Name: Wysoki kontrast i szybkie przełączanie fotoreologiczne nematycznego ciekłego kryształu typu twist-bend (Wideo) | JoVE Journal
Uploaded: 2019-10-31T14:45:00.000+00:00
Duration: 6 min 24 s
Description: Odkryj metodę pomiaru właściwości lepkosprężystych ciekłych kryształów pod wpływem światła UV w czasie rzeczywistym. Protokół umożliwia charakteryzację przełączania fazowego materiałów fotorheologicznych.

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 była wspierana przez dwustronny wspólny projekt badawczy HAS-JSPS. Uznaje się wsparcie finansowe z grantów NKFIH PD 121019 i FK 125134.

1. Przygotowanie powierzchni do płaskiego wyrównania cząsteczek LC
<ol>
	<li>Przygotuj czyste podłoża szklane.
	<ol>
		<li>Pociąć szklane podłoża za pomocą noża do szkła na bazie diamentu (Tabela materiałów) na małe kwadratowe kawałki o średnich wymiarach 1 cm x 1 cm. Umyj je przez sonikację przy 38 kHz lub 42 kHz w alkalicznym detergencie (Tabela materiałów, rozcieńczony w wodzie w stosunku objętości detergentu do wody 1:3) i kilkakrotnie spłucz wodą destylowaną (zazwyczaj, więcej niż 10x z 5 minutami sonikacji na każde płukanie).</li>
		<li>Podłoża należy poddać działaniu środka czyszczącego z użyciem ozonu ultrafioletowego (UV-O3) (tabela materiałów) przez ponad 10 minut.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Pokryj płaską warstwę wyrównującą na czystych podłożach szklanych.
	<ol>
		<li>Wlać pipetą 20 μl z 1 ml poliimidowego roztworu do wyrównywania powierzchni (tabela materiałów, w stanie, w jakim jest) za pomocą pipety na oczyszczone szklane podłoża. Roztwór należy natychmiast odwirować za pomocą powlekarki wirowej (tabela materiałów) przy 3 000 obr./min i temperaturze pokojowej (RT) przez 70 s. 
		UWAGA: Typowa grubość warstwy wyrównującej wynosi około 20 nm.</li>
		<li>Podłoża ze szkła powlekanego wypalać w temperaturze 80 °C przez 60 minut w celu usunięcia rozpuszczalnika i w temperaturze 180 °C przez >60 minut w celu utwardzenia. Przecierać podłoża za pomocą maszyny do nacierania tkanin ze sztucznego jedwabiu (tabela materiałów) o następujących parametrach: prędkość obrotowa = 300 obr./min, prędkość płyty = 20 mm/s i wycisk = 0,3 mm, aby uzyskać jednoosiowe wyrównanie materiałów LC.</li>
	</ol>
	</li>
</ol>
2. Przygotowanie ogniw LC
<ol>
	<li>Umieść szklane podłoże pokryte warstwą wyrównującą na innym podłożu, tak aby warstwy wyrównujące były skierowane twarzą w twarz i upewnij się, że zachodzą na siebie w 80%, tworząc komórkę. 
	UWAGA: 20% powierzchni niezachodzących na siebie ma być używane do wprowadzania materiałów LC do komórki.</li>
	<li>Umieść 100 μl kleju fotoreaktywnego (tabela materiałów) i 0,1 mg mikrometrowych cząstek szkła (średnica = 5 μm) na czystym podłożu szklanym i wymieszaj je ręcznie za pomocą końcówki spinacza do papieru. Przenieś zmieszany materiał do czterech rogów ogniwa, aby wyregulować szczelinę ogniwa i oświetlić ogniwo za pomocą niskociśnieniowej lampy rtęciowej o krótkim łuku (tabela materiałów) o długości fali 365 nm (1,1 W/cm2). Umieść ogniwo pod lampą LED w odległości 1 cm na 5 minut.</li>
	<li>Po oświetleniu umieść ogniwo na gorącym stoliku i ustaw docelową temperaturę stolika, aby podgrzać ogniwo do temperatury wyższej niż izotropowe przejście fazowe ciecz (I)-nematyczna (N) (zwykle w temperaturze 160 °C). Przenieść materiał LC (1-[4-butoksyazobenzen-4'-yloksy]-6-[4-cyjanobifenylo-4' yl]heksan; CB6OABOBu; 0,2−10,0 μL) na jedną otwartą powierzchnię komórki i popchnąć materiały w kierunku wejścia do komórki za pomocą mikroszpatułki, aby uzyskać kontakt między materiałem LC a wejściem do komórki. Poczekaj, aż materiały LC zostaną wypełnione w ogniwie przez siłę kapilarną. 
	UWAGA: CB6OABOBu ma sekwencję faz: Cry 100.3 °C TB 105.2 °C N 151.7 °C I przy ogrzewaniu i I 151.4 °C N 104.5 °C TB 83 °C Cry przy chłodzeniu. Nie wprowadzaj CB6OABOBu do fazy N lub fazy TB, ponieważ sprzyja to wyrównaniu wywołanemu przepływem.</li>
</ol>
3. Charakterystyka tekstury za pomocą polaryzacyjnej mikroskopii optycznej
<ol>
