Summary
هنا، نقدم بروتوكول لتحريك التحول الموجه من الكريستال السائل ردا على درجة الحرارة. وتوصف المنهجيات لإعداد عينة من أجل مراقبة الانتقال والتطور الانتقالي المفصل.
Abstract
في الكريستال السائل (لك) الكيمياء الفيزيائية، والجزيئات بالقرب من السطح تلعب دورا كبيرا في السيطرة على التوجه السائبة. حتى الآن، وذلك أساسا لتحقيق دول التوجه الجزيئي المطلوب في يعرض لك، وقد تم دراسة خاصية سطح "ثابت" ل لس، ما يسمى رسو السطح، بشكل مكثف. وكقاعدة عامة، بمجرد أن يكون التوجيه الأولي ل لس "مؤمنا" بمعالجات سطحية محددة، مثل فرك أو معالجة بطبقة محاذاة محددة، فإنه بالكاد يتغير مع درجة الحرارة. هنا، نقدم نظاما يظهر انتقالا انتقاليا على اختلاف درجة الحرارة، والذي يتعارض مع توافق الآراء. الحق في الانتقال، والجزيئات لك كبيرة تجربة دوران التوجه، مع 90 درجة بين التوجه مستو (P) في درجات حرارة عالية والتوجه الرأسي (V) في درجات حرارة منخفضة في الطريقة الانتقالية من الدرجة الأولى. لقد تعقب سلوك ترسيح الديناميكا الحرارية عن طريق الاستقطاب المجهري الضوئي (P(دس)، وقياس المسافات التفاضلية ذات الدقة العالية (هر-دسك)، وحدوث الرعي حيود الأشعة السينية (جي-زرد)، وتوصل إلى تفسير مادي معقول: أن الانتقال ينجم عن نمو السطح أوراق التبلل، والتي تفرض التوجه الخامس محليا ضد التوجه P في الجزء الأكبر. ومن شأن هذا المشهد أن يوفر وصلة عامة تشرح كيف يتأثر اتجاه الجزء الأكبر من التوازن بالتوجه السطحي المترسب في كثير من أنظمة لك. في توصيفنا، بوم و دس هي مفيدة من خلال تقديم معلومات عن التوزيع المكاني لتوجه جزيئات لك. يوفر هر-دسك معلومات حول المعلومات الحرارية الديناميكية على التحولات، والتي لا يمكن معالجتها من قبل الصكوك دسك التقليدية بسبب قرار محدود. يوفر جي-زرد معلومات عن التوجه الجزيئي سطح محددة وترتيب قصير المدى. والهدف من هذه الورقة هو تقديم بروتوكول لإعداد العينة التي تظهر ترانزيوإظهار كيف يمكن تحليل التغيرات الهيكلية الحرارية، سواء في الجزء الأكبر أو على الأسطح، من خلال الطرق المذكورة أعلاه.
Introduction
في السنوات الأخيرة، كان هناك اهتمام متزايد في تعلم كيف يمكن للخصائص الجزيئية الحيوية وهياكل الجزيئات السطحية استجابة للمؤثرات الخارجية تؤثر على التوجه السائب للمواد في حالات لك. ومن الأمثلة على ذلك استخدام أجهزة الاستشعار البيولوجية لك كتطبيق جديد ل لس 1 ، 2 . لتحديد كم عدد الأنواع البيولوجية المستهدفة التي تم اكتشافها، من المهم أن تعرف كيف تتغير أحرف الربط بين السطوح التي تلتصق بالجزيئات المستهدفة وتتطور، في حين تكتشف أيضا وكيف تنقل / تترجم خصائصها إلى الجزء الأكبر.
باستخدام نماذج لمتابعة هذه الإجابات، بدأنا مع النظم التي لها التوجه الجزيئي السطحية وترتيب قصيرة المدى متفاوتة الديناميكا الحرارية. وتسمح لنا هذه الأنظمة بربط التغيرات في التوجه السطحي والترتيب مع التوجه السائب الناتج بطريقة منهجية. في الآونة الأخيرة، وجدنا العديد من أنظمة لك التي تظهر سالتحولات التكيفية، حيث يتغير التوجه الجزيئي العفوي السائب مع درجة الحرارة. ويمكن، من حيث المبدأ، تصنيف التحولات التوجيهية إلى مرحلة انتقالية من الدرجة الثانية أو الثالثة أو الرابعة أو شبه الأولى من الدرجة 5 و 6 و 7 و 8 . ويرافق الأول من قبل إعادة توجيه الجزيئي الأكبر المستمر على التغيرات في درجة الحرارة، في حين أن الأخير يدل على واحد متقطع. في هذه المقالة، نحن تصف الانتقال في الاتجاه في المرحلة الأولى من الدرجة الأولى بين الدولتين P و V التوجه. ويبدأ في المرحلة نيماتيك واحد (N) عن طريق تغيير درجة الحرارة. وستقدم التفاصيل في نتائج الممثل والمناقشة.
