Photoresponsive 액정의 구조 역학을 관찰을 위한 새로운 기술

이 방법은 액정 연구의 일반적인 문제를 해결하는 데 도움이 될 수 있습니다. 즉, 광반응 중 최대 분자 운동은 기존의 방법으로는 결정할 수 없습니다. 이러한 기술의 주요 장점은 광여기 액정의 구조와 초고속 역학이 차동 IR 스펙트럼과 차동 전자 회절 패턴 모두에서 얻어진다는 것입니다.

시간 분해 IR 진동 분광법을 시연할 예정입니다. 시간 분해 IR 진동 분광법을 위한 용액상 샘플을 준비하려면 0.025밀리몰의 파이콥을 25밀리리터의 디클로로메탄에 용해시켜 리터당 1밀리몰의 용액을 얻습니다. 액정 상 샘플을 준비하려면 3mm 두께의 불화 칼슘 기질을 pi-COT 분말로 덮습니다.

기판을 핫 플레이트에 놓고 분말을 섭씨 100도에서 녹입니다. 핫 플레이트를 끄고 샘플을 실온으로 식히십시오. 샘플을 준비한 후 티타늄-사파이어 레이저와 처프 펄스 증폭기를 켜고 열 안정화를 기다립니다.

펄스 지속 시간을 120펨토초로, 반복률을 500Hz로, 입사 플루언스를 제곱센티미터당 1밀리줄로 설정합니다. UV 펌프의 전력과 안정성, mid-IR 프로브 펄스를 확인하고 필요에 따라 광학 경로를 재정렬합니다. 수은-카드뮴-텔루르 IR 검출기를 액체 질소로 냉각합니다.

광학 경로와 일치하도록 분광계를 배치하고 분광계를 보정합니다. 그런 다음 1mm 두께의 실리콘 웨이퍼를 샘플 홀더에 테스트 샘플로 장착합니다. 펌프-프로브 지연을 양수 값으로 설정합니다.

펌프 빔을 샘플로 향하게 하는 미러를 조정하여 펌프-프로브 오버랩을 최적화하여 최대 과도 신호 강도를 얻습니다. 마이너스 100피코초에서 시작하여 1000피코엔드에서 끝나는 스캔을 5피코초의 단계 시간으로 설정합니다. 테스트 샘플을 스캔하고 과도 신호가 나타나기 시작하거나 시간 0이 시작되는 시간 위치를 식별합니다.

그런 다음 용액상 샘플을 사용하는 경우 기기에 불화바륨 창이 있는 플로우 셀을 장착하고 플로우 셀을 통해 샘플을 펌핑하기 시작합니다. 액정상 샘플을 사용하는 경우, 샘플을 전동 스테이지에 장착하여 샘플에서 레이저 스폿 위치를 지속적으로 움직일 수 있도록 하여 레이저로 인한 손상을 최소화합니다. 샘플로 시간 제로 시간 위치를 확인하고 시작, 종료 및 단계 시간을 설정합니다.

데이터 파일의 디렉토리를 선택하고 데이터 수집 프로세스를 실행합니다. 먼저 실리콘 질화물 코팅된 웨이퍼를 에칭하고 세척하여 실리콘 질화물 창이 있는 기판을 얻습니다. 실리콘 질화물 창이 위를 향하도록 하여 스핀 코터 척에 기판을 놓습니다.

클로로포름에서 pi-COT의 밀리리터당 10밀리그램 용액으로 기판을 스핀 코팅합니다. 스핀 코팅된 기판을 핫 플레이트에 놓고 핫 플레이트를 섭씨 100도까지 가열하여 pi-COT를 녹입니다. 섭씨 100도에 도달하면 열판을 끄고 샘플을 제자리에서 식혀 pi-COT 액정 필름을 얻습니다.

측정을 시작하려면 s를 장착하십시오.amp기기 s에amp르 홀더. 샘플 홀더를 진공 챔버에 놓고 챔버를 닫습니다. 로터리 펌프를 사용하여 챔버를 1000파스칼 또는 10밀리바 미만으로 배출합니다.

그런 다음 터보 분자 펌프를 사용하여 전자총 챔버를 약 10에서 마이너스 6파스칼까지 배출합니다. 다음으로, 티타늄-사파이어 레이저와 처프 펄스 증폭기를 켜고 1시간 동안 열 안정화시킵니다. 반복률을 500Hz로 설정합니다.