	<li>Obserwuj komórki LC umieszczone na gorącym stoliku w celu kontrolowania temperatury próbki (40−180 °C) z dokładnością ± 0,1 K pod mikroskopem światła polaryzacyjnego (POM, Tabela materiałów) przy użyciu soczewek obiektywowych 4x−100x. Rejestruj tekstury za pomocą kolorowej kamery cyfrowej sekwencyjnie podczas chłodzenia i ogrzewania.</li>
	<li>Użyć oświetlacza UV epi (Tabela materiałów) wyposażonego w POM o długości fali 365 nm (50 mW/cm2).</li>
</ol>
4. Pomiary fotoreologiczne
<ol>
	<li>Przygotowanie pomiarów reologicznych.
	<ol>
		<li>Przed umieszczeniem jakiejkolwiek próbki na stoliku reometru (Tabela materiałów) należy wykonać kalibrację bezwładności geometrii i kalibrację szczeliny zerowej kontrolowaną przez oprogramowanie zgodnie z instrukcjami producenta, aby zapewnić dokładność badania reologicznego. Odważyć 250 mg próbki proszku CB6OABOBu i załadować ją na podstawową płytkę kwarcową reometru. 
		UWAGA: W niniejszym badaniu używana jest płyta o średnicy 50 mm.</li>
		<li>Ustawić temperaturę komory próbki na wartość wyższą od punktu przejścia fazowego I-N (>160 °C). Ustaw wartość przerwy dla zbliżenia płytki pomiarowej do podstawy płytki kwarcowej w celu ułożenia próbki (typowa stosowana wartość przerwy = 20 μm). Przyciąć nadmiar próbki (np. za pomocą chusteczek papierowych), która znajduje się poza szczeliną, gdy płytka pomiarowa zatrzymuje się w pozycji przycinania, która znajduje się 25 μm powyżej docelowej szczeliny. 
		UWAGA: Nie pozwól, aby nadmierna ilość CB6OABOBu została wprowadzona do komory próbki, ponieważ spowoduje to niedokładność pomiarów.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Wykonaj pomiary reologiczne.
	<ol>
		<li>Naświetlić światło UV o długości fali 365 nm (1−100 mW/cm2), mierząc przełączanie fotoreologiczne CB6OABOBu za pomocą wysokoprężnej lampy rtęciowej o krótkim łuku. 
		UWAGA: Światło zostanie poprowadzone spod pojemnika na próbki przez podstawową płytę kwarcową.</li>
		<li>Wykonuj pomiary w 1) trybie oscylacyjnym w celu wydobycia dynamicznych informacji o przywracaniu materiału i 2) stałym trybie obrotowym w celu uzyskania efektywnej lepkości rotacyjnej. W przypadku pomiarów w trybie rotacyjnym należy zastosować do próbki stałe naprężenie ścinające wynoszące 13 Pa, aby upewnić się, że pomiar jest wykonywany w reżimie Newtona. 
		UWAGA: Wybór trybów odbywa się za pomocą oprogramowania zgodnie z instrukcjami producenta.</li>
	</ol>
	</li>
</ol>
5. Fotoróżnicowa kalorymetria skaningowa
<ol>
	<li>Zważyć 10 mg próbki proszku CB6OABOBu i załadować ją do szalki do złotej różnicowej kalorymetrii skaningowej (DSC). Podgrzać próbkę do temperatury 170 °C w fazie izotropowej i upewnić się, że w szalce DSC nie ma niejednorodnego rozkładu próbki, jaki można zaobserwować gołym okiem. Przykryj patelnię DSC płytą kwarcową.</li>
	<li>Pomiary foto-DSC należy wykonać zgodnie z instrukcjami producenta (Tabela materiałów). Pomiar danych DSC przy skanowaniu 10 °C/min. 
	UWAGA: Maszyna photo-DSC jest wyposażona w natężenie światła UV 50 mW/cm2.</li>
</ol>
6. Charakterystyka dyfrakcji rentgenowskiej
<ol>
	<li>Podgrzać próbkę w proszku CB6OABOBu na gorącym stoliku w temperaturze 170 °C i zassać próbkę do kapilary XRD (średnica = 0,5 mm) za pomocą siły kapilarnej.</li>
	<li>Przymocować kapilar do uchwytu na próbkę wyposażonego w regulator temperatury. Ustaw temperaturę komory (60 °C, 70 °C, 80 °C, 90 °C, 100 °C, 110 °C, 120 °C, 130 °C, 140 °C, 150 °C, 160 °C i 170 °C dla każdego pomiaru dyfrakcji rentgenowskiej).</li>
	<li>Naświetlić próbkę promieniowaniem rentgenowskim i wykryć dyfrakcyjne wiązki promieniowania rentgenowskiego za pomocą detektora bez promieniowania UV i przy natężeniu światła UV 10 mW/cm2 przez 1 minutę i 10 min. 
	UWAGA: Niniejsze badanie zostało przeprowadzone na linii badawczej RIKEN BL45XU. Źródłem światła był standardowy undulator próżniowy SPring-8. Do monochromatyzacji wiązki użyto monochromatora podwójnych kryształów krzemu chłodzonego ciekłym azotem. Długość fali wynosiła 1 A.</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>