منذ التغيير التوجه في الجزء الأكبر يجب أن يحكمها تغيير في التوجه الجزيئي السطح وقصيرة، من الواضح أن هذا النظام يمكن أن تقدم نظرة ثاقبة على كيفية تغير الديناميكا الحرارية في التوجه الجزيئي السطحية والترتيب قصير المدى يؤثر على التوجه السائب. في هذه المقالة، بهدف فهم القضايا المذكورة أعلاه، تناولنا ثلاث مشاكل باستخدام أربع طرق تكميلية ( أي بوم، دس، هر-دسك، و جي-زرد): (1) ماذا يبدو التحول الانتقالي؟ (2) هل التحول الحضري قابل للكشف حراريا؟ (3) لماذا وكيف يحدث التحول الانتقالي؟
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
1. إعداد طبقة محاذاة الكريستال السائل من بيرفلوروبوليمر على ركائز الزجاج
- إعداد محلول بروبيلوروبوليمر
- إعداد 1 مل من محلول البوليمر البيرفلورمي عن طريق حل محلول البوليمر البيرفلوري (9٪ بالوزن بوليمر) في مذيب تجاري بنسبة 1: 2؛ وهذا يضمن أفلام موحدة 0.5-1 ميكرون سميكة لتكون المغلفة تدور.
ملاحظة: يرجى الاطلاع على قائمة المواد للحل والمذيبات المستخدمة.
- إعداد 1 مل من محلول البوليمر البيرفلورمي عن طريق حل محلول البوليمر البيرفلوري (9٪ بالوزن بوليمر) في مذيب تجاري بنسبة 1: 2؛ وهذا يضمن أفلام موحدة 0.5-1 ميكرون سميكة لتكون المغلفة تدور.
- طلاء من البوليمر البيرفلور على ركائز الزجاج النظيف
- غسل ركائز الزجاج (نموذجي الحجم: 1 سم × 1 سم) عن طريق صوتنة في 38 أو 42 كيلو هرتز في المنظفات القلوية. شطف لهم مرارا بالماء المقطر. عادة، شطف أكثر من 10 مرات، مع 5 دقائق من صوتنة في كل مرة.
- موضوع ركائز لأشعة فوق البنفسجية O 3 نظافة لمدة 10 دقيقة.
- بالتنقيط 20 ميكرولتر من الحل من الخطوة 1.1 على سوبسترا الزجاج تنظيفهاقسم التدريب والامتحانات. على الفور تدور معطف الحل في 3500 دورة في الدقيقة ودرجة حرارة الغرفة لمدة 70 ثانية. خبز الفيلم في 80 درجة مئوية لمدة 60 دقيقة لإزالة المذيب وعند 200 درجة مئوية لمدة 60 دقيقة لعلاج.
2. إعداد خلايا لك
- الغراء اثنين من ركائز الزجاج المغلفة مع الفيلم معا باستخدام الراتنج صورة قابلة للشفاء ومصباح ليد مع الطول الموجي من 365 نانومتر (1.1 W / سم 2 ). ضبط سمك الفجوة بين ركائز اثنين إلى ضمن مجموعة من 2-100 ميكرون باستخدام جزيئات الزجاج حجم ميكرومتر أو أفلام النفثاليت البولي ايثيلين.
- إدخال مادة لك، 4'-بيوتيل-4-هيبتيل-بيسكلوهكسيل-4-كاربونيتريل (CCN47؛ 0.2-10 ميكرولتر) 9 إلى الخلايا لك أعدت باستخدام ملعقة تحت قوة الشعرية عند درجة حرارة أعلى من السائل متناح (I) -Nematic (N) درجة حرارة المرحلة الانتقالية.