CCD 카메라 냉각기를 켜고 장치를 섭씨 10도로 냉각합니다. 그런 다음 전원 공급 장치를 켜고 전압을 75킬로볼트로 설정합니다. 특수 오버랩 소프트웨어를 열고 노출 시간을 50밀리초로 설정합니다.

프로브 전자빔 위치를 찾으려면 먼저 시작 유형을 z-overlap으로 설정하고 시작을 클릭합니다. 해당 프로세스가 완료되면 y-overlap을 선택하고 시작을 다시 클릭합니다. 그런 다음 전자빔을 샘플 홀더 핀홀 위치로 설정하고 펌프 레이저를 핀홀에 의해 반사된 펌프 광에 맞춥니다.

다음으로, 시간 분해 전자 회절 프로그램으로 전환합니다. 시작 유형을 시간 분해로 설정하고 펌프 영향을 제곱센티미터당 2밀리줄로 설정합니다. 시작을 클릭하여 시료 홀더에 고정된 무기 표준 물질을 기반으로 시간 영점 위치를 측정합니다.

그런 다음 패러데이 컵을 전자빔 경로에 삽입하고 피코 전류계로 플루언스를 측정합니다. neutral density filter를 회전하여 전자빔 플루언스를 3피코암페어로 조정합니다. 펌프 빔 라인에서 웨이브 플레이트를 회전하여 펌프 펄스 플루언스를 1.67밀리와트로 조정합니다.

그런 다음 시간 분해 전자 회절 소프트웨어에서 샘플 위치로 이동합니다. CCD 카메라 노출 시간을 1초로 설정합니다. 시작 유형을 single로 설정하고 시작을 클릭하여 정적 전자 회절 이미지를 얻습니다.

그런 다음 CCD 카메라의 펠티에 요소를 켜고 장치를 섭씨 영하 20도로 냉각합니다. CCD 카메라가 냉각되면 각 단계에서 수집할 패턴 수와 시간 분해 측정을 위한 단계 수를 설정합니다. 시작 유형을 time-resolved로 설정하고 start를 클릭하여 time-resolved electron diffraction image를 수집합니다.

실험이 끝나면 전자 가속 전원 공급 장치를 끕니다. 같은 방법으로 시간 분해 이미지를 수집하여 배경을 얻습니다. pi-COT 기반 액정 박막의 차동 IR 진동 스펙트럼은 COT 및 티아졸 고리 및 비페닐 모야드의 스트레칭 모드에 해당하는 피크를 가졌으며, 이는 pi-COT의 평면 T1 형태에서 IR 활성이 강합니다.

피크 강도의 시간 의존적 진화는 1338 상호 센티미터의 파수를 가졌습니다. 이는 안장에서 2피코초 이내에 평탄한 확인 변경과 일치합니다. 그 후 단일 분자의 경우 10-20 피코초, 적층 분자의 경우 150 피코초에 초기 안장 형태로 이완됩니다.

광반응성 모야드의 전자 회절 피크는 UV 펄스 방사선 후 500피코초 후에 얻은 패턴에서 초기 회절 패턴을 빼서 긴 탄소 사슬이 지배하는 긴 패턴에서 추출되었습니다. positive peak와 negative peaks는 각각 조사 후 500피코초까지 구조적 특징의 형성과 손실을 나타냈습니다. 새로운 질서 구조의 형성은 광여기 후 약 200 피코초 후에 시작되었으며, 이는 적층된 분자에서 초기 안장 형태에 대한 이완과 일치합니다.

300 피코초 시간 척도에서 파이 파이 적층 순서가 손실되는 것은 300-1000 피코초의 수명을 가진 소수의 플랫 컨포머가 입체 장애를 최소화하기 위해 비틀렸기 때문입니다. 우리는 양호한 전자 회절 패턴을 제공하지 않기 때문에 일반적으로 회절 시간에 검사되지 않는 액정에 대해 논의했을 때 이 방법에 대한 아이디어를 처음 떠올렸습니다. 당사의 방법론을 통해 액정 회절 패턴의 변화를 식별하여 중요한 구조 정보와 초고속 분자 역학에 액세스할 수 있습니다.

이러한 기술을 숙달하면 제대로 수행하면 반나절 안에 완료할 수 있습니다. 이러한 기술은 잠재적으로 더 복잡한 생체 재료의 구조 및 초고속 역학에 대한 추가 질문에 답하는 데 사용될 수 있습니다.