Name: Transizione orientativa in un cristallo liquido innescata dalla crescita termodinamica delle lastre di interfaccia (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2017-05-15T13:00:00.000+00:00
Duration: 6 min 26 s
Description: Scopri come innescare la transizione orientativa di un cristallo liquido mediante variazioni termiche. Questo metodo consente la visualizzazione continua del processo e l'analisi sistematica delle proprietà fisiche coinvolte.

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Questo lavoro è stato supportato da JSPS KAKENHI con il numero 16H06037. Ringraziamo sinceramente il dottor Yuji Sasaki presso l&#39;Università di Hokkaido per l&#39;assistenza tecnica per HR-DSC.

1. Preparazione dello strato di allineamento del cristallo liquido di un perfluoropolimero su substrati di vetro <ol><li> Preparazione della soluzione di perfluoropolimero <ol><li> Preparare 1 mL della soluzione di perfluoropolimero sciogliendo una soluzione di perfluoropolimero (9% in polimero di%) in un solvente commerciale in un rapporto di 1: 2; Questo assicura film uniformi da 0,5 a 1 μm di spessore per essere spin-coated. NOTA: consultare l&#39;elenco dei materiali per la soluzione e il solvente utilizzato. </li></ol></li><li> Rivestimento del perfluoropolimero su substrati di vetro pulito <ol><li> Lavare i supporti di vetro (dimensione tipica: 1 cm x 1 cm) per sonicazione a 38 o 42 kHz in un detergente alcalino. Risciacquare ripetutamente con acqua distillata. In genere, sciacquare più di 10 volte, con 5 minuti di sonicazione ogni volta. </li><li> Sostituire i substrati al detergente UV-O 3 per 10 min. </li><li> Gocciola 20 μL della soluzione del punto 1.1 sul substrato di vetro pulitoTES. Immediatamente spin-cappella la soluzione a 3.500 giri / min e la temperatura ambiente per 70 s. Cuocere la pellicola a 80 ° C per 60 minuti per rimuovere il solvente e a 200 ° C per 60 minuti per la polimerizzazione. </li></ol></li></ol> 2. Preparazione delle cellule LC <ol><li> Incollare due substrati di vetro rivestiti con film insieme utilizzando una resina foto-curabile e una lampada a LED con una lunghezza d&#39;onda di 365 nm (1,1 W / cm 2 ). Regolare lo spessore del divario tra i due substrati entro l&#39;intervallo di 2-100 μm utilizzando particelle di vetro di dimensioni micrometriche o pellicole di polietilene naftalato. </li><li> Introdurre un materiale LC, 4&#39;-butil-4-eptil-bicicloesil-4-carbonitrile (CCN47; 0,2-10 μL) 9 alle cellule LC preparate usando una spatola sotto forza capillare ad una temperatura superiore al liquido isotropico (I) - temperatura di transizione di fase non statica (N). NOTA: CCN47 ha un&#39;anisotropia dielettrica negativa e la sequenza di fase è Cry 298.6 K SmA 301.3 KN 331.3 KI, dove Cry e SmA stanno per fasi cristalline e smectic. Non introdurre CCN47 nella fase N o SmA, poiché l&#39;allineamento indotto dal flusso sarebbe stato promosso. </li></ol> 3. Caratterizzazione del campione <ol><li> Osservazione della struttura mediante polarizzazione della microscopia ottica (POM) 10 <ol><li> Osservare le celle LC sotto POM con lenti obiettivo 4-100X in combinazione con una fase a caldo per controllare la temperatura del campione con una precisione di ± 0,1 K. Registrare le texture in più di 5 fotogrammi, a intervalli regolari per Kelvin. Utilizzare una fotocamera digitale a colori in sequenza, sia al raffreddamento che al riscaldamento nell&#39;intervallo 291-343 K. </li></ol></li><li> Spettroscopia dielettrica (DS) 11 <ol><li> Preparare le celle LC, con elettrodi ITO - che possono avere una forma quadrata o circolare e possono essere acquistati in commercio - su entrambi i substrati. Saldare un filo di piombo ad ogni substrato. NOTA: Consultare l&#39;elenco dei materiali per i substrati utilizzati. </li><li> Misurare la capacità o la costante dielettrica delle celle LC, esattamente come utilizzata per POM, utilizzando un analizzatore di impedenza commerciale / fase di guadagno. Assicurarsi che lo stato dei campioni sia equilibrato prima di ogni misurazione. Misurare la dipendenza temporale della capacità o della costante dielettrica delle cellule LC misurando manualmente la capacità delle cellule LC ogni 5 min. </li><li> Avviare la misura DS solo se la costante o la costante dielettrica delle cellule LC diviene non dipendente dal tempo. </li></ol></li><li> Calorimetria di scansione differenziale ad alta risoluzione (HR-DSC) 12 <ol><li> Mettere le celle LC in un HR-DSC fatto in casa da esaminare, esattamente come in POM ( non utilizzare mai le teglie DSC). Fare riferimento al Reference 12 per progettare e costruire un HR-DSC e per imparare ad usarlo. Eseguire le misurazioni con le velocità di scansione di 0,05-0,10 K / min per migliorare il pow di risoluzione della temperatura minimaER. </li></ol></li><li> Diffrazione a raggi X incidenti di pascolo (GI-XRD) 13 <ol><li> Posizionare la cella LC (utilizzata per POM o DSC) o un campione con una goccia di CCN47 da 2 a 5 μl su un substrato rivestito sullo stadio di campione GI-XRD, che dovrebbe essere dotato di un regolatore di temperatura. </li><li> Equilibrare il campione per più di 10 minuti alle temperature desiderate nell&#39;intervallo 291-343 K, sia a raffreddamento che a riscaldamento. </li><li> Usare un fascio a raggi X incidente sul campione, con un angolo di incidente minuto attorno allo 0,05-0,10 °, per estrarre informazioni sulla superficie sull&#39;orientamento molecolare e le ordinazioni / strutture. Swing l&#39;angolo incidente del raggio a raggi X per trovare l&#39;angolo di incidente ottimale in cui la forza della diffrazione è la più forte. Prendere le misure all&#39;angolo ottimale dell&#39;incidente. NOTA: Tenete presente che GI-XRD consente di sondare le peculiarità interfacciali sulla scala nanometrica, massimizzando così il segnale da sottileAyers riducendo al minimo il segnale dalla massa. Si noti che le geometrie normali di XRD, diverse da GI-XRD, non sono metodi sensibili alla superficie, poiché il raggio di raggi X ha una grande profondità di penetrazione nei materiali. </li></ol></li></ol>