Autorzy nie mają nic do ujawnienia.

Jak pokazano na Rysunku 1, CB6OABOBu jest materiałem fotoreaktywnym, który podczas chłodzenia wykazuje sekwencje faz I, N, TB i Cry. Ponieważ lokalny uporządkowanie tych faz różni się znacząco, oczekuje się, że fotostymulowane przełączanie właściwości reologicznych wykaże wyraźny kontrast wiskoelastyczny. Aby zbadać to ilościowo, przeprowadzono pomiary fotoreologii.
W pierwszej kolejności analizujemy dane reologiczne pomierzone w ciemności (Ry...

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.

<table><tbody><tr><td>21-401-10</td><td>JAKO JEDNA</td><td></td><td>Mikroszpatułka</td></tr><tr><td>AL1254</td><td>JSR</td><td></td><td>Środek do wyrównywania płaszczyzn ciekłych kryształów</td></tr><tr><td>BX53P</td> Mikroskop polaryzacyjny <td>Olympus</td><td></td><td>z jednostkami transmisyjnymi/epi-iluminacyjnymi</td></tr><tr><td>Instrumenty</td><td></td><td>Discovery DSC 25P</td> TI <td>Sprzęt Photo-DSC</td></tr><tr><td>Nóż do szkła PRO-1A</td><td>Sankyo</td><td></td><td>A frez do szkła na bazie diamentów</td></tr><tr><td>HS82</td><td>Mettler Toledo</td><td></td><td>gorący stopień</td></tr><tr><td>MCR502</td><td>Anton Paar</td><td></td><td>A komercyjny reometr</td></tr><tr><td>MRJ-100S</td><td>EHC</td><td></td><td>Maszyna do ścierania</td></tr><tr><td>Norland Klej optyczny Norland 65, 81</td><td>Norland Produkty</td><td></td><td>Zrosty fotoreaktywne</td></tr><tr><td>OmniCure S2000</td><td>Excelitas Technologies</td><td></td><td>Komercyjna wysokoprężna lampa rtęciowa o krótkim łuku. Maksymalnie 70 mW/cm^2.</td></tr><tr><td>PILATUS 6M</td><td>Dectris</td><td></td><td>Hybrydowy detektor zliczania fotonów do detekcji dyfrakcji rentgenowskiej</td></tr><tr><td>S1126</td><td>Szkło Matsunami Podłoże</td><td></td><td>szklane</td></tr><tr><td>SC-158H</td><td>EHC</td><td></td><td>Powlekarka wirowa</td></tr><tr><td>SCAT-20X</td><td>DKS</td><td></td><td>Detergent alkaliczny</td></tr><tr><td>SLUV-4</td><td>AS ONE</td><td></td><td>Niskoprężna lampa rtęciowa o krótkim łuku</td></tr><tr><td>UV-208</td><td>Technovision</td><td></td><td>Środek czyszczący z ozonem ultrafioletowym (UV-O3)</td></tr></tbody></table>