ملاحظة: CCN47 لديه تباين عازل سلبي، وتسلسل المرحلة هو البكاء 298.6 K سما 301.3 كن 331.3 كي، حيث البكاء و سما تقف على الكريستال و سمكا مراحل. لا تدخل CCN47 في المرحلة N أو مرحلة سما، لأن المواءمة التي يسببها التدفق ستعزز.
3. عينة توصيف
- الملمس الملاحظة التي الاستقطاب المجهر الضوئي (بوم) 10
- مراقبة الخلايا لك تحت بوم مع العدسات الهدف 4-100X بالتزامن مع مرحلة ساخنة للسيطرة على درجة حرارة العينة مع ± 0.1-K الدقة. تسجيل القوام في أكثر من 5 إطارات، على فترات حتى في كلفن. استخدام كاميرا رقمية اللون بالتتابع، سواء على التبريد والتدفئة في حدود 291-343 K.
- طيفي عازلة (دس) 11
- إعداد الخلايا لك، مع أقطاب إيتو - التي يمكن أن يكون لها شكل مربع أو دائري ويمكن شراؤها تجاريا - على كلا ركائز. اللحام سلك الرصاص إلى كل الركيزة.
ملاحظة: يرجى الاطلاع على قائمة المواد للركائز المستخدمة. - قياس السعة أو ثابت العزل من الخلايا لك، تماما كما تستخدم ل بوم، وذلك باستخدام المحاكاة التجارية / المكاسب المرحلة محلل. تأكد من أن حالة العينات يتم معايرة قبل كل قياس. قياس الاعتماد على الوقت من السعة أو ثابت العزل من الخلايا لك عن طريق قياس السعة من الخلايا لك يدويا كل 5 دقائق.
- بدء قياس دس فقط إذا كان السعة أو ثابت العزل من الخلايا لك يصبح غير تعتمد على الوقت.
- إعداد الخلايا لك، مع أقطاب إيتو - التي يمكن أن يكون لها شكل مربع أو دائري ويمكن شراؤها تجاريا - على كلا ركائز. اللحام سلك الرصاص إلى كل الركيزة.
- عالية الدقة المسح التفاضلي كالوريمتري (هر-دسك) 12
- وضع الخلايا لك في محلية الصنع هر-دسك ليتم فحصها، تماما كما هو الحال في بوم ( أبدا استخدام المقالي دسك). يرجى الرجوع إلى المرجع 12 لتصميم وبناء دسك للموارد البشرية وتعلم كيفية استخدامه. إجراء قياسات مع معدلات المسح الضوئي من 0.05-0.10 K / دقيقة لتعزيز الحد الأدنى من درجة الحرارة حل بوإيه.
- حادث الرعي حيود الأشعة السينية (جي-زرد) 13
- ضع إما خلية لك (المستخدمة ل بوم أو دسك) أو عينة مع قطرة 2 إلى 5 ميكرولتر من CCN47 على الركيزة المغلفة على مرحلة عينة جي-زرد، والتي ينبغي أن تكون مجهزة مع جهاز تحكم في درجة الحرارة.
- موازنة العينة لأكثر من 10 دقيقة في درجات الحرارة المطلوبة في نطاق 291-343 K، سواء على التبريد والتدفئة.
- استخدام شعاع الأشعة السينية الحادث على العينة، مع زاوية حادث دقيقة حول 0.05-0.10 درجة، لاستخراج المعلومات السطحية على التوجه الجزيئي وترتيب / الهياكل. تأرجح زاوية الحادث من شعاع الأشعة السينية للعثور على زاوية الحادث الأمثل الذي قوة الانعراج هو الأقوى. أخذ القياسات في زاوية الحادث الأمثل.
ملاحظة: نضع في اعتبارنا أن جي-زرد يجعل من الممكن التحقيق الخصائص بينية على نطاق نانومتر، وبالتالي تعظيم إشارة من رقيقة لآيرس مع تقليل إشارة من الجزء الأكبر. لاحظ أن هندسية زرد العادية، بخلاف جي-زرد، ليست طرق حساسة للسطح، حيث أن شعاع الإشعاع بالأشعة السينية له عمق اختراق كبير في المواد.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
تم جمع بيانات بوم، بيانات دس، بيانات دسك-هر، وأنماط جي-زرد أثناء تغير درجة الحرارة، وخاصة في المناطق المجاورة للتحول في الاتجاهين عند التبريد والتدفئة.
