Name: Commutazione fotorheologica ad alto contrasto e veloce di un cristallo liquido nematico Twist-Bend (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2019-10-31T14:45:00.000+00:00
Duration: 6 min 24 s
Description: Scopri come caratterizzare le proprietà viscoelastiche di cristalli liquidi nematici twist-bend. Questo metodo permette misurazioni in tempo reale sotto stimoli luminosi per sviluppare materiali fotorheologici avanzati.

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Questo lavoro è stato sostenuto dal progetto di ricerca bilaterale HAS-JSPS. Viene riconosciuto il sostegno finanziario delle sovvenzioni NKFIH PD 121019 e FK 125134.

1. Preparazione delle superfici strofinate per l'allineamento planare delle molecole LC
<ol><li>Preparare substrati di vetro puliti.<ol>
<li>Substrati di vetro tagliati utilizzando una taglierina di vetro a base di diamanti (Table of Materials) in piccoli pezzi quadrati con dimensioni medie di 1 cm x 1 cm. Lavarli per sonicazione a 38 kHz o 42 kHz in un detersivo alcalino ( Tabella deimateriali, diluito in acqua in un detergente:rapporto volume acqua di 1:3) e risciacquare con acqua distillata ripetutamente (tipicamente, più di 10 volte con 5 min di sonicazione per ogni risciacquo).</li>
		<li>Sottoporre i substrati all'ozono ultravioletto (UV-O3) per più di 10 min.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Strato di allineamento planare del rivestimento su substrati di vetro puliti.<ol>
<li>Drip 20 l di 1 mL di una soluzione di allineamento planare poliimide(Tabella dei materiali, utilizzata così com'è) con una pipetta sui substrati di vetro puliti. Immediatamente girare la soluzione, utilizzando un rivestimento di selezione (Table of Materials) a 3.000 rpm e temperatura ambiente (RT) per 70 s. NOTA: lo spessore tipico del livello di allineamento è di circa 20 nm.</li>
		<li>Cuocere i substrati di vetro rivestiti a 80 gradi centigradi per 60 min per rimuovere il solvente e a 180 gradi centigradi per la stagionatura di >60 min. Strofinare i substrati utilizzando una macchina di sfregamento rayon-cloth (Tabella dei materiali) con i seguenti parametri: velocità di rotazione 300 rpm, velocità della piastra di 20 mm / s, e impressione di 0,3 mm per realizzare l'allineamento uniaxiale dei materiali LC.</li>
	</ol>
</li>
</ol>2. Preparazione delle cellule LC
<ol><li>Posizionare un substrato di vetro rivestito con lo strato di allineamento su un altro substrato, con gli strati di allineamento faccia a faccia, e assicurarsi che siano sovrapposti all'80% per formare una cella. NOTA: Le superfici non sovrapposte del 20% devono essere utilizzate per introdurre materiali LC nella cella.</li>
	<li>Posizionate 100 l di un adesivo fotoreattivo (Tabella dei materiali) e 0,1 mg di particelle di vetro di dimensioni micrometriche (diametro : 5 m) su un substrato di vetro pulito e mescolatele manualmente utilizzando la punta di una graffetta. Spostare il materiale misto in quattro angoli della cella per regolare il divario cellulare e illuminare la cella utilizzando una lampada ad arco corto a vapore di mercurio a bassa pressione (Tabella dei materiali) con una lunghezza d'onda di 365 nm (1,1 W/cm2). Posizionare la cella sotto la lampada a LED ad una distanza di 1 cm per 5 min.</li>
	<li>Dopo l'illuminazione, posizionare la cella su uno stadio caldo e impostare la temperatura di destinazione dello stage per riscaldare la cella a una temperatura superiore alla transizione di fase del liquido isotropico (I)-nematica (N) (tipicamente a 160 gradi centigradi). Trasferire il materiale LC (1-[4-butoxyazobenzene-4'-yloxy]-6-[4-cianobiphenyl-4' yl]hexane; CB6OABOBu; su una superficie aperta della cellula e spingere i materiali verso l'ingresso della cella utilizzando una microspatola per ottenere il contatto tra il materiale LC e l'ingresso della cellula. Attendere che i materiali LC siano riempiti nella cella con la forza capillare. NOTA: CB6OABOBu ha una sequenza di fase: Cry 100.3 C TB 105.2 .C N 151.7 .C I sul riscaldamento e I 151,4 c N 104.5 C TB 83 C Cry sul raffreddamento. Non introdurre CB6OABOBu nella fase N o TB perché viene promosso l'allineamento indotto dal flusso.</li>
</ol>3. Caratterizzazione delle texture polarizzando la microscopia ottica
