td><td>ACG-3K-NL</td><td>Monturas de espejo Gimbal</td></tr><tr><td>Filtros ND variables</td><td>Thorlabs Inc.</td><td>NDC-25C-2M</td><td></td></tr><tr><td>Soportes de divisor de haz</td><td>Thorlabs Inc.</td><td>KM100S</td><td></td></tr><tr><td>Monturas de lentes</td><td>Thorlabs Inc.</td><td>LMR1/M</td><td></td></tr><tr><td>Monturas rotativas</td><td>Thorlabs Inc.</td><td>RSP1/M</td><td></td></tr><tr><td>Retrorreflector</td><td>Edmund Optics</td><td>63.5MM x 30" EN-AL&nbsp;</td><td></td></tr><tr><td>espectrómetros</td><td>fotónica oceánica</td><td>USB-4000</td><td></td></tr><tr><td>Medidor de potencia</td><td>Ophir</td><td>30A-SH</td><td>Utilizado para el monitor de intensidad del medidor de potencia CPA</td></tr><tr><td></td><td>Thorlabs Inc.</td><td>S120VC PM100USB</td><td>Se utiliza para mediciones de intensidad de fotodiodos de pulso de bomba</td></tr><tr><td></td><td>Thorlabs Inc.</td><td>DET36A/M DET25K/M</td><td></td></tr><tr><td>Fuente de alimentación de CC</td><td>TEXIO</td><td>PW18-1.8AQ</td><td>Utilizado para lentes</td></tr><tr><td>magnéticos Lente magnética</td><td>Nissei ETC Co., Ltd</td><td></td><td>Etapas de pedido personalizado</td></tr><tr><td></td><td>Newport Corporation</td><td>M-MVN80V6 LTAHLPPV6</td><td>Utilizado para lentes magnéticas</td></tr><tr><td>Controlador de etapa</td><td>Newport Corporation</td><td>SMC100</td><td></td></tr><tr><td>Stages& nbsp;</td><td>Sigmakoki Co., Ltd</td><td>SGSP20-35 (X) SGSP20-85 (X)</td> <td>utilizado para</td>las etapas de posición de la muestra</tr><tr><td>&nbsp;</td><td>Sigmakoki Co., Ltd</td><td>SGSP26-200 (X) OSMS26-300 (X)</td> <td>Utilizado para el generador de tiempo de retardo</td></tr><tr><td>Controlador de etapa</td><td>Sigmakoki Co., Ltd SHOT-304GS</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Picoammeter</td><td></td><td></td><td>Recubrimiento giratorio construido en laboratorio</td></tr><tr><td></td><td>MIKASA Co., Ltd</td><td>1H-D7</td><td></td></tr><tr><td>placa caliente</td><td>IKA&reg; &nbsp;</td><td>Oblea C-MAG HP7</td><td></td></tr><tr><td>SiN</td><td>Silson Ltd</td><td></td> Solución acuosa <td>KOH por encargo</td></tr><tr><td>(50%)</td><td>Hiroshima Wako Co.,Ltd.</td><td>168-20455</td><td></td></tr><tr><td>Cloroformo</td><td>Hiroshima Wako Co., Ltd.</td><td>038-18495 Diclorometano</td><td></td></tr><tr><td></td><td>Hiroshima Wako Co., Ltd.</td><td>132-02456</td><td></td></tr><tr><td>Ordenadores personales para los programas de control</td><td>Epson Corporate</td><td>Endeavor MR7300E-L</td><td>Sistema operativo de 32 bits</td></tr><tr><td>Programa para el control de los equipos</td><td>National Instruments Corporation</td><td>Labview2016</td><td></td></tr><tr><td>Programa para el análisis de datos</td><td>The MathWorks, Inc.</td><td>Matlab2015b</td><td></td></tr></tbody></table>

nuevas técnicas para la observación de la dinámica estructural de los cristales líquidos photoresponsive