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

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

Inteligentne materiały lepkosprężyste, które reagują na określone bodźce, są jedną z najbardziej atrakcyjnych klas materiałów ważnych dla przyszłych technologii, takich jak przełączane technologie adhezji, siłowniki, sprzęgła molekularne i nano-/mikroskopijne transportery masy. Niedawno odkryto, że dzięki specjalnemu przejściu ciało stałe-ciecz, właściwości reologiczne mogą wykazywać znaczące zmiany, zapewniając w ten sposób odpowiednie inteligentne materiały lepkosprężyste. Jednak projektowanie materiałów o takiej właściwości jest złożone, a czasy przełączania do przodu i do tyłu są zwykle długie. Dlatego ważne jest, aby zbadać nowe mechanizmy robocze, aby zrealizować przejścia ciało stałe - ciecz, skrócić czas przełączania i zwiększyć kontrast właściwości reologicznych podczas przełączania. Tutaj obserwuje się indukowaną światłem przemianę fazową krystaliczno-cieczową, która jest charakteryzowana za pomocą mikroskopii światła polaryzacyjnego (POM), fotoreometrii, fotoróżnicowej kalorymetrii skaningowej (photo-DSC) i dyfrakcji rentgenowskiej (XRD). Indukowane światłem przejście fazowe krystaliczno-ciekłe wykazuje kluczowe cechy, takie jak (1) szybkie przełączanie faz krystaliczno-ciekłych zarówno w reakcjach do przodu, jak i do tyłu oraz (2) wysoki współczynnik kontrastu lepkosprężystości. W charakterystyce POM jest korzystny, ponieważ dostarcza informacji na temat przestrzennego rozkładu orientacji cząsteczek LC, określa rodzaj faz ciekłokrystalicznych pojawiających się w materiale oraz bada orientację LC. Fotoreometria umożliwia pomiar właściwości reologicznych materiału pod wpływem bodźców świetlnych i może ujawnić fotoreologiczne właściwości przełączające materiałów. Photo-DSC to technika badania informacji termodynamicznych materiałów w ciemności i pod wpływem promieniowania świetlnego. Wreszcie, XRD umożliwia badanie mikroskopijnych struktur materiałów. Celem artykułu jest jasne przedstawienie, w jaki sposób można przygotować i zmierzyć omawiane właściwości materiału fotoreologicznego.

Obrazy POM, dane fotoreometryczne, dane foto-DSC oraz profile intensywności XRD zostały zebrane w ciemności podczas zmian temperatury oraz podczas naświetlania światłem UV. Rysunek 1a,b przedstawia strukturę CB6OABOBu, wraz z sekwencją faz i możliwymi konformacjami zoptymalizowanymi za pomocą pola siłowego MM2 w programie do modelowania (np. ChemBio3D).
Gdy CB6OABOBu znajduje się w stanie trans, pojawiają się dwa energetycznie prawdopodobne stany ...