<ol><li>Osservare le cellule LC posizionate sullo stadio caldo per controllare la temperatura del campione (40-180 gradi centigradi) con una precisione di 0,1 K c al sottoporlo a un microscopio a luce polarizzante (POM, Table of Materials)utilizzando lenti obiettivo 4x-100x. Registra le texture utilizzando una fotocamera digitale in sequenza durante il raffreddamento e il riscaldamento.</li>
	<li>Utilizzare un epi-illuminatore UV (Tabella dei materiali) dotato del POM con una lunghezza d'onda di 365 nm (50 mW/cm2).</li>
</ol>4. Misure fotorheologiche
<ol><li>Preparare le misurazioni reologiche.<ol>
<li>Prima di posizionare qualsiasi campione sullo stage del reometro (Tabella dei materiali), eseguire la calibrazione dell'inerzia della geometria e la calibrazione dello spazio zero controllata da un software secondo le istruzioni del produttore per garantire l'accuratezza dello studio reologico . Pesare 250 mg del campione di polvere CB6OABOBu e caricarlo sulla piastra di quarzo di base del reometro. NOTA: Per lo studio attuale, viene utilizzata una piastra con un diametro di 50 mm.</li>
		<li>Impostare la temperatura della camera di campionamento su un valore superiore al punto di transizione della fase I-N (>160 gradi centigradi). Impostare un valore di spazio per l'avvicinamento della piastra di misura alla piastra di quarzo di base per eseguire il sandwich del campione (valore di spazio tipico utilizzato : 20 m). Tagliare il campione in eccesso (ad esempio, utilizzando salviette di carta) che si trova al di fuori dello spazio quando la piastra di misurazione si ferma alla posizione di taglio, che si trova 25 m sopra lo spazio mirato. NOTA: Non consentire l'introduzione della quantità eccessiva di CB6OABOBu nella camera campione, in quanto ciò rende le misurazioni imprecise.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Eseguire misurazioni reologiche.<ol>
<li>Luce UV irradiata a 365 nm (1,100 mW/cm2), misurando la commutazione fotorheologica di CB6OABOBu utilizzando la lampada ad arco corto a vapore di mercurio ad alta pressione. NOTA: La luce sarà guidata da sotto il contenitore del campione attraverso la piastra di quarzo di base.</li>
		<li>Eseguire misurazioni in 1) modalità oscillatoria per l'estrazione di informazioni di ripristino dinamico del materiale e 2) modalità di rotazione costante per ottenere un'efficace viscosità rotazionale. Per le misurazioni in modalità rotazionale, applicare una sollecitazione di taglio costante di 13 Pa al campione per garantire che la misurazione venga effettuata nel regime newtoniano. NOTA: la selezione delle modalità viene eseguita da un software in base alle istruzioni del produttore.</li>
	</ol>
</li>
</ol>5. Calorimetria di scansione foto-differenziale
<ol><li>Pesare 10 mg di CB6OABOBu campione di polvere e caricarlo in una padella di calorimetria a scansione differenziale d'oro (DSC). Riscaldare il campione a 170 gradi centigradi nella fase isotropica e assicurarsi che non vi sia alcuna distribuzione del campione inomogenea nella padella DSC come osservato ad occhio nudo. Coprire la padella DSC con una piastra di quarzo.</li>
	<li>Eseguire misurazioni foto-DSC in base alle istruzioni del produttore (Tabella dei materiali). Misurare i dati DSC a una scansione di 10 gradi centigradi/min. NOTA: La macchina foto-DSC è dotata di un'intensità luminosa UV di 50 mW/cm2.</li>
</ol>6. Caratterizzazione della diffrazione a raggi X
<ol><li>Riscaldare il campione di polvere CB6OABOBu utilizzando lo stadio caldo a 170 gradi centigradi e aspirare il campione in un capillare XRD (diametro : 0,5 mm) con la forza capillare.</li>
	<li>Attaccare il capillare a un supporto campione dotato di un regolatore di temperatura. Impostare la temperatura della camera (60 gradi centigradi, 70 gradi centigradi, 80 gradi centigradi, 90 gradi centigradi, 100 gradi centigradi, 120 gradi centigradi, 130 gradi centigradi, 140 gradi centigradi, 150 gradi centigradi, 160 gradi centigradi e 170 gradi centigradi per ogni misurazione della diffrazione a raggi X).</li>
	<li>Irradiare il campione a raggi X e rilevare i raggi X diffracted da un rivelatore senza irradiazione UV e sotto un'intensità di luce UV di 10 mW/cm2 per 1 min e 10 min. NOTA: lo studio attuale è stato condotto nella trave RIKEN BL45XU. La sorgente luminosa era l'ondulatore in vuoto standard SPring-8. Per monocromaticizzare il fascio è stato utilizzato un monocromatico si a base di azoto liquido raffreddato ad azoto. La lunghezza d'onda era di 1.</li>
</ol>

