Name: Przejście orientacyjne w ciekłym krysztale wywołane termodynamicznym wzrostem międzyfazowych arkuszy zwilżających (Wideo) | JoVE Journal
Uploaded: 2017-05-15T13:00:00.000+00:00
Duration: 6 min 26 s
Description: Poznaj metodę wywoływania przejścia orientacyjnego w ciekłym krysztale poprzez zmianę temperatury. Technika umożliwia wizualizację procesu i badanie właściwości termodynamicznych powierzchniowych.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

Ta praca została wsparta przez grant JSPS KAKENHI o numerze 16H06037. Serdecznie dziękujemy dr Yuji Sasaki z Uniwersytetu Hokkaido za pomoc techniczną dla HR-DSC.

1. Przygotowanie warstwy wyrównującej ciekłokrystaliczną perfluoropolimeru na podłożach szklanych
<ol>
	<li>Przygotowanie roztworu perfluoropolimeru
	<ol>
		<li>Przygotować 1 ml roztworu perfluoropolimeru, rozpuszczając roztwór perfluoropolimeru (9% wag. polimeru) w dostępnym w handlu rozpuszczalniku w stosunku 1:2; zapewnia to uzyskanie jednolitych warstw o grubości 0,5-1 μm do wirowania. 
		UWAGA: Proszę zapoznać się z Listą materiałów, aby zapoznać się z zastosowanym roztworem i rozpuszczalnikiem.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Powlekanie perfluoropolimeru na czystych podłożach szklanych
	<ol>
		<li>Umyj szklane podłoża (typowy rozmiar: 1 cm x 1 cm) za pomocą sonikacji o częstotliwości 38 lub 42 kHz w alkalicznym detergencie. Wielokrotnie płucz je wodą destylowaną. Zazwyczaj spłukuje się więcej niż 10 razy, za każdym razem po 5 minutach sonikacji.</li>
		<li>Podłoża poddać działaniu środka czyszczącego UV-O3 przez 10 min.</li>
		<li>Wlać 20 μl roztworu z kroku 1.1 na oczyszczone podłoża szklane. Roztwór należy natychmiast wirować przy 3 500 obr./min i temperaturze pokojowej przez 70 s. Piecz folię w temperaturze 80 °C przez 60 minut w celu usunięcia rozpuszczalnika i w temperaturze 200 °C przez 60 minut w celu utwardzenia.</li>
	</ol>
	</li>
</ol>
2. Przygotowanie ogniw LC
<ol>
	<li>Sklej ze sobą dwa szklane podłoża pokryte folią za pomocą żywicy fotoutwardzalnej i lampy LED o długości fali 365 nm (1,1 W/cm2). Dostosuj grubość szczeliny między dwoma podłożami do zakresu 2-100 μm, używając mikrometrycznych cząstek szklanych lub folii z naftalanu etylenu.</li>
	<li>Wprowadzić materiał LC, 4'-butylo-4-heptylo-bicykloheksyl-4-karbonitryl (CCN47; 0,2-10 μL)9 do przygotowanych ogniw LC za pomocą szpatułki pod wpływem siły kapilarnej w temperaturze wyższej niż temperatura przemiany fazowej cieczy izotropowej (I)-nematycznej (N). 
	UWAGA: CCN47 ma ujemną anizotropię dielektryczną, a sekwencja faz to Cry 298.6 K SmA 301.3 K N 331.3 K I, gdzie Cry i SmA oznaczają fazy krystaliczne i smektyczne A. Nie należy wprowadzać CCN47 w fazie N lub fazie SmA, ponieważ promowane byłoby wyrównanie wywołane przepływem.</li>
</ol>
3. Charakterystyka próbki
<ol>
	<li>Obserwacja tekstury za pomocą polaryzacyjnej mikroskopii optycznej (POM)10
	<ol>
		<li>Obserwuj komórki LC pod POM za pomocą soczewek obiektywowych 4-100X w połączeniu z gorącym stolikiem, aby kontrolować temperaturę próbki z dokładnością ± 0,1-K. Nagrywaj tekstury w więcej niż 5 klatkach, w równych odstępach czasu na kelwin. Używaj kolorowej kamery cyfrowej sekwencyjnie, zarówno po schłodzeniu, jak i podgrzaniu w zakresie 291-343 K.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Spektroskopia dielektryczna (DS)<klasa sup="xref">11
	<ol>
		<li>Przygotuj ogniwa LC z elektrodami ITO – które mogą mieć kształt kwadratowy lub okrągły i można je kupić w handlu – na obu podłożach. przewód ołowiany do każdego podłoża. 
		UWAGA: Proszę zapoznać się z Listą Materiałów, aby zapoznać się z używanymi podłożami.</li>