<ol><li>Woltman, S. J., Jay, G. D., Crawford, G. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Liquid-Crystal+Materials+Find+a+New+Order+in+Biomedical+Applications%5BTitle%5D)+AND+%22Nat.+Mater%22%5BJournal%5D)">Liquid-Crystal Materials Find a New Order in Biomedical Applications.</a> Nat. Mater. 6 (12), 929-938 (2007).</li>
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</ol>

Gli autori non hanno niente da rivelare.

Le immagini POM 10x usate utilizzando una cella LC da 5 μm ( Figura 1a e b ) mostrano chiaramente che lo stato di orientamento delle molecole di massa LC trascorre tra gli orientamenti V e V sulla variazione di temperatura in modo di primo ordine. Questo è caratterizzato da processi di nucleazione e di crescita del dominio, con un nuovo orientamento diverso dall&#39;orientamento iniziale di 90 °. Le temperature di transizione dopo raffreddamento e riscaldamento sono rispettivamente 321,...

Negli ultimi anni, è cresciuto interesse ad apprendere come le caratteristiche molecolari dinamiche e le strutture delle molecole superficiali in risposta a stimoli esterni potrebbero influenzare l&#39;orientamento di massa dei materiali negli stati LC. Un esempio è quello di utilizzare biosensori LC come una nuova applicazione di LC 1 , 2 . Per quantificare quante specie bio-target vengono rilevate, è importante sapere come i LC interfacciali che contattano le molecole target aderenti cambiano e si evolvono, pur rilevando e come trasferiscono / traducono le proprie proprietà in massa. Utilizzando modelli per perseguire queste risposte, abbiamo cominciato con sistemi che hanno il loro orientamento molecolare di superficie e ordinazioni a corto raggio che variano termodinamicamente. Questi sistemi ci permettono di correlare in modo sistematico i cambiamenti dell&#39;orientamento e delle ordinazioni di superficie con l&#39;orientamento bulk risultante. Recentemente, abbiamo trovato diversi sistemi LC che mostrano oTransizioni rientazionali, dove un orientamento molecolare spontaneo di massa cambia con la temperatura. In linea di principio, le transizioni orientazionali possono essere classificate in transizioni di 5 , 6 , 7 e 8 quasi secondi di 3 , 4 o quasi-ordine. Il primo è accompagnato da una reorientazione molecolare continua continua sui cambiamenti della temperatura, mentre quest&#39;ultima dimostra una discontinuità. In questo articolo descriviamo una transizione orientazionale nel modo quasi ordinario tra gli stati P e gli orientamenti V. Si procede nella singola fase nematica (N) cambiando la temperatura. I dettagli saranno forniti nei risultati rappresentativi e nella discussione. Poiché la modifica orientazionale della massa deve essere governata da una modifica dell&#39;orientamento molecolare della superficie e breve- ordini di ordinamento, è evidente che questo sistema può potenzialmente offrire approfondimenti su come la variazione termodinamica dell&#39;orientamento molecolare di superficie e delle ordinazioni a corto raggio influenzino l&#39;orientamento di massa. In questo articolo, con l&#39;obiettivo di comprendere i problemi sopra citati, abbiamo affrontato tre problemi utilizzando quattro metodi complementari ( cioè POM, DS, HR-DSC e GI-XRD): (1) Cosa sembra la transizione orientazionale? (2) La transizione orientazionale è riscontrabile termicamente? (3) Perché e come avviene la transizione orientazionale?