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

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

Protokół ten wyjaśnia, jak scharakteryzować właściwości ciekłych kryształów w zakresie rozciągania lepkosprężystego i pomaga odpowiedzieć na kluczowe pytania dotyczące opracowywania nowych materiałów fotoreologicznych. Główną zaletą tej metody jest to, że właściwości reologiczne i odpowiednie właściwości strukturalne mogą być mierzone pod wpływem bodźców świetlnych w czasie rzeczywistym, co pozwala na rejestrację fotoreologicznego zachowania przełączającego. Przed rozpoczęciem zabiegu za pomocą noża do szkła na bazie diamentu należy przyciąć szklane podłoża o średnich rozmiarach jeden na centymetr i umyć kawałki w temperaturze 38 lub 42 kiloherców w alkalicznym detergencie.Następnie spłucz podłoża 10 pięciominutowymi płukaniami z sonikacją w świeżej wodzie destylowanej na każde pranie i poddaj podłoża działaniu ozonu UV przez co najmniej 10 minut. Aby dodać płaską warstwę wyrównującą, użyj pipety, aby dozować jeden mililitr poliamidowego roztworu do wyrównywania płaszczyzn w 20-mikrolitrowych kropelkach na każde oczyszczone szklane podłoże. Natychmiast użyj powlekarki wirowej, aby pokryć warstwy wyrównującej o grubości około 20 nanometrów na podłożach.Pod koniec wirowania piecz powlekane szklane podłoża w temperaturze 80 stopni Celsjusza przez 60 minut, aby usunąć rozpuszczalnik, a następnie utwardzaj przez co najmniej 60 minut w temperaturze 180 stopni Celsjusza. Następnie za pomocą maszyny do przecierania tkanin ze sztucznego jedwabiu przetrzyj podłoża o odpowiednich parametrach. Dodaj 100 mikrolitrów kleju fotoreaktywnego i 0,1 miligrama cząstek szkła o średnicy pięciu mikrometrów na nowe szklane podłoże i użyj końcówki spinacza do papieru, aby wymieszać materiały.Przenieś zmieszany materiał do czterech rogów ogniwa szklanego podłoża, aby wyregulować szczelinę między ogniwami, i użyj niskociśnieniowej lampy rtęciowej o krótkim łuku lub diody UV, aby oświetlić ogniwo o długości fali 365 nanometrów. Po oświetleniu umieść ogniwo na gorącym stoliku i ustaw docelową temperaturę stolika, aby podgrzać ogniwo do temperatury wyższej niż izotropowe przejście fazowe nematyczne cieczy. Pod koniec przemiany fazowej przenieś cały materiał ciekłokrystaliczny o pojemności od 0,2 do 10 mikrolitrów na jedną otwartą powierzchnię ogniwa.Użyj mikroszpatułki, aby popchnąć materiały w kierunku wejścia do komórki, aby uzyskać kontakt między materiałem ciekłokrystalicznym a wejściem do komórki. Następnie poczekaj, aż materiał ciekłokrystaliczny wypełni ogniwo siłą kapilarną. W celu scharakteryzowania tekstury komórek ciekłokrystalicznych, umieść próbki na gorącym stoliku, aby kontrolować temperaturę próbki z dokładnością plus lub minus 0,1 kelwina pod mikroskopem światła polaryzacyjnego.Użyj cyfrowej kolorowej kamery i oświetlacza UV, aby sekwencyjnie rejestrować tekstury podczas chłodzenia i ogrzewania z naświetlaniem UV i bez niego. W celu przeprowadzenia pomiaru reologicznego próbek należy najpierw wykonać kalibrację bezwładności geometrii i zerowej szczeliny w oprogramowaniu zgodnie z instrukcjami producenta. Następnie odważyć 250 miligramów sproszkowanej próbki CB6OABOBu.Następnie załaduj próbkę na podstawową płytkę kwarcową reometru i ustaw temperaturę komory próbki na wartość wyższą od izotropowo-nematycznego punktu przejścia fazowego. Następnie ustaw wartość przerwy dla zbliżenia płytki pomiarowej do podstawowej płytki kwarcowej, aby umieścić próbkę w warstwie. Użyj papierowych chusteczek laboratoryjnych, aby przyciąć nadmiar próbki, która znajduje się poza szczeliną, gdy płytka pomiarowa zatrzyma się w pozycji przycinania.Aby wykonać pomiar, należy napromienić próbkę na głębokość 365 nanometrów, mierząc przełączanie fotoreologiczne CB6OABOBu za pomocą wysokoprężnej lampy rtęciowej o krótkim łuku. W fazie nematycznej realizowane jest jednoosiowe wyrównanie cząsteczek. Podczas obniżania temperatury do zgięcia skrętu w ciemności tworzy się pasiasty wzór, w którym paski biegną równolegle do kierunku tarcia ogniwa ciekłokrystalicznego.Dalszy spadek temperatury prowadzi do krystalizacji. Naświetlanie światłem UV zmienia konformację ze stanu trans na cis, powodując zmianę fazy, a tym samym zmianę tekstury, przy czym światło UV przekształca teksturę w paski do jednoosiowo wyrównanego stanu fazy nematycznej, gdy zaczyna się od fazy skręcania-zginania. Wyłączenie światła UV pozwala cząsteczkom zrelaksować się i ponownie wejść w stan trans, co powoduje reformację pasiastej tekstury fazy skręcania-zginania.Pomiar lepkości efektywnej CB6OABOBu w różnych warunkach ujawnia zależność efektywnej lepkości ścinania od temperatury. W tym miejscu można zaobserwować zależność naprężenia ścinającego od efektywnej lepkości ścinania w różnych temperaturach podczas pierwszego i drugiego przebiegu. Na tym wykresie przedstawiono różnice między efektywną lepkością ścinania wywołaną promieniowaniem UV w różnych temperaturach.Wykresy te ilustrują krzywe przełączania efektywnej lepkości ścinania w skali logarytmicznej w dwóch różnych temperaturach. Aby uzyskać wiarygodne dane, kluczowe jest skalibrowanie reometru tuż przed wykonaniem pomiarów. Jednym z pomysłów na przyszłe badania nad światłoczułymi dimerami jest sprawdzenie szerokopasmowych widm dielektrycznych, które mogłyby dać wgląd w dynamikę molekularną w różnych fazach i warunkach oświetlenia.