<ol><li>Grindy, S. C., Holten-Andersen, N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Bio-inspired+metal-coordinate+hydrogels+with+programmable+viscoelastic+material+functions+controlled+by+longwave+UV+light%5BTitle%5D)+AND+%22Soft+Matter%22%5BJournal%5D)">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/pubmed?term=((Photoresponsive+elastic+properties+of+azobenzene-containing+poly%28ethylene-glycol%29-based+hydrogels%5BTitle%5D)+AND+%22Biomacromolecules%22%5BJournal%5D)">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/pubmed?term=((Reversible+light-controllable+intelligent+gel+based+on+simple+spiropyran-doped+with+biocompatible+lecithin%5BTitle%5D)+AND+%22Dyes+and+Pigments%22%5BJournal%5D)">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/pubmed?term=((Photoresponsive+Polymers.+2.+Reversible+Solution+Viscosity+Change+of+Polymamides+Having+Azobenzene+Residues+in+the+Main+Chain%5BTitle%5D)+AND+%22Macromolecules%22%5BJournal%5D)">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/pubmed?term=((Light-Induced+Reworkable+Adhesives+Based+on+ABA-type+Triblock+Copolymers+with+Azopolymer+Termini%5BTitle%5D)+AND+%22ACS+Applied+Materials+and+Interfaces%22%5BJournal%5D)">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/pubmed?term=((Photochemical+liquefaction+and+softening+in+molecular+materials%2C+polymers%2C+and+related+compounds%5BTitle%5D)+AND+%22Polymer+Journal%22%5BJournal%5D)">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/pubmed?term=((Rapid+Viscoelastic+Switching+of+an+Ambient+Temperature+Range+Photoresponsive+Azobenzene+Side-chain+Liquid+Crystal+Polymer%5BTitle%5D)+AND+%22Polymer%22%5BJournal%5D)">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/pubmed?term=((Optically+controlled+long-term+storage+and+release+of+thermal+energy+in+phase-change+materials%5BTitle%5D)+AND+%22Nature+Communications%22%5BJournal%5D)">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/pubmed?term=((Photochemically+Reversible+Liquefaction+and+Solidification+of+Single+Compounds+Based+on+a+Sugar+Alcohol+Scaffold+with+Multi+Azo-Arms%5BTitle%5D)+AND+%22Advanced+Materials%22%5BJournal%5D)">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/pubmed?term=((Photochemically+reversible+liquefaction+and+solidification+of+multiazobenzene+sugar-alcohol+derivatives+and+application+to+reworkable+adhesives%5BTitle%5D)+AND+%22ACS+Applied+Materials+and+Interfaces%22%5BJournal%5D)">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/pubmed?term=((Reworkable+adhesives+composed+of+photoresponsive+azobenzene+polymer+for+glass+substrates%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Adhesion%22%5BJournal%5D)">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/pubmed?term=((Photoinduced+Crystal-to-Liquid+Phase+Transitions+of+Azobenzene+Derivatives+and+Their+Application+in+Photolithography+Processes+through+a+Solid-Liquid+Patterning%5BTitle%5D)+AND+%22Organic+Letters%22%5BJournal%5D)">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/pubmed?term=((An+azobenzene-based+photochromic+liquid+crystalline+amphiphile+for+a+remote-controllable+light+shutter%5BTitle%5D)+AND+%22Chemical+Communications%22%5BJournal%5D)">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/pubmed?term=((Light-melt+adhesive+based+on+dynamic+carbon+frameworks+in+a+columnar+liquid-crystal+phase%5BTitle%5D)+AND+%22Nature+Communications%22%5BJournal%5D)">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/pubmed?term=((Reversible+Photorheological+Lyotropic+Liquid+Crystals%5BTitle%5D)+AND+%22Langmuir%22%5BJournal%5D)">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/pubmed?term=((Azobenzene-Based+%28Meth%29acrylates%3A+Controlled+Radical+Polymerization%2C+Photoresponsive+Solid%E2%80%93Liquid+Phase+Transition+Behavior%2C+and+Application+to+Reworkable+Adhesives%5BTitle%5D)+AND+%22Macromolecules%22%5BJournal%5D)">Azobenzene-Based (Meth)acrylates: Controlled Radical Polymerization, Photoresponsive Solid–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/pubmed?term=((Light-induced+mechanical+response+in+crosslinked+liquid-crystalline+polymers+with+photoswitchable+glass+transition+temperatures%5BTitle%5D)+AND+%22Nature+Communications%22%5BJournal%5D)">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/pubmed?term=((Reversible+Photorheological+Fluids+Based+on+Spiropyran-Doped+Reverse+Micelles%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+the+American+Chemical+Society%22%5BJournal%5D)">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/pubmed?term=((Switchable+viscosity+triggered+by+CO2+using+smart+worm-like+micelles%5BTitle%5D)+AND+%22Chemical+Communications%22%5BJournal%5D)">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/pubmed?term=((Ultraviolet+light-responsive+photorheological+fluids%3A+as+a+new+class+of+smart+fluids%5BTitle%5D)+AND+%22Smart+Materials+and+Structures%22%5BJournal%5D)">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/pubmed?term=((A+simple+route+to+fluids+with+photo-switchable+viscosities+based+on+a+reversible+transition+between+vesicles+and+wormlike+micelles%5BTitle%5D)+AND+%22Soft+Matter%22%5BJournal%5D)">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/pubmed?term=((Photoinduced+viscosity+control+of+lecithin-based+reverse+wormlike+micellar+systems+using+azobenzene+derivatives%5BTitle%5D)+AND+%22RSC+Advances%22%5BJournal%5D)">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/pubmed?term=((A+single-component+photo-responsive+fluid+based+on+a+gemini+surfactant+with+an+azobenzene+spacer%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Colloid+and+Interface+Science%22%5BJournal%5D)">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/pubmed?term=((Nematic+twist-bend+phase+with+nanoscale+modulation+of+molecular+orientation%5BTitle%5D)+AND+%22Nature+Communications%22%5BJournal%5D)">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/pubmed?term=((Spontaneous+Periodic+Deformations+in+Nonchiral+Planar-Aligned+Bimesogens+with+a+Nematic-Nematic+Transition+and+a+Negative+Elastic+Constant%5BTitle%5D)+AND+%22Physical+Review+Letters%22%5BJournal%5D)">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/pubmed?term=((Fast-and-Giant+Photorheological+Effect+in+a+Liquid+Crystal+Dimer%5BTitle%5D)+AND+%22Advanced+Materials+Interfaces%22%5BJournal%5D)">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/pubmed?term=((Photoliquefiable+ionic+crystals%3A+A+phase+crossover+approach+for+photon+energy+storage+materials+with+functional+multiplicity%5BTitle%5D)+AND+%22Angewandte+Chemie+International+Edition%22%5BJournal%5D)">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/pubmed?term=((Photoswitching+of+glass+transition+temperatures+of+azobenzene-containing+polymers+induces+reversible+solid-to-liquid+transitions%5BTitle%5D)+AND+%22Nature+Chemistry%22%5BJournal%5D)">Photoswitching of glass transition temperatures of azobenzene-containing polymers induces reversible solid-to-liquid transitions.</a> Nature Chemistry. 9, 145-151 (2017).</li>
</ol>