<table><tbody><tr>Fornitore verificato - <td>CYTOP</td><td>Asahi Glass Co., Ltd.</td><td>Solvente CTX-809A</td><td></td></tr><tr><td>per CYTOP</td><td>Asahi Glass Co., Ltd.</td><td>CT-180 Sol.</td><td></td></tr><tr><td>Detergente alcalino</td><td>Merck KGaA</td><td>Extran MA01</td><td></td></tr><tr><td>NOA61</td><td>Norland Products, Inc.</td><td>#37-322</td><td>Acquistabile da Edmund Optics</td></tr><tr><td>AL1254</td><td>JSR Corporation</td><td></td><td>Materiale di allineamento planare in celle autocostruite</td></tr><tr><td>4'-butil-4-eptil-bicicloesil-4-carbonitrile</td><td>Nematel GmbH & Co. KG</td><td></td><td>Pulitore</td></tr><tr><td>UV-O3 su</td> misura <td>Technovision Inc.</td><td>UV-208</td><td></td></tr><tr><td>Sistema a caldo</td><td>Mettler Toledo</td><td>HS82</td><td></td></tr><tr><td>Testa della telecamera a colori ad alta definizione</td><td>Nikon</td><td>DS-Fi1</td><td></td></tr><tr><td>Analizzatore di impedenza/fase di guadagno</td><td>Solartron Analytical</td><td>1260</td><td></td></tr><tr><td>Substrato rivestito di ossido di indio e stagno (ITO)</td><td>GEOMATEC Co. Ltd.</td><td></td><td>Personalizzato</td></tr></tbody></table>

transizione orientativa in un cristallo liquido innescata dalla crescita termodinamica delle lastre di interfaccia

Orientational Transition in a Liquid Crystal Triggered by the Thermodynamic Growth of Interfacial Wetting Sheets

Nella chimica fisica a cristalli liquidi (LC), le molecole vicine alla superficie svolgono un grande ruolo nel controllo dell&#39;orientamento di massa. Finora, principalmente per ottenere gli stati di orientamento molecolare desiderati nelle esposizioni LC, è stata studiata intensamente la proprietà superficiale &quot;statica&quot; di LC, cosiddetta anchoring a superficie. Come regola generale, una volta che l&#39;orientamento iniziale di LCs viene &quot;bloccato&quot; da trattamenti superficiali specifici, come ad esempio lo sfregamento o il trattamento con uno specifico livello di allineamento, difficilmente cambia con la temperatura. Qui presentiamo un sistema che mostra una transizione orientazionale sulla variazione di temperatura, che è in conflitto con il consenso. Proprio al momento della transizione, le molecole di massa LC sperimentano la rotazione orientazionale, con 90 ° tra l&#39;orientamento planare (P) alle alte temperature e l&#39;orientamento verticale (V) a basse temperature nel modo transitorio del primo ordine. Abbiamo monitorato il comportamento di ancoraggio termodinamico mediante la polarizzazione della microscopia ottica (pOM), la spettroscopia dielettrica (DS), la calorimetria di scansione differenziale ad alta risoluzione (HR-DSC) e la diffrazione a raggi X di incidenza di pascolo (GI-XRD) e raggiunto una spiegazione fisica plausibile: che la transizione è innescata da una crescita della superficie Fogli di bagnatura, che impongono l&#39;orientamento V localmente contro l&#39;orientamento P nella massa. Questo paesaggio fornirà un collegamento generale che spiega come l&#39;orientamento bulk dell&#39;equilibrio sia influenzato dall&#39;orientamento localizzato localizzato in molti sistemi LC. Nella nostra caratterizzazione, POM e DS sono vantaggiose offrendo informazioni sulla distribuzione spaziale dell&#39;orientamento delle molecole LC. HR-DSC fornisce informazioni sulle informazioni termodinamiche precise sulle transizioni, che non possono essere affrontate con strumenti convenzionali DSC a causa della risoluzione limitata. GI-XRD fornisce informazioni sull&#39;orientamento molecolare specifico della superficie e sulle ordinazioni a corto raggio. L&#39;obiettivo di questo documento è quello di presentare un protocollo per la preparazione di un campione che mostra i transiE dimostrare come la variazione strutturale termodinamica, sia in massa sia su superfici, possa essere analizzata attraverso i suddetti metodi.