		<li>Zmierz pojemność lub stałą dielektryczną ogniw LC, dokładnie tak, jak w przypadku POM, za pomocą komercyjnego analizatora impedancji/fazy wzmocnienia. Upewnij się, że stan próbek jest zrównoważony przed każdym pomiarem. Zmierz zależność czasową pojemności lub stałej dielektrycznej ogniw LC, mierząc pojemność ogniw LC ręcznie co 5 minut.</li>
		<li>Rozpocznij pomiar DS tylko wtedy, gdy pojemność lub stała dielektryczna ogniw LC stanie się niezależna od czasu.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Różnicowa kalorymetria skaningowa o wysokiej rozdzielczości (HR-DSC)12
	<ol>
		<li>Umieść ogniwa LC w domowej roboty HR-DSC w celu zbadania, dokładnie tak jak w POM (nigdy nie używaj misek DSC). Zapoznaj się z Odniesieniem 12, aby zaprojektować i zbudować HR-DSC oraz dowiedzieć się, jak z niego korzystać. Wykonuj pomiary z szybkością skanowania 0,05-0,10 K/min, aby zwiększyć minimalną zdolność rozdzielczą temperatury.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Dyfrakcja promieniowania rentgenowskiego podczas wypasu (GI-XRD)13
	<ol>
		<li>Umieścić celę LC (używaną do POM lub DSC) lub próbkę z kroplą CCN47 o objętości od 2 do 5 μl na powlekanym podłożu na stoliku na próbkę GI-XRD, który powinien być wyposażony w regulator temperatury.</li>
		<li>Równoważyć próbkę przez ponad 10 minut w żądanych temperaturach w zakresie 291-343 K, zarówno po schłodzeniu, jak i po ogrzaniu.</li>
		<li>Użyj padającej wiązki promieniowania rentgenowskiego na próbkę, o minimalnym kącie padania około 0,05-0,10 °, aby wydobyć informacje o powierzchni na temat orientacji molekularnej i uporządkowań/struktur. Odchyl kąt padania wiązki promieniowania rentgenowskiego, aby znaleźć optymalny kąt padania, przy którym siła dyfrakcji jest najsilniejsza. Pomiary należy wykonywać pod optymalnym kątem padania. 
		UWAGA: Należy pamiętać, że GI-XRD umożliwia badanie osobliwości międzyfazowych w skali nanometrów, maksymalizując w ten sposób sygnał z cienkich warstw, jednocześnie minimalizując sygnał z masy. Należy pamiętać, że normalne geometrie XRD, inne niż GI-XRD, nie są metodami wrażliwymi na powierzchnię, ponieważ wiązka promieniowania rentgenowskiego ma dużą głębokość penetracji materiałów.</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>
<li>Carlton, R. J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Chemical+and+Biological+Sensing+Using+Liquid+Crystals%5BTitle%5D)+AND+%22Liq.+Cryst.Rev%22%5BJournal%5D)">Chemical and Biological Sensing Using Liquid Crystals.</a> Liq. Cryst.Rev. 1 (1), 29-51 (2013).</li>
<li>Patel, J. S., Yokoyama, H. <a target="_blank" href="http://www.nature.com/nature/journal/v362/n6420/abs/362525a0.html">Continuous Anchoring Transition in Liquid Crystals.</a> Nature. 362, 525-527 (1993).</li>
<li>Senyuk, B., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Surface+alignment%2C+anchoring+transitions%2C+optical+properties%2C+and+topological+defects+in+the+nematic+phase+of+thermotropic+bent-core+liquid+crystal+A131%5BTitle%5D)+AND+%22Phys+Rev+E%22%5BJournal%5D)">Surface alignment, anchoring transitions, optical properties, and topological defects in the nematic phase of thermotropic bent-core liquid crystal A131.</a> Phys Rev E. 82 (4 Pt 1), 041711(2010).</li>
<li>Bechhoefer, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Critical+Behavior+in+Anchoring+Transitions+of+Nematic+Liquid+Crystals%5BTitle%5D)+AND+%22Phys.+Rev.+Lett%22%5BJournal%5D)">Critical Behavior in Anchoring Transitions of Nematic Liquid Crystals.</a> Phys. Rev. Lett. 64 (16), 1911-1914 (1990).</li>
<li>Dhara, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Anchoring+Transitions+of+Transversely+Polar+Liquid-Crystal+Molecules+on+Perfluoropolymer+Surfaces%5BTitle%5D)+AND+%22Phys.+Rev.+E%22%5BJournal%5D)">Anchoring Transitions of Transversely Polar Liquid-Crystal Molecules on Perfluoropolymer Surfaces.</a> Phys. Rev. E. 79 (6 Pt 1), 60701(2009).</li>