Gli autori non hanno nulla da rivelare.

Come rivelato nella Figura 1, CB6OABOBu è un materiale foto-reattivo con sequenze di fase I, N, TB e Cry al momento del raffreddamento. Poiché l'ordinazione locale di queste fasi differisce in modo significativo, la commutazione foto-guidata delle proprietà reologiche dovrebbe mostrare un buon contrasto viscoso. Per indagare quantitativamente questo, sono state eseguite misurazioni foto-reologia.
In primo luogo, consideriamo i dati reologici misurati al buio<stron...

I materiali meccanici intelligenti con la capacità di cambiare le loro proprietà viscoelastiche in risposta alla variazione ambientale hanno suscitato un enorme interesse tra i ricercatori. La commutabilità è considerata il fattore materiale più importante, che offre robustezza di risposta meccanica ripetitiva negli organismi viventi. Ad oggi, i materiali switchable artificiali con funzioni versatili sono stati progettati utilizzando la materia mollia (cioè idrogel fotoresriusciti1,2,3, polimeri4,5, 6,7,8,9,10,11, cristalli liquidi [LC]9,10,11, 12,13,14,15,16,17, pH-responsive micelle18,19,20 ,21,22e surfactants23). Tuttavia, questi materiali soffrono di più di uno dei seguenti problemi: mancanza di reversibilità, basso rapporto di contrasto di commutazione di viscoelasticità, bassa adattabilità e velocità di commutazione lenta. Nei materiali convenzionali esiste un compromesso tra il rapporto di contrasto di commutazione della viscoelasticità e la velocità di commutazione; pertanto, la progettazione di materiali che coprano tutti questi criteri con prestazioni elevate è difficile. Realizzare materiali con la suddetta onnicapacità, è essenziale selezionare o progettare molecole che portano nature emergenti di alta fluidità (proprietà viscosa) e rigidità (proprietà elastica).
I cristalli liquidi sono sistemi ideali con un numero potenzialmente elevato di fasi cristalline e solide che possono essere sintonizzate mediante progettazione molecolare. Ciò consente strutture autoassemblate a diverse scale di lunghezza in particolari fasi LC. Ad esempio, mentre i LC nematici ad alta simmetria (NLC) presentano una bassa viscosità ed elasticità a causa del loro ordine spaziale a corto raggio, colonnare a bassa simmetria o LC mestotici mostrano un'elevata viscosità ed elasticità a causa della lunga gamma unidimensionale e bidimensionale periodisi. Si prevede che se i materiali LC possono essere commutati tra due fasi con grandi differenze nelle loro proprietà viscoelastiche, allora un materiale intelligente viscoelastico con alte prestazioni può essere raggiunto. Alcuni esempi sono stati segnalati9,10,11,12,13,14,15.
Questo articolo dimostra la preparazione di un materiale LC fotorheologico con una sequenza di fase di isotropico (I)-nematic (N)-twist-bend nematic (TB)24-crystal (Cry) al momento del raffreddamento (e viceversa al momento del riscaldamento), che commutazione viscoelastica in risposta alla luce. Qui sono presentati i metodi per misurare la viscoelasticità e un'illustrazione della relazione microscopica struttura-viscoelasticità. I dettagli sono descritti nelle sezioni relative ai risultati rappresentativi e alla discussione.

<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>Agente di allineamento planare per cristalli liquidi</td></tr><tr><td>BX53P</td><td>Microscopio polarizzatore Olympus</td><td></td><td>con unità di trasmissione/epi-illuminazione</td></tr><tr><td>Strumenti Discovery DSC 25P</td><td>TI</td><td></td><td>Attrezzatura Photo-DSC</td></tr><tr><td>Tagliavetro PRO-1A</td><td>Sankyo</td><td></td><td>A tagliavetro a base di diamante</td></tr><tr><td>HS82</td><td>Mettler Toledo</td><td></td><td>stadio caldo</td></tr><tr><td>MCR502</td><td>Anton Paar</td><td></td><td>Un reometro commerciale</td></tr><tr><td>MRJ-100S</td><td>EHC</td><td></td><td>Macchina per sfregamento</td></tr><tr><td>Adesivo ottico Norland 65, 81</td><td>Norland Products</td><td></td><td>Aderenze fotoreattive</td></tr><tr><td>OmniCure S2000</td><td>Excelitas Technologies</td><td></td><td>Una lampada commerciale ad arco corto a vapori di mercurio ad alta pressione. Massimo 70 mW/cm^2.</td></tr><tr><td>PILATUS 6M</td><td>Dectris</td><td>Rivelatore ibrido per il conteggio dei fotoni per la protezione della diffrazione dei raggi X</td>S1126 Matsunami Glass Substrato di vetro SC-158H EHC Spin coater SCAT-20X DKS Detergente alcalino SLUV-4 AS ONE Lampada ad arco corto a vapori di mercurio a bassa pressione UV-208 <td></td></tr><tr><td></td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td></td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td></td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td></td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td></td><td>Technovision</td><td></td><td>Detergente all'ozono ultravioletto (UV-O3)</td></tr></tbody></table>

commutazione fotorheologica ad alto contrasto e veloce di un cristallo liquido nematico twist-bend