high-contrast-fast-photorheological-switching-twist-bend-nematic

Research

JoVE Journal

Chemistry

Chemia

Przedstawiono nowatorską metodologię syntezy i programowania elastomerów ciekłokrystalicznych w łańcuchu głównym przy użyciu dostępnych na rynku monomerów wyjściowych. Szeroki zakres właściwości termomechanicznych został dostosowany poprzez dostosowanie ilości środka sieciującego, podczas gdy wydajność uruchamiania zależała od wielkości zastosowanego naprężenia podczas programowania.

Synteza programowalnych elastomerów ciekłokrystalicznych w łańcuchu głównym z wykorzystaniem dwuetapowej reakcji tiolowo-akrylowej

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

Tutaj wytwarzamy 3D polimerowe mikro/nano struktury, w których zarówno kształt, jak i wyrównanie molekularne mogą być zaprojektowane z dokładnością do skali nanometrowej za pomocą bezpośredniego pisma laserowego. Indukowane światłem odkształcenia kilku typów mikrostruktur elastomerów ciekłokrystalicznych mogą być kontrolowane w skali mikroskopowej.

Siłowniki do oświetlenia o dowolnym kształcie -- Wytwarzanie i sterowanie uruchamianiem w skali mikroskopowej

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

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

Przedstawiono protokół produkcji odblaskowego cholesterycznego, ciekłokrystalicznego urządzenia wyświetlającego, zawierającego chiralną domieszkę reagującą na redoks, umożliwiającą szybką i niskonapięciową pracę.

Elektrochemiczne cholesteryczne urządzenie ciekłokrystaliczne do szybkiej i niskonapięciowej modulacji koloru

Nieukierunkowana metabolomika dostarcza hipotezy generującej migawkę profilu metabolicznego.  Protokół ten zademonstruje ekstrakcję i analizę metabolitów z komórek, surowicy lub tkanki.  Szereg metabolitów jest badany za pomocą ekstrakcji ciecz-faza cieczowa, ultraprzepływowej chromatografii cieczowej/spektrometrii mas o wysokiej rozdzielczości (UPLC-HRMS) w połączeniu z oprogramowaniem do analizy różnicowej.

Nieukierunkowana metabolomika ze źródeł biologicznych przy użyciu ultrasprawnej chromatografii cieczowej ze spektrometrią mas o wysokiej rozdzielczości (UPLC-HRMS)

Bakteryjna ściana komórkowa składa się z peptydoglikanu, makromolekularnej sieci nici cukrowych połączonych peptydami. Ultrasprawna chromatografia cieczowa zapewnia wysoką rozdzielczość i przepustowość dla nowatorskich odkryć składu peptydoglikanu. Przedstawiamy procedurę izolacji ścian komórkowych (woreczków) i ich późniejszego przygotowania do analizy za pomocą UPLC.

Izolacja i przygotowanie ścian komórkowych bakterii do analizy składu metodą ultra sprawnej chromatografii cieczowej

Odkryj metodę pomiaru właściwości lepkosprężystych ciekłych kryształów pod wpływem światła UV w czasie rzeczywistym. Protokół umożliwia charakteryzację przełączania fazowego materiałów fotorheologicznych.

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

Przeglądaj więcej filmów