<li>Aya, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Stepwise+heat-capacity+change+at+an+orientation+transition+in+liquid+crystals%5BTitle%5D)+AND+%22Phys.+Rev.+E%22%5BJournal%5D)">Stepwise heat-capacity change at an orientation transition in liquid crystals.</a> Phys. Rev. E. 86 (2), 022512(2014).</li>
<li>Aya, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Thermodynamically+Anchoring-Frustrated+Surface+to+Trigger+Bulk+Discontinuous+Orientational+Transition%5BTitle%5D)+AND+%22Langmuir%22%5BJournal%5D)">Thermodynamically Anchoring-Frustrated Surface to Trigger Bulk Discontinuous Orientational Transition.</a> Langmuir. 32 (41), 10545-10550 (2016).</li>
<li>Dhara, S., Madhusudana, N. V. <a target="_blank" href="https://www.researchgate.net/publication/233369379_Physical_characterisation_of_4'-butyl-4-heptyl-_bicyclohexyl-4-carbonitrile">Physical characterisation of 4'-butyl-4-heptyl-bicyclohexyl-4-carbonitrile.</a> Phase Trans. 81 (6), 561-569 (2008).</li>
<li>Dierking, I. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aDierking%2C+I+%22Textures+of+Liquid+Crystals%22">Textures of Liquid Crystals</a>. , Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA. Weinheim, FRG. (2003).</li>
<li>Perkowski, P., et al. <a target="_blank" href="http://www.academia.edu/23663093/Technical_aspects_of_dielectric_spectroscopy_measurements_of_liquid_crystals">Technical aspects of dielectric spectroscopy measurements of liquid crystals.</a> Opto-Electronics Review. 16 (3), 271-276 (2008).</li>
<li>Inaba, H. <a target="_blank" href="https://www.researchgate.net/publication/243957141_Nanowatt_stabilized_DSC_and_ITS_applications">Nano-watt stabilized DSC and ITS applications.</a> J Therm Anal Calorim. 79 (3), 605-613 (2005).</li>
<li>Leveiller, F., Boehm, C., Jacquemain, D. <a target="_blank" href="http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/la00015a037">Two-dimensional crystal structure of cadmium arachidate studied by synchrotron X-ray diffraction and reflectivity.</a> Langmuir. 10 (3), 819-829 (1994).</li>
<li>de Gennes, P. G., Prost, J. <a target="_blank" href="https://www.researchgate.net/publication/261592441_The_Physics_of_Liquid_Crystals_Second_Edition_by_PG_de_Gennes_and_J_Prost_International_Series_of_Monographs_on_Physics_No_83_published_OUP_1993_ISBN_0_19852024_7">The Physics of Liquid Crystals (Second Edition)</a>. , Oxford University Press. (1993).</li>
<li>Aya, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Critical+Behavior+in+an+Electric-Field-Induced+Anchoring+Transition+in+a+Liquid+Crystal%5BTitle%5D)+AND+%22Phys.+Rev.+E%22%5BJournal%5D)">Critical Behavior in an Electric-Field-Induced Anchoring Transition in a Liquid Crystal.</a> Phys. Rev. E. 86 (1 Pt 1), 10701(2012).</li>
<li>Avrami, M. <a target="_blank" href="http://aip.scitation.org/doi/abs/10.1063/1.1750380">Kinetics of Phase Change. I General Theory.</a> J. Chem. Phys. 7, 1103-1112 (1939).</li>
<li>Avrami, M. <a target="_blank" href="http://aip.scitation.org/doi/abs/10.1063/1.1750631">Kinetics of Phase Change. II Transformation-Time Relations for Random Distribution of Nuclei.</a> J. Chem. Phys. 8 (2), 212-224 (1939).</li>
<li>Avrami, M. <a target="_blank" href="http://aip.scitation.org/doi/abs/10.1063/1.1750872">Granulation Phase Change, and Microstructure Kinetics of Phase Change. III.</a> J. Chem. Phys. 9, 177-184 (1941).</li>
<li>Sasaki, Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Distinctive+Thermal+Behavior+and+Nanoscale+Phase+Separation+in+the+Heterogeneous+Liquid-+Crystal+B4+Matrix+of+Bent-Core+Molecules%5BTitle%5D)+AND+%22Phys.+Rev.+Lett%22%5BJournal%5D)">Distinctive Thermal Behavior and Nanoscale Phase Separation in the Heterogeneous Liquid- Crystal B4 Matrix of Bent-Core Molecules.</a> Phys. Rev. Lett. 107 (23), 237802(2011).</li>
</ol>