Le immagini POM, i dati DS, i dati HR-DSC e gli schemi GI-XRD sono stati raccolti durante la variazione di temperatura, in particolare nelle vicinanze della transizione orientazionale sia sul raffreddamento che sul riscaldamento. La figura 1 rappresenta l&#39;evoluzione della struttura eseguita con le misurazioni POM e DS durante l&#39;osservazione POM della transizione orientazionale dal P orient...

Qui presentiamo un protocollo per attivare una transizione orientazionale di un cristallo liquido in risposta alla temperatura. Sono descritte metodologie per la preparazione di un campione per osservare la transizione e l&#39;evoluzione transizionale dettagliata.

Transizione orientativa in un cristallo liquido innescata dalla crescita termodinamica delle lastre di interfaccia

In liquid crystal (LC) physical chemistry, molecules near the surface play a great role in controlling bulk orientation. Thus far, mainly to achieve ...

L'obiettivo generale di questo procedimento è quello di innescare una transizione orientazionale di un cristallo liquido in risposta alla temperatura e di caratterizzare tale transizione. Questo metodo può contribuire a rispondere a domande fondamentali nel campo dei cristalli liquidi, come i comportamenti termodinamici di ancoraggio superficiale.E il vantaggio di questo protocollo è che la transizione orientazionale può essere chiaramente visualizzata in questo modo continuo. E se le proprietà fisiche coinvolte possono essere analizzate in modo sistematico. Per iniziare questa procedura, preparare un millilitro di soluzione di perfluoropolimero sciogliendo il perfluoropolimero desiderato in un solvente commerciale in un rapporto di uno a due per garantire film uniformi spessi da 0,5 a 1 micrometro per la deposizione mediante spin coating.Successivamente, lavare i substrati di vetro mediante sonificazione a 42 kilohertz in un detergente alcalino. Poi, risciacquare ripetutamente ciascun substrato con acqua distillata. Dopo il risciacquo e l'essiccazione dei substrati, sottoporli a un trattamento con pulitore a ozono UV per 10 minuti.Successivamente, depositare per gocciolamento 20 microlitri di soluzione di perfluoropolimero su ciascun substrato di vetro pulito. Subito dopo, stendere la soluzione mediante spin coating a 3.500 giri al minuto e a temperatura ambiente per 70 secondi. Quindi, cuocere il film a 80 gradi Celsius per 60 minuti per rimuovere il solvente, e successivamente a 200 gradi Celsius per 60 minuti per la reticolazione.Applicare una resina fotopolimerizzabile pre-miscelata con particelle di vetro di dimensioni micrometriche su uno dei substrati di vetro rivestiti con film. Quindi, posizionare un secondo substrato di vetro rivestito con film sopra il primo substrato e utilizzare una lampada a LED con una lunghezza d'onda di 365 nanometri per incollare insieme i due substrati. Successivamente, introdurre da 0,2 a 10 microlitri di CCN47 in ciascuna delle celle a cristalli liquidi preparate, utilizzando una spatola sotto l'azione della forza capillare a una temperatura superiore alla temperatura di transizione tra fase isotropica e fase nematica.Ora, osservare le cellule a cristalli liquidi mediante microscopia ottica polarizzante con obiettivi da 4 a 100X in combinazione con un palco riscaldato per controllare la temperatura del campione con un'accuratezza di ±0,1 Kelvin. Utilizzando una fotocamera digitale a colori, registrare le texture in più di cinque fotogrammi, a intervalli regolari per ogni Kelvin, sia durante il raffreddamento che il riscaldamento, nell'intervallo compreso tra 291 e 343 Kelvin. Per la spettroscopia dielettrica, preparare una cella a cristalli liquidi con elettrodi ITO saldando un filo di collegamento a ciascun substrato.Per misurare la capacità delle cellule a cristalli liquidi (LC), collegare le cellule ai terminali di un analizzatore commerciale di guadagno e fase di impedenza. Successivamente, misurare la dipendenza temporale della capacità delle cellule LC ogni cinque minuti mediante l'analizzatore. Per l'analisi HR-DSC, inserire le cellule LC in un HR-DSC autocostruito da esaminare.Eseguire misurazioni con velocità di scansione di 0,05 a 0,10 Kelvin al minuto per migliorare il potere risolutivo minimo della