Novel Techniques for Observing Structural Dynamics of Photoresponsive Liquid Crystals

En este artículo discutimos las mediciones experimentales de las moléculas en la fase de cristal líquido (LC) utilizando la Espectroscopía Vibracional tiempo resuelto infrarrojo (IR) y difracción del electrón de tiempo resuelto. Fase de cristal líquido es un estado importante de la materia que existe entre las fases sólidas y líquidas y es común en los sistemas naturales, así como en electrónica orgánica. Los cristales líquidos son orientationally ordenó pero embalados libremente, y por lo tanto, las conformaciones internas y alineamiento de los componentes moleculares del LCs puede ser modificada por estímulos externos. Aunque avanzado tiempo resuelto técnicas de difracción han revelado dinámica molecular picosegundo escala de monocristales y policristales, observaciones directas de Embalaje estructuras y dinámica ultrarrápida de materiales blandos se han visto obstaculizados por borrosas patrones de difracción. Aquí, divulgamos tiempo resuelto IR espectroscopia vibracional y difractometría de electrones para adquirir instantáneas ultrarrápidas de un material de LC columnar teniendo una molécula núcleo fotoactivos. Análisis de la detección diferencial de la combinación de tiempo resuelven espectroscopia vibracional IR y difracción del electrón son poderosas herramientas para la caracterización de las estructuras y dinámicas fotoinducida de materiales blandos.

Elegimos un esqueleto43,π-cuna en forma de silla de montar del44 como una unidad básica fotoactivas de la molécula de la LC, porque forma una estructura apilar columna bien definida y el anillo central de cuna ocho miembros se pretende mostrar una fotoinducida conformacional cambio en una forma plana debido a la aromaticidad de estado excitado19,45. Proceso sintético de es...

Aquí, presentamos los protocolos de análisis de la detección diferencial de tiempo resuelto infrarrojo vibracionales espectroscopía electrónica difracción y que permiten observaciones de las deformaciones de las estructuras locales alrededor de las moléculas fotoexcitado en un cilíndrico cristal líquido, dando un punto de vista atómico sobre la relación entre la estructura y la dinámica de este material fotoactivos.

Nuevas técnicas para la observación de la dinámica estructural de los cristales líquidos Photoresponsive

We discuss in this article the experimental measurements of the molecules in liquid crystal (LC) phase using the time-resolved infrared (IR) vibrational ...