Autorzy nie mają nic do ujawnienia.

Obrazy POM przy powiększeniu 10x, wykonane przy użyciu komórki LC o grubości 5 µm (Rycina 1a oraz b), wyraźnie pokazują, że stan orientacyjny cząsteczek LC w objętości przechodzi z orientacji P w V podczas zmian temperatury w sposób charakterystyczny dla przejścia pierwszego rodzaju. Przejście to objawia się procesami nukleacji i wzrostu domen, przy czym nowa orientacja różni się od orientacji początkowej o 90°. Temperatury przejścia podczas chłodzenia i ogrzewania wynoszą odpowiednio 32...

W ostatnich latach rośnie zainteresowanie nauką, jak dynamiczne cechy molekularne i struktury molekuł powierzchniowych w odpowiedzi na bodźce zewnętrzne mogą wpływać na orientację materiałów w stanach LC. Jednym z przykładów jest użycie biosensorów LC jako nowego zastosowania LCs1,2. Aby określić ilościowo, ile docelowych gatunków biologicznych jest wykrywanych, ważne jest, aby wiedzieć, w jaki sposób międzyfazowe LC, które stykają się z przylegającymi cząsteczkami docelowymi, zmieniają się i ewoluują, jednocześnie wykrywając i w jaki sposób przenoszą/przekładają swoje właściwości na masę.
Korzystając z modeli do poszukiwania tych odpowiedzi, zaczęliśmy od systemów, których powierzchniowa orientacja molekularna i krótkie porządki różnią się termodynamicznie. Systemy te pozwalają nam w systematyczny sposób korelować zmiany orientacji i uporządkowania powierzchni z wynikającą z nich orientacją masy. Ostatnio znaleźliśmy kilka układów LC, które wykazują przejścia orientacyjne, w których spontaniczna orientacja molekularna zmienia się wraz z temperaturą. Zasadniczo przejścia orientacyjne można podzielić na quasi-second-order3,4 lub quasi-first-order transition5,6,7,8. Pierwszemu z nich towarzyszy ciągła masowa reorientacja molekularna pod wpływem zmian temperatury, podczas gdy druga wykazuje nieciągłą. W tym artykule opisujemy przejście orientacyjne w sposób quasi-pierwszego rzędu między stanami orientacyjnymi P i V. Przebiega w pojedynczej fazie nematycznej (N) poprzez zmianę temperatury. Szczegóły zostaną podane w Reprezentatywnych wynikach i Dyskusji.
Ponieważ zmiana orientacji w masie powinna być regulowana przez zmianę orientacji molekularnej powierzchni i uporządkowania krótkiego zasięgu, oczywiste jest, że ten system może potencjalnie zaoferować wgląd w to, jak termodynamiczna zmienność w orientacji molekularnej powierzchni i porządkowaniu krótkiego zasięgu wpływa na orientację masy. W tym artykule, mając na celu zrozumienie powyższych zagadnień, zajęliśmy się trzema problemami przy użyciu czterech uzupełniających się metod (tj. POM, DS, HR-DSC i GI-XRD): (1) Jak wygląda przejście orientacyjne? (2) Czy przejście orientacyjne jest wykrywalne termicznie? (3) Dlaczego i w jaki sposób następuje przejście orientacyjne?