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

I materiali viscoelastici intelligenti che rispondono a stimoli specifici sono una delle classi più interessanti di materiali importanti per le tecnologie future, come le tecnologie di adesione commutabili on-demand, gli attuatori, le frizioni molecolari e la massa nano-microscopica Trasportatori. Recentemente si è scoperto che attraverso una speciale transizione solido-liquido, le proprietà reologiche possono presentare cambiamenti significativi, fornendo così adeguati materiali viscoelastici intelligenti. Tuttavia, la progettazione di materiali con tale proprietà è complessa e i tempi di commutazione avanti e indietro sono in genere lunghi. Pertanto, è importante esplorare nuovi meccanismi di lavoro per realizzare transizioni di liquidi solidi, ridurre il tempo di commutazione e migliorare il contrasto delle proprietà reologiche durante la commutazione. In questo caso, si osserva una transizione di fase cristallo-liquido indotta dalla luce, caratterizzata da microscopia a luce polarizzante (POM), fotorheometria, calorimetria di scansione fotodifferenziale (foto-DSC) e diffrazione a raggi X (XRD). La transizione di fase cristallo-liquido indotta dalla luce presenta caratteristiche chiave come (1) commutazione rapida delle fasi cristallo-liquido per reazioni in avanti e indietro e (2) un elevato rapporto di contrasto della viscoelasticità. Nella caratterizzazione, POM è vantaggioso nell'offrire informazioni sulla distribuzione spaziale degli orientamenti delle molecole LC, determinare il tipo di fasi cristalline liquide che appaiono nel materiale e studiando l'orientamento dei LC. permette di misurazione delle proprietà reologiche di un materiale sotto stimoli leggeri e può rivelare le proprietà di commutazione fotorheologica dei materiali. Il Photo-DSC è una tecnica per studiare le informazioni termodinamiche dei materiali al buio e sotto l'irradiazione leggera. Infine, XRD permette di studiare le strutture microscopiche dei materiali. L'obiettivo di questo articolo è quello di presentare chiaramente come preparare e misurare le proprietà discusse di un materiale fotorheologico.

Immagini POM, dati fotorheometrici, dati foto-DSC e profili di intensità XRD sono stati raccolti nel buio durante la variazione della temperatura e mentre brillano la luce UV. La figura 1a,b rappresenta la struttura di CB6OABOBu, con la sua sequenza di fase e le possibili conformazioni ottimizzate dal campo di forza MM2 nel programma di modellazione (ad esempio, ChemBio3D).
Quando CB6OABOBu è in stato trans, compaiono due stati conformazionali pla...