Este método puede ayudar a abordar un problema común en la investigación del cristal líquido. Es decir, que el movimiento molecular máximo durante la fotorrespuesta no se puede determinar mediante métodos convencionales. La principal ventaja de estas técnicas es que la estructura y la dinámica ultrarrápida del cristal líquido fotoexcitado se obtienen tanto a partir del espectro IR diferencial como de los patrones de difracción diferencial de electrones.Voy a hacer una demostración de la espectroscopia de vibración IR resuelta en el tiempo. Para preparar una muestra de fase de solución para espectroscopia vibracional IR resuelta en el tiempo, disuelva 0,025 milimoles de pi-COT en 25 mililitros de diclorometano, para obtener una solución de 1 milimol por litro. Para preparar una muestra en fase de cristal líquido, cubra un sustrato de fluoruro de calcio de 3 milímetros de espesor con polvo de pi-COT.Coloque el sustrato en una placa caliente y derrita el polvo a 100 grados centígrados. Apague la placa calefactora y deje que la muestra se enfríe a temperatura ambiente. Después de preparar la muestra, encienda el láser de titanio-zafiro y el amplificador de pulsos chirriados y permita que se estabilicen térmicamente.Establezca la duración del pulso en 120 femtosegundos, la tasa de repetición en 500 hercios y la fluencia incidente en 1 milijulio por centímetro cuadrado. Verifique la potencia y la estabilidad de la bomba UV y los pulsos de la sonda de infrarrojo medio, y realinee las rutas ópticas según sea necesario. Enfríe el detector IR de mercurio-cadmio-telurio con nitrógeno líquido.Coloque el espectrómetro en línea con la trayectoria óptica y calibre el espectrómetro. A continuación, monte una oblea de silicona de 1 milímetro de grosor en el portamuestras como muestra de prueba. Ajuste el retardo de la sonda de la bomba a un valor positivo.Optimice la superposición de la bomba y la sonda ajustando el espejo que dirige el haz de la bomba a la muestra, para obtener la máxima intensidad de la señal transitoria. Configure un análisis, comenzando en menos 100 picosegundos y finalizando en 1000 picoenvíos, con un tiempo de paso de 5 picosegundos. Escanee la muestra de prueba e identifique la posición temporal donde comienza a surgir la señal transitoria o el tiempo cero.Luego, si usa una muestra de fase de solución, monte una celda de flujo con ventanas de fluoruro de bario en el instrumento y comience a bombear la muestra a través de la celda de flujo. Si utiliza una muestra en fase de cristal líquido, monte la muestra en una plataforma motorizada para permitir el movimiento continuo de la posición del punto láser en la muestra, para minimizar el daño inducido por el láser. Confirme la posición temporal de tiempo cero con la muestra y establezca las horas de inicio, finalización y paso.Seleccione un directorio para el archivo de datos y ejecute el proceso de adquisición de datos. En primer lugar, graba y limpia una oblea recubierta de nitruro de silicona, para obtener un sustrato con ventanas de nitruro de silicona. Coloque el sustrato en un mandril de recubrimiento giratorio con las ventanas de nitruro de silicona hacia arriba.Cubra el sustrato con una solución de 10 miligramos por mililitro de pi-COT en cloroformo. Coloque el sustrato recubierto de centrifugación en una placa calefactora y caliente la placa calefactora a 100 grados centígrados para derretir el pi-COT. Apague la placa calefactora cuando alcance los 100 grados centígrados y deje que la muestra se enfríe en su lugar, para obtener una película de cristal líquido pi-COT.Para comenzar la medición, monte la muestra en el portamuestras del instrumento. Coloque el portamuestras en la cámara de vacío y cierre la cámara. Utilice una bomba rotativa para evacuar la cámara a menos de 1000 pascales o 10 milibares.Luego, use una bomba turbomolecular para evacuar la cámara del cañón de electrones a aproximadamente 10 a menos 6 pascales. A continuación, encienda el láser de titanio-zafiro y el amplificador de pulso chirriado, y deje que se estabilicen térmicamente durante una hora. Establezca la tasa de repetición en 500 hercios.Encienda el enfriador de la cámara CCD y enfríe el dispositivo a 10 grados centígrados. Luego, encienda la fuente de alimentación eléctrica y ajuste