<table><tbody><tr><td>CYTOP</td><td>Asahi Glass Co., Sp. z o.o.</td><td>CTX-809A</td><td></td></tr><tr><td>Rozpuszczalnik dla CYTOP</td><td>Asahi Glass Co., Ltd.</td><td>CT-180 Sol.</td><td></td></tr><tr><td>Detergent alkaliczny</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>Do kupienia w Edmund Optics</td></tr><tr><td>AL1254</td><td>JSR Corporation</td><td></td><td>Planarny materiał do wyrównywania w samodzielnie wykonanych komórkach</td></tr><tr><td>4'-butylo-4-heptylo-bicykloheksylo-4-karbonitryl</td><td>Nematel GmbH & Co. KG</td><td></td><td>Wykonany na zamówienie</td></tr><tr><td>środek czyszczący UV-O3</td><td>Technovision Inc.</td><td>UV-208</td><td></td></tr><tr><td>System gorącego etapu</td><td>Mettler Toledo</td><td>HS82</td><td></td></tr><tr><td>Głowica kamery kolorowej o wysokiej rozdzielczości</td><td>Nikon</td><td>DS-Fi1</td><td></td></tr><tr><td>Analizator impedancji/fazy wzmocnienia</td><td>Solartron Analytical</td><td>1260</td><td></td></tr><tr><td>Podłoże pokryte tlenkiem indu i cyny (ITO)</td><td>GEOMATEC Co., Ltd.</td><td></td><td>Zamówienie</td></tr></tbody></table>

przejście orientacyjne w ciekłym krysztale wywołane termodynamicznym wzrostem międzyfazowych arkuszy zwilżających

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

W chemii fizycznej ciekłokrystalicznej (LC), cząsteczki znajdujące się blisko powierzchni odgrywają wielką rolę w kontrolowaniu orientacji masy. Do tej pory, głównie w celu osiągnięcia pożądanych stanów orientacji molekularnej na wyświetlaczach LC, intensywnie badano "statyczną" właściwość powierzchniową LC, tzw. zakotwiczenie powierzchniowe. Z reguły, gdy początkowa orientacja LC zostanie "zablokowana" przez określone obróbki powierzchni, takie jak tarcie lub obróbka określoną warstwą wyrównującą, prawie nie zmienia się wraz z temperaturą. W tym miejscu przedstawiamy system wykazujący orientację w zależności od zmian temperatury, co jest sprzeczne z konsensusem. Tuż przy przejściu masowe cząsteczki LC doświadczają rotacji orientacyjnej, z 90° między orientacją płaską (P) w wysokich temperaturach a orientacją pionową (V) w niskich temperaturach w sposób przejściowy pierwszego rzędu. Śledziliśmy termodynamiczne zakotwiczenie powierzchni za pomocą polaryzacyjnej mikroskopii optycznej (POM), spektroskopii dielektrycznej (DS), różnicowej kalorymetrii skaningowej o wysokiej rozdzielczości (HR-DSC) i dyfrakcji promieniowania rentgenowskiego o częstości występowania (GI-XRD) i osiągnęliśmy wiarygodne wyjaśnienie fizyczne: że przejście jest wyzwalane przez wzrost arkuszy zwilżających powierzchnię, które narzucają orientację V lokalnie przeciwko orientacji P w masie. Krajobraz ten stanowiłby ogólny link wyjaśniający, w jaki sposób orientacja zlokalizowana powierzchniowo wpływa na orientację masy równowagi w wielu układach LC. W naszej charakterystyce POM i DS są korzystne, ponieważ dostarczają informacji na temat przestrzennego rozkładu orientacji cząsteczek LC. HR-DSC dostarcza informacji o dokładnych informacjach termodynamicznych na przejściach, które nie mogą być uwzględnione przez konwencjonalne instrumenty DSC ze względu na ograniczoną rozdzielczość. GI-XRD dostarcza informacji na temat specyficznej dla powierzchni orientacji molekularnej i uporządkowania krótkiego zasięgu. Celem niniejszej pracy jest przedstawienie protokołu przygotowania próbki wykazującej przejście oraz wykazanie, w jaki sposób termodynamiczna zmienność strukturalna, zarówno w masie, jak i na powierzchniach, może być analizowana za pomocą wyżej wymienionych metod.