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

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

Questo protocollo spiega come caratterizzare le proprietà di stiramento viscoelastico dei cristalli liquidi e aiuta a rispondere a domande chiave su come sviluppare nuovi materiali fotoreologici. Il principale vantaggio di questo metodo è che le proprietà reologiche e le proprietà strutturali rilevanti possono essere misurate sotto stimoli leggeri in tempo reale, consentendo la registrazione del comportamento di commutazione fotoreologica. Prima di iniziare la procedura, utilizzare una taglierina di vetro a base di diamante per tagliare substrati di vetro con dimensioni medie di un centimetro per uno e lavare i pezzi a 38 o 42 kilohertz in un detergente alcalino.Successivamente sciacquare i substrati con lavaggi di cinque minuti con sonicazione in acqua distillata fresca per lavaggio e sottosoltare i substrati all'ozono UV per almeno 10 minuti. Per aggiungere uno strato di allineamento planare, utilizzare una pipetta per erogare un millilitro di una soluzione di allineamento planare in poliammide in goccioline da 20 microlitri su ogni substrato di vetro pulito. Utilizzare immediatamente uno spin coater per rivestire uno strato di allineamento spesso circa 20 nanometri sui substrati.Alla fine dello spin, cuocere i substrati di vetro rivestiti a 80 gradi Celsius per 60 minuti per rimuovere il solvente, seguito da polimerizzazione per almeno 60 minuti a 180 gradi Celsius. Quindi utilizzare una macchina per lo sfregamento del panno rayon per strofinare i substrati ai parametri appropriati. Aggiungere 100 microlitri di un adesivo fotoreattivo e 0,1 milligrammi di particelle di vetro di cinque micrometri di diametro su un nuovo substrato di vetro e utilizzare la punta di una graffetta per mescolare i materiali.Trasferire il materiale misto in quattro angoli della cella del substrato di vetro per regolare lo spazio cellulare e utilizzare una lampada ad arco corto a vapore di mercurio a bassa pressione o un UV portato ad illuminare la cella con una lunghezza d'onda di 365 nanometri. Dopo l'illuminazione, posizionare la cella su uno stadio caldo e impostare la temperatura target dello stadio per riscaldare la cella a una temperatura superiore alla transizione di fase nematica liquida isotropica. Al termine della transizione di fase, trasferire l'intero materiale di cristallo liquido da 0,2 a 10 microliter su una superficie aperta della cella.Utilizzare una microspacola per spingere i materiali verso l'ingresso della cella per ottenere il contatto tra il materiale cristallino liquido e l'ingresso della cella. Quindi attendere che il materiale cristallino liquido riempia la cella con la forza capillare. Per la caratterizzazione della trama delle celle a cristalli liquidi, posizionare i campioni sullo stadio caldo per controllare la temperatura del campione con una precisione di 0,1 kelvin più o meno sotto un microscopio a luce polarizzante.Utilizzare una fotocamera digitale a colori e un epi-illuminatore UV per registrare in sequenza le trame durante il raffreddamento e il riscaldamento con e senza irradiazione UV. Per la misurazione reologica dei campioni, eseguire prima l'inerzia della geometria e le calibrazioni a gap zero all'interno del software secondo le istruzioni del produttore. Quindi pesare 250 milligrammi del campione CB6OABOBu in polvere.Successivamente caricare il campione sulla piastra di quarzo di base del reometro e impostare la temperatura della camera campione su un valore superiore al punto di transizione di fase isotropico-nematica. Quindi impostare un valore gap per l'avvicinamento della piastra di misura alla piastra di quarzo di base per sandwichare il campione. Utilizzare salviette da laboratorio di carta per tagliare qualsiasi campione in eccesso che si trova al di fuori dello spazio quando la piastra di misura si ferma nella posizione di rifilatura.Per eseguire la misurazione, irradiare il campione a 365 nanometri, misurando la commutazione fotoreologica di CB6OABOBu utilizzando la lampada ad arco corto a vapore di mercurio ad alta pressione. Nella fase nematica, viene realizzato un allineamento uniassiale delle molecole. Quando si diminuisce la temperatura alla curva di torsione nell'oscurità, si forma un motivo a strisce, in cui le strisce corrono parallele alla direzione di sfregamento della cella di cristallo liquido.Un'ulteriore diminuzione della temperatura porta alla cristallizzazione. L'irradiazione con luce UV altera la conformazione da uno stato trans a uno cis, con conseguente variazione di fase e quindi variazione della trama, con la luce UV che trasforma la texture a strisce allo stato uniassiale allineato della fase nematica quando si parte dalla fase di torsione-piegatura. Lo spegnimento della luce UV consente alle molecole di rilassarsi e rientrare nello stato trans, con conseguente riforma della trama a strisce della fase di torsione-piegatura.La misurazione dell'effettiva viscosità del CB6OABOBu in varie condizioni rivela la dipendenza dalla temperatura dell'effettiva viscosità di taglio. Qui si può osservare la dipendenza da sollecitazione di taglio dell'effettiva viscosità di taglio a diverse temperature durante la prima e la seconda serie. In questo grafico, viene mostrata la variazione tra l'effettiva viscosità di taglio innescata dall'irradiazione UV a diverse temperature.E questi grafici illustrano le curve di commutazione dell'effettiva viscosità di taglio in una scala di tronchi a due temperature diverse. Per ottenere dati affidabili, è fondamentale calibrare il reometro subito prima di acquisire le misurazioni. Un'idea per studi futuri sui dimeri fotosensibili è quella di controllare uno spettro dielettrico a banda larga che potrebbe dare un'idea della dinamica molecolare sulle diverse fasi e condizioni di illuminazione.

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Chimica

Una nuova metodologia viene presentato per sintetizzare e elastomeri programma principale catena liquido cristallini utilizzando commercialmente disponibili monomeri di partenza. Una vasta gamma di proprietà termomeccaniche stato adattato regolando la quantità di reticolante, mentre le prestazioni di azionamento è dipendente dalla quantità di tensione applicata durante la programmazione.