الشكل 1 يمثل تطور الملمس الذي أدلى به قياسات بوم و دس خلال مراقبة بوم الانتقال من الانتقال من P (V) إلى الحالة V (P) التوجه أثناء التبريد (التدفئة). ويظهر عملية إعادة التوجيه أثناء الانتقال التوجه على أساس الملاحظة بوم ( الشكل 1A ). عند التبريد، اتجاه P في الجزء الأكبر هو الحق تحت درجة الحرارة الانتقالية إن، مصنوعة متميزة من ظهور اثنين (في الأغلبية) وأربعة فرشاة القوام سكليرن. ومن الجدير بالذكر أن اثنين من فرشاة سكليرن (الإفصاح مع قوة طوبولوجية s = ± 1/2) هي واحدة من ريسوهياكل لنت مع عيب خط، والتي توبولوجيكالي لا تسمح بريتيلت في مدير سطح 14 . من ناحية أخرى، فإن سكليرن أربعة فرشاة (الإفصاح مع قوة طوبولوجية ل = ± 1) لديه نقطة التفرد، والتي يمكن أن توجد إما على الأسطح أو في الجزء الأكبر. على عكس اثنين من فرشاة سكليرن، و بريتلت من مدير السطح يسمح وفقا الحجج التناظر. عن طريق خفض درجة الحرارة وصولا الى 321.5 K، والنطاقات المظلمة (اتجاه V) نواة في المقام الأول من الاختلافات نقطة من ± 1 الإفصاح وانتشار مع مرور الوقت. من خلال التلدين العينة لعدة دقائق أو عن طريق السماح لمزيد من التبريد، يصبح حقل الرؤية بأكمله مظلمة تماما، مما يشير إلى الانتهاء من الانتقال من P إلى الاتجاه V في الجزء الأكبر. عند التسخين، والانتقال التوجه عكس من V إلى الاتجاه P في الجزء الأكبر يحدث مع اختلاف مهم مع التبريد: وهو التباطؤ حول 5 K، توحيتم العثور على انتقال قوي من الدرجة الأولى. لاحظ أن نطاقات التباطؤ نموذجية من التحولات لك-لك (على سبيل المثال، إن والتحولات المرحلة N- سمكتيك) هي أقل من 1 K.
ويبين الشكل 2 البيانات هر-دسك تمثل تدفق الحرارة من خلال العينة كدالة لدرجة الحرارة ( الشكل 2A ) والوقت (أقحم من الشكل 2B ) يقاس هر-دسك. تم استخدام البيانات في أقحم من الشكل 2B لتحليل أف أفرامي بعد الانتقال التوجه ( الشكل 2B ).
ويبين الشكل 3 أنماط جي-زرد في اثنين من هندستها عينة في درجات حرارة مختلفة: هندسة قطرة ( الشكل 3A ، أعلى) والهندسة في الموقع لك الخلايا ( الشكل 3A </ سترونغ>، أسفل). كلاهما يدل على ترتيب قصير المدى من شبه سما ورقة التبليل، مع هياكل طبقة (المشار إليها فيما يلي باسم سسوس) تشكلت في محيط السطح. تم حساب حجم سوس من العرض الكامل في نصف أقصى (فوهم) من قمم جي-زرد ( الشكل 3B ). هناك اثنان من الملاحظات الهامة التي تؤكد أن سوس يجب أن يكون الهيكل الخاص بالسطح: (1) طلب سما غائب في الجزء الأكبر من CCN47، كما أكده زرد (غير موضح هنا). (2) تم تأكيد أنماط الانعراج المتناحية، سواء في ساد (أضعف وأوسع من تلك الموجودة في سطح البوليمر المشبع بالفلور) وفي واد، على مادة طبقة محاذاة P التقليدية، مما يؤكد التفاعلات الجزيئية الخاصة بين البوليمر البيرفلور و CCN47. وبما أن الحجج المتعلقة بالتفاعلات الجزيئية تتجاوز نطاق المناقشة الحالية، فسيتم الإبلاغ عنها في أماكن أخرى في المستقبل. والمثير للدهشة، حتى في درجة الحرارة من الدولة P P (انظر جيأنماط -XRD في 328 و 322 K)، سوس مستمرة، مشيرا إلى أن حالة التوجه السطحية بالإحباط. بعض أجزاء من السطح تحت عباءة سوس، تظهر القدرة على