Obrazy POM, dane DS, dane HR-DSC oraz wzory GI-XRD były zbierane podczas zmiany temperatury, szczególnie w pobliżu przejścia orientacyjnego zarówno podczas chłodzenia, jak i ogrzewania.
Rysunek 1 reprezentuje ewolucję tekstury, zaobserwowanej za pomocą pomiarów POM i DS, podczas przejścia orientacyjnego od stanu orientacyjnego P(V) do V(P) w trakcie chłodzenia (ogrzewania). Proces reorientacji podcz...

Tutaj prezentujemy protokół do wywołania orientacyjnego przejścia ciekłego kryształu w odpowiedzi na temperaturę. Opisano metodologie przygotowania próbki w celu obserwacji przejścia i szczegółowej ewolucji przejściowej.

Przejście orientacyjne w ciekłym krysztale wywołane termodynamicznym wzrostem międzyfazowych arkuszy zwilżających

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

Ogólnym celem niniejszej procedury jest wywołanie przejścia orientacyjnego kryształu ciekłego w odpowiedzi na zmianę temperatury oraz charakterystyka tego przejścia. Metoda ta może pomóc w udzieleniu odpowiedzi na kluczowe pytania w dziedzinie kryształów ciekłych, takie jak zachowanie termodynamicznego kotwiczenia powierzchniowego.Zaletą tego protokołu jest możliwość wyraźnego zobrazowania przejścia orientacyjnego w sposób ciągły, co pozwala na systematyczne badanie związanych z nim właściwości fizycznych. Aby rozpocząć tę procedurę, należy przygotować 1 mL roztworu perfluoropolimeru, rozpuszczając wybrany perfluoropolimer w rozpuszczalniku handlowym w stosunku 1:2, aby zapewnić otrzymanie jednorodnych warstw o grubości od 0,5 do 1 µm podczas nanoszenia metodą spin coatingu.Następnie należy umyć szklane podłoża w myjce ultradźwiękowej przy częstotliwości 42 kHz w detergencie alkalicznym. Potem każde podłoże należy wielokrotnie opłukać wodą destylowaną. Po opłukaniu i wysuszeniu podłoży należy poddać je działaniu czyszczarki UV-ozonowej przez 10 minut.Następnie nanieś kroplą 20 µL roztworu perfluoropolimeru na każdą oczyszczoną szklaną podstawkę. Bezzwłocznie rozkręć roztwór w technice spin coating przy 3 500 rpm w temperaturze pokojowej przez 70 sekund. Następnie wypal film w temperaturze 80 °C przez 60 minut w celu usunięcia rozpuszczalnika oraz w temperaturze 200 °C przez 60 minut w celu utwardzenia.Nanieś żywicę utwardzaną światłem, zmieszaną z mikrometrycznymi cząsteczkami szkła, na jedno z podłoży szklanych pokrytych warstwą filmu. Następnie umieść drugie pokryte filmem podłoże szklane na pierwszym i użyj lampy LED o długości fali 365 nm, aby skleić oba podłoża. Następnie wprowadź od 0,2 do 10 µL CCN47 do każdej z przygotowanych ogniw LC, używając szpatułki pod wpływem sił kapilarnych w temperaturze wyższej niż temperatura przejścia fazowego z fazy izotropowej w nematyczną.Następnie obserwuj komórki LC pod mikroskopem optycznym w świetle spolaryzowanym, używając obiektywów od 4 do 100X wraz ze stołem grzewczym w celu kontroli temperatury próbki z dokładnością do ±0,1 K. Za pomocą cyfrowej kamery kolorystycznej zarejestruj tekstury w więcej niż pięciu klatkach, w równych odstępach na każdy K, zarówno podczas chłodzenia, jak i ogrzewania w zakresie od 291 do 343 K. Do spektroskopii dielektrycznej przygotuj komórkę LC z elektrodami ITO, przylutowując przewody doprowadzające do każdego podłoża.Aby zmierzyć pojemność ogniw LC, należy podłączyć je do zacisków komercyjnego analizatora impedancji, wzmocnienia i fazy. Następnie, za pomocą analizatora, należy mierzyć zależność pojemności ogniw LC od czasu w odstępach pięciu minut. Do analizy HR-DSC należy umieścić ogniwa LC w wykonanym własnoręcznie urządzeniu HR-DSC w celu przeprowadzenia badania.Pomiary należy przeprowadzić z szybkością skanowania od 0,05 do 0,10 Kelvin na minutę, aby zwiększyć minimalną rozdzielczość temperaturową. Przedstawiono tutaj ewolucję tekstury uzyskaną za pomocą polaryzacyjnej mikroskopii optycznej oraz pomiarów spektroskopii dielektrycznej podczas przejścia orientacyjnego ze stanu planarnego do wertykalnego w trakcie chłodzenia i ogrzewania. Podczas chłodzenia orientacja planarna występuje bezpośrednio poniżej temperatury przejścia izotropowo-nematycznego.Wraz z pojawieniem się tekstur Schlierena z dwoma i czterema szczotkami. Poprzez wyżarzanie lub dalsze chłodzenie pole widzenia staje się całkowicie ciemne, co sugeruje zakończenie przejścia orientacyjnego. Przedstawione są tutaj dane HR-DSC obrazujące przepływ ciepła przez próbkę jako funkcję temperatury i czasu.Dane dotyczące zmian strumienia ciepła w czasie zostały wykorzystane do analizy wykładnika Avramiego po przejściu orientacyjnym. Wzorce dyfrakcji promieni rentgenowskich w kącie wypadania w geometrii kropelkowej oraz w geometrii komórki LC C2 w różnych temperaturach. Wykazują one uporządkowanie krótkozasięgowe kwazi-smektycznych warstw zwilżania α.Z obecnością struktur warstwowych tworzących się w pobliżu powierzchni. Nawet w zakresie temperatur odpowiadającym planarnym stanom orientacyjnym utrzymują się quasi-smektyczne warstwy zwilżania typu a, co wskazuje na frustrację warunków orientacyjnych powierzchni. Zakres histerezy jest zgodny z zakresem potwierdzonym za pomocą polaryzacyjnej mikroskopii optycznej oraz spektroskopii dielektrycznej, co sugeruje, że przejście orientacyjne jest wywołane wzrostem quasi-smektycznych warstw zwilżania typu a.Po opanowaniu tej metody obserwacja przejścia orientacyjnego może zostać przeprowadzona w ciągu czterech godzin, pod warunkiem prawidłowego wykonania procedur przygotowawczych. Po zastosowaniu tej procedury można przeprowadzić inne metody, takie jak konfokalna mikroskopia fluorescencyjna i nieliniowa analiza optyczna, aby odpowiedzieć na dodatkowe pytania, np. dotyczące specyficznego rozkładu orientacji dyrektora kryształu ciekłego. Po opracowaniu ta technika utorowała drogę badaczom w dziedzinie nauki o powierzchniach kryształów ciekłych do odkrywania powiązań między strukturami mikroskopowymi w pobliżu powierzchni a strukturami i właściwościami mikroskopowymi.Po obejrzeniu tego filmu powinni Państwo dobrze rozumieć, jak przygotować próbkę do obserwacji przejścia orientacyjnego oraz jak scharakteryzować kluczowe właściwości fizyczne.