temperatura. Qui viene mostrata l'evoluzione della texture osservata mediante microscopia ottica polarizzante e misurazioni di spettroscopia dielettrica durante la transizione orientazionale dallo stato orientato planare a quello verticale durante i processi di raffreddamento e riscaldamento. Durante il raffreddamento, l'orientamento planare si trova appena al di sotto della temperatura di transizione isotropo-nematico.Con l'apparizione di trame Schlieren a due e a quattro pennelli. Mediante ricottura o ulteriore raffreddamento, il campo visivo diventa completamente scuro, suggerendo il completamento della transizione orientazionale. Di seguito sono riportati i dati HR-DSC che rappresentano il flusso di calore attraverso il campione in funzione della temperatura e del tempo.La variazione del flusso di calore nel tempo è stata utilizzata per analizzare l'esponente di Avrami dopo la transizione orientazionale. Pattern di diffrazione a raggi X con incidenza rasente in geometria a goccia e in geometria di cella LC C2 a diverse temperature. Dimostrano un ordinamento a corto raggio di lamine quasi-smectiche di bagnamento.Con strutture a strati formate in prossimit&agrave; della superficie. Anche nell'intervallo di temperatura degli stati orientazionali planari, persistono fogli di bagnamento quasi-smectici a, indicando che la condizione orientazionale superficiale &egrave; frustrata. L'intervallo di isteresi &egrave; coerente con l'intervallo di isteresi confermato mediante microscopia ottica polarizzante e spettroscopia dielettrica, il che suggerisce che la transizione orientazionale &egrave; innescata dalla crescita di fogli di bagnamento quasi-smectici a.Pertanto, una volta acquisita padronanza, l'osservazione della transizione orientazionale può essere completata in quattro ore, a condizione che le procedure di preparazione siano eseguite correttamente. Seguendo questo protocollo, è possibile effettuare altre tecniche come la microscopia confocale fluorescente e l'analisi ottica non lineare per rispondere a ulteriori quesiti, come la distribuzione spaziale delle orientazioni del direttrice del cristallo liquido. Dopo il suo sviluppo, questa tecnica ha aperto la strada ai ricercatori nel campo della scienza superficiale dei cristalli liquidi, permettendo di esplorare i collegamenti tra le strutture microscopiche vicine alle superfici e le strutture microscopiche e le proprietà.Dopo aver visto questo video, si dovrebbe avere una buona comprensione di come preparare un campione per osservare la transizione orientazionale e di come caratterizzare le proprietà fisiche importanti.

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Misurare la polarizzazione ferroelettrica magneticamente-sintonizzati in cristalli liquidi

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

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

Questo articolo descrive un metodo semplice per fabbricare allineati verticalmente array di nanotubi di carbonio mediante CVD e per sintonizzare successivamente le loro proprietà bagnanti esponendoli a vuoto ricottura o trattamento di ossidazione a secco.

Ossidazione a secco e vuoto ricottura Trattamenti per accordare le proprietà di bagnabilità di matrici di nanotubi di carbonio

Un numero crescente di dispositivi di terapia di radiazione offrono il vantaggio di fornire la dose attraverso piccole travi al tumore, consentendo una maggiore conformità e dosi più alte per frazione. Molti rivelatori differenti possono essere utilizzati per la dosimetria di questi piccoli campi. Nel presente studio, l'effetto di ricombinazione ionica è indagato per una camera di ionizzazione liquido utilizzando un sistema radioterapia stereotassica.

Caratterizzazione degli effetti di ricombinazione in una ionizzazione Camera liquido utilizzato per la dosimetria di un Acceleratore radiochirurgico

Scopri come innescare la transizione orientativa di un cristallo liquido mediante variazioni termiche. Questo metodo consente la visualizzazione continua del processo e l'analisi sistematica delle proprietà fisiche coinvolte.

Transizione orientativa in un cristallo liquido innescata dalla crescita termodinamica delle lastre di interfaccia

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