el voltaje a 75 kilovoltios. Abra el software especial de superposición y establezca el tiempo de exposición en 50 milisegundos.Para encontrar la posición del haz de electrones de la sonda, primero establezca el tipo de inicio en z-superposición y haga clic en inicio. Cuando finalice el proceso, seleccione y-superposición y haga clic en iniciar de nuevo. Luego, configure el haz de electrones en la posición del orificio del portamuestras y alinee el láser de la bomba con la luz de la bomba reflejada por el orificio.A continuación, cambie al programa de difracción de electrones resuelto en el tiempo. Establezca el tipo de inicio en resolución temporal y la influencia de la bomba en 2 milijulios por centímetro cuadrado. Haga clic en iniciar para medir la posición de tiempo cero en función de un material estándar inorgánico fijado en el portamuestras.Luego, inserte la copa de Faraday en la trayectoria del haz de electrones y mida la fluencia con el picoamperímetro. Gire el filtro de densidad neutra para ajustar la fluencia del haz de electrones a 3 picoamperios. Ajuste la fluencia del pulso de la bomba a 1,67 milivatios girando la placa de onda en la línea del haz de la bomba.Luego, en el software de difracción de electrones resuelto en el tiempo, muévase a la posición de la muestra. Establezca el tiempo de exposición de la cámara CCD en 1 segundo. Establezca el tipo de inicio en simple y haga clic en iniciar para obtener una imagen de difracción de electrones estática.A continuación, encienda el elemento Peltier de la cámara CCD y enfríe el dispositivo a menos 20 grados centígrados. Una vez que la cámara CCD se haya enfriado, establezca el número de patrones que se recopilarán en cada paso y el número de pasos para las mediciones resueltas en el tiempo. Establezca el tipo de inicio en resolución en tiempo resuelto y haga clic en iniciar para recopilar las imágenes de difracción de electrones resueltas en el tiempo.Cuando finalice el experimento, apague la fuente de alimentación de aceleración de electrones. Recoja la imagen resuelta en el tiempo de la misma manera para obtener un fondo. El espectro vibracional IR diferencial de una película delgada de cristal líquido basada en pi-COT tenía picos correspondientes a los modos de estiramiento de los anillos COT y tiazol, y de los bifenil moyades, que son fuertemente activos IR en la forma plana T1 de pi-COT.La evolución dependiente del tiempo de la intensidad máxima tuvo un número de onda de 1338 centímetros recíprocos. Es consistente con el cambio de confirmación del sillín a plano en 2 picosegundos. Seguido de la relajación a la forma inicial de silla de montar en 10 a 20 picosegundos para moléculas individuales, o 150 picosegundos para moléculas apiladas.Los picos de difracción de electrones de las moyades fotosensibles se extrajeron del patrón largo dominado por largas cadenas de carbono, restando el patrón de difracción inicial de un patrón obtenido 500 picosegundos después de la radiación de pulso UV. Los picos positivos y negativos indicaron la formación y pérdida, respectivamente, de características estructurales 500 picosegundos después de la irradiación. La formación de una nueva estructura ordenada comenzó unos 200 picosegundos después de la fotoexcitación, lo que es consistente con la relajación a la forma inicial de silla de montar en las moléculas apiladas.La pérdida del orden de apilamiento pi-pi en una escala de tiempo de 300 picosegundos, se atribuyó a un pequeño número de conformadores planos, con una vida útil de 300 a 1000 picosegundos, que se retuercen para minimizar el obstáculo estérico. La primera vez que tuvimos la idea de este método fue cuando hablamos de los cristales líquidos, que no suelen examinarse por tiempos de difracción porque no proporcionan buenos patrones de difracción de electrones. Nuestra metodología permite identificar cambios en los patrones de difracción de cristal líquido, lo que permite acceder a información importante sobre la estructura y la dinámica de moléculas ultrarrápidas.Una vez dominadas, estas técnicas se pueden realizar en medio día si se realizan correctamente. Estas técnicas pueden utilizarse potencialmente para responder a nuevas preguntas sobre la estructura y la dinámica ultrarrápida de biomateriales más complejos.