orientational-transition-liquid-crystal-triggered-thermodynamic

Research

JoVE Journal

Engineering

Inżynieria

Tutaj prezentujemy protokół do badania wieloskładnikowych diagramów fazowych przy użyciu zewnętrznie kontrolowanych kulek magnetycznych jako nośników cieczy w podejściu lab-in-tube. Takie podejście może być pomocne w zastosowaniach, które mają na celu zebranie dalszych informacji na temat przemiany fazowej w złożonych układach cieczowych.

Charakterystyka diagramu fazowego z wykorzystaniem kulek magnetycznych jako nośników cieczy

Dwuwymiarowy materiał modelowy z dyskotycznego fosforanu cyrkonu został opracowany. Nieorganiczny kryształ o strukturze blaszkowej zsyntetyzowano metodami hydrotermalnymi, refluksowymi i mikrofalowymi. Podczas eksfoliacji cząsteczkami organicznymi warstwowe kryształy mogą zostać przekształcone w monowarstwy, a nematyczna faza ciekłokrystaliczna została utworzona przy wystarczającym stężeniu monowarstw.

Synteza i złuszczanie dyskotycznych fosforanów cyrkonu w celu otrzymania koloidalnych ciekłych kryształów

Demonstrujemy przygotowanie elastomerów ciekłokrystalicznych (LCE) na bazie siloksanów i epoksydów oraz nanokompozytów LCE. LCE są charakteryzowane pod względem odkształcenia odwracalnego, uporządkowania ciekłokrystalicznego i sztywności. Jako potencjalne zastosowanie demonstrujemy ich zastosowanie jako substratów reagujących na kształt w niestandardowym urządzeniu do aktywnej hodowli komórek.

