Inteligentne materiały mechaniczne z możliwością zmiany swoich właściwości lepkosprężystych w odpowiedzi na zmiany środowiskowe wzbudziły ogromne zainteresowanie wśród badaczy. Przełączalność jest uważana za najważniejszy czynnik materialny, który zapewnia odporność na powtarzalne reakcje mechaniczne w organizmach żywych. Do tej pory sztuczne materiały przełączalne o wszechstronnych funkcjach zostały zaprojektowane z wykorzystaniem miękkiej materii (tj. hydrożeli reagujących na światło1,2,3, polymers4,5,6,7,8,9, 10,11, ciekłe kryształy [LCs]9,10,11,12,13,14,15,16,17, micele reagujące na pH18,19,20,21,22, oraz surfaktanty23). Jednak materiały te cierpią na więcej niż jeden z następujących problemów: brak odwracalności, niski współczynnik kontrastu przełączania lepkosprężystości, niska adaptacyjność i niska prędkość przełączania. W konwencjonalnych materiałach istnieje kompromis między współczynnikiem kontrastu przełączającego lepkosprężystości a prędkością przełączania; W związku z tym projektowanie materiałów spełniających wszystkie te kryteria o wysokiej wydajności jest wyzwaniem. Aby uzyskać materiały o wspomnianej wszechmocy, niezbędny jest wybór lub zaprojektowanie cząsteczek, które mają emergentną naturę zarówno o wysokiej płynności (lepkość), jak i sztywności (właściwości sprężystości).
Ciekłe kryształy to idealne systemy z potencjalnie dużą liczbą faz ciekłokrystalicznych i stałych, które mogą być dostrojone za pomocą projektu molekularnego. Pozwala to na samodzielny montaż konstrukcji w różnych skalach długości w poszczególnych fazach LC. Na przykład, podczas gdy nematyczne LC o wysokiej symetrii (NLC) wykazują niską lepkość i elastyczność ze względu na ich porządek przestrzenny krótkiego zasięgu, kolumnowe lub smektyczne LC o niskiej symetrii wykazują wysoką lepkość i elastyczność ze względu na jedno- i dwuwymiarowe okresy dalekiego zasięgu. Oczekuje się, że jeśli materiały LC mogą być przełączane między dwiema fazami o dużych różnicach w ich właściwościach lepkosprężystych, wówczas można uzyskać lepkosprężysty inteligentny materiał o wysokiej wydajności. Podano kilka przykładów9,10,11,12,13,14,15.
Ten artykuł demonstruje przygotowanie fotoreologicznego materiału LC z sekwencją fazową izotropowego (I)-nematycznego (N)-twist-bend nematycznego (TB)24-kryształ (Cry) po schłodzeniu (i odwrotnie po podgrzaniu), który wykazuje szybkie i odwracalne przełączanie lepkosprężyste w odpowiedzi na światło. Przedstawiono tutaj metody pomiaru lepkosprężystości oraz ilustrację mikroskopijnej zależności struktura-lepkosprężystość. Szczegóły są opisane w sekcjach poświęconych reprezentatywnym wynikom i dyskusji.