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Investigación

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Chemistry

Química

Informamos que el límite de difracción de la litografía óptica convencional puede superarse explotando las transiciones de derivados fotocromáticos orgánicos inducidos por su fotoisomerización a bajas intensidades de luz. 1-3 Este artículo describe nuestra técnica de fabricación y dos mecanismos de bloqueo, a saber: disolución de un fotoisómero y oxidación electroquímica.

Patrones través ópticos saturable Transiciones - Fabricación y Caracterización

Demostramos la preparación de elastómeros de cristal líquido (LCEs) a base de siloxano y epoxi y nanocompuestos LCE. Los LCEs se caracterizan con respecto a la deformación reversible, el ordenamiento del cristal líquido y la rigidez. Como aplicación potencial, demostramos su uso como sustratos sensibles a la forma en un dispositivo personalizado para el cultivo celular activo.

Preparación de monodominio de cristal líquido elastómeros y elastómeros de cristal líquido nanocompuestos

Aquí, fabricamos micro/nano estructuras poliméricas en 3D en las que tanto la forma como la alineación molecular se pueden diseñar con precisión a escala nanométrica mediante el uso de escritura láser directa. La deformación inducida por la luz de varios tipos de microestructuras de elastómeros cristalinos líquidos se puede controlar a escala microscópica.

De forma libre actuadores de luz - Fabricación y Control de la Actuación en la escala microscópica

Aquí, presentamos un protocolo para desencadenar una transición de orientación de un cristal líquido en respuesta a la temperatura. Se describen metodologías para preparar una muestra con el fin de observar la transición y la evolución de transición detallada.

Transición orientativa en un cristal líquido desencadenada por el crecimiento termodinámico de las húmedas interfaciales

Un protocolo para el análisis de los geles formados de la optoelectrónica conjugados polímero poly(3-hexylthiophene-2,5-diyl) (P3HT) usando pequeñas y se presenta la dispersión de neutrones ultra pequeño ángulo en la presencia y la ausencia de iluminación.

Supervisar los efectos de iluminación en la estructura de los geles de polímero conjugado mediante dispersión de neutrones

El objetivo del protocolo es crear películas de polímero cristalino líquido que pueden oscilar mecánicamente bajo irradiación de la luz continua. Describimos con gran detalle el concepto del cine independiente, desde el método de alineación del cristal líquido para la impulsión de la foto. El protocolo experimental aplicado para preparar este material es ampliamente aplicable.

Preparación de redes de cristal líquido para macroscópico movimiento oscilatoria inducida por luz

Este artículo describe el proceso de microfluidos y parámetros para preparar partículas accionamiento de elastómeros cristalinos líquidos. Este proceso permite la preparación de la impulsión de las partículas y la variación de su tamaño y forma (de Oblatos a fuertemente prolato, core-shell y morfologías de Janus) así como la magnitud de la actuación.

Preparación de microfluídica de elastómero cristalino líquido actuadores

En este informe, presentamos un protocolo para examinar los efectos directos de magneto, es decir, la inducción de polarización ferroelectrica mediante la aplicación de campos magnéticos, en los cristales líquidos. Este protocolo proporciona un enfoque único, apoyado por la suavidad de los cristales líquidos, para lograr la temperatura magnetoelectrics.

Medición de polarización ferroelectrica magnético sintonizado en cristales líquidos

Un protocolo para la fabricación de un dispositivo de pantalla cristalino líquido colestérico reflexión que contiene un dopante quiral redox-sensible que permite el funcionamiento rápido y de baja tensión se presenta.

Un dispositivo cristalino líquido colestérico electroquímico para modulación de Color rápida y de baja tensión

Este protocolo demuestra la preparación de un material fotorreológico que exhibe una fase sólida, varias fases cristalinas líquidas y una fase líquida isotrópica mediante el aumento de la temperatura. Aquí se presentan los métodos para medir la relación estructura-viscoelasticidad del material.

Cambio fotorreológico rápido y de alto contraste de un cristal líquido nemático Twist-Bend

El artículo se centra principalmente en el poder combinado de los métodos ópticos (lineales y no lineales) y holográficos utilizados para revelar fenómenos a nanoescala. Los resultados obtenidos de los estudios de reacciones químicas biofotónicas y oscilatorias se dan como ejemplos representativos, destacando la capacidad de la holografía para revelar dinámicas a nanoescala.

Descubriendo la dinámica oculta de las estructuras fotónicas naturales utilizando imágenes holográficas

Aprende a observar la dinámica estructural de cristales líquidos fotoactivos mediante espectroscopía infrarroja y difracción de electrones. Estas técnicas revelan deformaciones moleculares ultrarrápidas.

Nuevas técnicas para la observación de la dinámica estructural de los cristales líquidos Photoresponsive

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