Otrzymywanie monodomenowych elastomerów ciekłokrystalicznych i nanokompozytów elastomerów ciekłokrystalicznych

Celem protokołu jest stworzenie ciekłokrystalicznych warstw polimerowych, które mogą mechanicznie oscylować pod wpływem ciągłego promieniowania światłem. Szczegółowo opisujemy koncepcję folii wolnostojących, od metody wyrównywania ciekłokrystalicznego po fotoaktywację. Protokół eksperymentalny zastosowany do przygotowania tego materiału ma szerokie zastosowanie.

Przygotowanie sieci ciekłokrystalicznych do makroskopowych ruchów oscylacyjnych indukowanych światłem

Tutaj prezentujemy protokoły analiz detekcji różnicowej czasowo-rozdzielczej spektroskopii oscylacyjnej w podczerwieni i dyfrakcji elektronów, które umożliwiają obserwacje deformacji lokalnych struktur wokół fotowzbudzonych cząsteczek w kolumnowym ciekłym krysztale, dając atomową perspektywę na związek między strukturą a dynamiką tego fotoaktywnego materiału.

Nowatorskie techniki obserwacji dynamiki strukturalnej fotoczułych ciekłych kryształów

Ten artykuł opisuje proces mikroprzepływowy i parametry przygotowania cząstek uruchamiających z elastomerów ciekłokrystalicznych. Proces ten pozwala na przygotowanie cząstek uruchamiających oraz zmianę ich wielkości i kształtu (od spłaszczonej do silnie prolate, morfologii rdzeń-powłoka i janus), a także wielkość aktywacji.

Przygotowanie mikroprzepływowe siłowników z elastomeru ciekłokrystalicznego

W tym raporcie prezentujemy protokół do badania bezpośrednich efektów magnetoelektrycznych, tj. indukcji polaryzacji ferroelektrycznej poprzez zastosowanie pól magnetycznych w ciekłych kryształach. Protokół ten zapewnia unikalne podejście, wspierane przez miękkość ciekłych kryształów, w celu uzyskania magnetoelektryków w temperaturze pokojowej.

Pomiar magnetycznie dostrojonej polaryzacji ferroelektrycznej w ciekłych kryształach

Ten protokół demonstruje przygotowanie materiału fotoreologicznego, który wykazuje fazę stałą, różne fazy ciekłokrystaliczne i izotropową fazę ciekłą poprzez zwiększenie temperatury. Przedstawiono metody pomiaru zależności struktura-lepkosprężystość materiału.

Wysoki kontrast i szybkie przełączanie fotoreologiczne nematycznego ciekłego kryształu typu twist-bend

Ten artykuł opisuje prostą metodę wytwarzania pionowo ustawionych matryc nanorurek węglowych za pomocą CVD, a następnie dostrajania ich właściwości zwilżania poprzez wystawienie ich na wyżarzanie próżniowe lub obróbkę utleniania na sucho.

Procesy utleniania na sucho i wyżarzania próżniowego w celu dostrojenia właściwości zwilżających matryc z nanorurek węglowych

Rosnąca liczba urządzeń do radioterapii oferuje tę zaletę, że dostarcza dawkę przez bardzo małe wiązki do guza, co pozwala na większą zgodność i wyższe dawki na frakcję. Do dozymetrii tych małych pól można użyć wielu różnych detektorów. W niniejszym badaniu badany jest wpływ rekombinacji jonów w komorze jonizacyjnej z cieczą przy użyciu systemu radioterapii stereotaktycznej.

Charakterystyka efektów rekombinacji w ciekłej komorze jonizacyjnej wykorzystywanej do dozymetrii akceleratora radiochirurgicznego

Poznaj metodę wywoływania przejścia orientacyjnego w ciekłym krysztale poprzez zmianę temperatury. Technika umożliwia wizualizację procesu i badanie właściwości termodynamicznych powierzchniowych.

Przejście orientacyjne w ciekłym krysztale wywołane termodynamicznym wzrostem międzyfazowych arkuszy zwilżających

Przeglądaj więcej filmów