Sintesi di programmabile principale catena Elastomeri liquido-cristallini Utilizzando una a due stadi Thiol-acrilato di reazione

Dimostriamo la preparazione di elastomeri a cristalli liquidi (LCE) a base di silossani ed epossidici e nanocompositi LCE. Gli LCE sono caratterizzati rispetto alla deformazione reversibile, all'ordinamento dei cristalli liquidi e alla rigidità. Come potenziale applicazione, dimostriamo il loro utilizzo come substrati sensibili alla forma in un dispositivo personalizzato per la coltura cellulare attiva.

Preparazione di Monodomain Liquid Crystal Elastomeri e cristallo elastomero Nanocompositi Liquid

Qui, fabbrichiamo micro/nano strutture polimeriche 3D in cui sia la forma che l'allineamento molecolare possono essere ingegnerizzati con precisione su scala nanometrica mediante l'uso della scrittura laser diretta. La deformazione indotta dalla luce di diversi tipi di microstrutture di elastomeri cristallini liquidi può essere controllata su scala microscopica.

Free-forma Attuatori Light - Fabbricazione e Controllo di attuazione in scala microscopica

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'evoluzione transizionale dettagliata.

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L'obiettivo del protocollo è quello di creare film di polimero cristallino liquido che meccanicamente può oscillare sotto irradiazione di luce continua. Descriviamo in dettaglio la concezione dei film freestanding, dal metodo di allineamento di cristalli liquidi per il foto-azionamento. Il protocollo sperimentale applicato per preparare questo materiale è ampiamente applicabile.

Preparazione delle reti di cristalli liquidi per moto oscillatorio macroscopica indotta da luce

Qui, presentiamo i protocolli di analisi differenziale-rilevamento di tempo-risolta infrarosso vibrazionale spettroscopia ed elettrone diffrazione che permettono osservazioni delle deformazioni delle strutture locali nei dintorni di molecole fotoeccitate in un colonnare a cristalli liquidi, dando una prospettiva atomica sul rapporto tra la struttura e le dinamiche di questo materiale fotoattivo.

Nuove tecniche per l'osservazione dinamica strutturale dei cristalli liquidi fotoresponsivi

Questo articolo viene descritto il processo di microfluidica e parametri per preparare particelle azionamento da liquidi cristallini elastomeri. Questo processo permette la preparazione di azionamento di particelle e la variazione delle loro dimensioni e la forma (da oblato a fortemente prolata, core-shell e morfologie di Janus) così come la grandezza dell'azionamento.

Preparazione di microfluidica di liquido cristallino elastomero attuatori

Un protocollo per la realizzazione di un dispositivo di riflettente colesterico liquido cristallino display contenente un redox-sensibile drogante chirali che permette un funzionamento rapido e bassa tensione è presentato.

Un dispositivo cristallino liquido colesterico elettrochimico per la modulazione di colori veloce e bassa tensione

Non mirati metabolomica fornisce una ipotesi la generazione di un'istantanea di un profilo di metabolico. Questo protocollo dimostrerà la estrazione e l'analisi delle metaboliti provenienti da cellule, siero, o tessuto. Una gamma di metaboliti vengono intervistati usando l'estrazione in fase liquido-liquido, microflusso UltraPerformance liquida cromatografia in fase / ad alta-risoluzione di massa spettrometria di (UPLC-HRMS) accoppiato ad software di analisi differenziale di.

Metabolomica non mirati da fonti biologiche Uso UltraPerformance cromatografia liquida-spettrometria di massa ad alta risoluzione (UPLC-HRMS)

La parete cellulare batterica è composta da peptidoglycan, una rete macromolecolare di fili di zucchero reticolati da peptidi. La cromatografia liquida ad alte prestazioni fornisce alta risoluzione e produttività per nuove scoperte della composizione peptidoglycan. Presentiamo una procedura per l'isolamento delle pareti cellulari (sacculi) e la loro successiva preparazione per l'analisi tramite UPLC.

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Scopri come caratterizzare le proprietà viscoelastiche di cristalli liquidi nematici twist-bend. Questo metodo permette misurazioni in tempo reale sotto stimoli luminosi per sviluppare materiali fotorheologici avanzati.

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