محاذاة V لجزيئات لك كبيرة، في حين أن بقية تتعرض لإظهار قدرة P محاذاة. إذا تغير حجم أو تغطية سوس مع درجة الحرارة، فإننا نتوقع أن الحالة اللوجستية لك كبير قد تكون متنوعة، حيث أن نسبة القدرة محاذاة V إلى القدرة P محاذاة يتغير وفقا لذلك. ولتأكيد هذا الاحتمال، تم حساب الاعتماد على درجة حرارة طول ارتباط سوس ( أي متوسط الطول المستمر لترتيب سما قصير المدى في الاتجاه الطبيعي إلى السطح) من فوهم من قمم ساد. ويؤكد الشكل 3 ب الاتجاه المتوقع الذي يظهر زيادة في طول ارتباط سوس خلال المرحلة N، فضلا عن التباطؤ الكامن. يعني التباطؤ أنه بمجرد تشكيل سوس على ثe السطح على التبريد، فمن ثيرموديناميكالي مستقرة ودائم، حتى في درجات حرارة عالية. الميزة الرئيسية هي أن مجموعة التباطؤ يتسق مع مجموعة التباطؤ التي أكدها بوم و دس ( الشكل 1 ). ويشير ذلك إلى أن التحول في المرحلة الانتقالية ينجم عن نمو نظام الخدمة الاجتماعية الشاملة.
الشكل 1: تطور المرحلة الانتقالية من الحالة P إلى V، سواء على التبريد أو على التدفئة. تباين الملمس على ( أ ) التبريد (الأسهم الهبوطية الزرقاء) و ( ب ) التدفئة (الأسهم الصعودية الحمراء). ( أ ) أعلى: يظهر اتجاه P فقط تحت الانتقال إن. ( أ ) وسط: في T C ( أي درجة الحرارة الانتقالية الانتقالية عند التبريد)، ينبعث التوجه V من نقطة ديفيكر من الغالب سكليرن أربعة فرشاة نسيج (الدوائر متقطع الحمراء). ( أ ) أسفل: المجالات مع الاتجاه الخامس توسيع وتغطية مجال الرؤية بأكمله، على النحو الذي تكمله مجموعة من صورة متناظرة. لاحظ أن الصورة متصالبة صليبية يظهر تغيير طفيف في درجات حرارة منخفضة. ( ب ) أسفل: في T H ( أي درجة الحرارة الانتقالية الانتقالية على التدفئة)، والقوام سكليرن الظلام ومشرق جعل مظهرها من المجال التوجيهي الخامس، مما يدل على التعايش من طبقات رقيقة وسميكة مع التوجه P. ( ب ) الوسط: المجالات المظلمة تتحول إلى مجالات مشرقة. ( ب ) أعلى: مدير على كامل مجال حقل الرأي هو التوجه P، مما يدل على رقيقة نسيج أربعة سكليرن فرشاة. ( ج ) الاعتماد على درجة الحرارة من ثابت العزل يقاس على حد سواء التبريد (الدوائر المفتوحة) والتدفئة (علامات الصليب). الخط الأزرق هو التجريبيالبيانات من ثابت عازلة من CCN47، يقاس في خلية لك المتناحية. وقد تم تعديل هذا الرقم وتكييفها بإذن من المرجع 15. حقوق الطبع والنشر 2012، والجمعية الفيزيائية الأمريكية. الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
الشكل 2: أثر حراري للانتقال الانتقالي باستعمال نظام هر-دسك. ( أ ) المخططات هر-دسك في خلية مغلفة مع البوليمر المشبع بالفلور بعد كل من التبريد والتدفئة. والنتيجة في خلية لك المغلفة مع مستو التقليدية طبقة طبقة محاذاة، AL1254، بعد التبريد كما يظهر قياس السيطرة. يتم تحويل خطوط الأساس لثلاثة مخططات دسك هر بشكل صحيح. شريط مقياس السهم المزدوج يساوي 1 ميغاواط / غرام. يتم رسم خطوط متقطعة للتأكيدأن تدفق الحرارة في اتجاه V أصغر من تلك الموجودة في كل من التوجه P وفي المرحلة الأولى في الخلية مع سطح فلورفلور البوليمر. ( ب ) أفرامي الملائم لعملية نمو النوى للنطاقات، مع الاتجاه الخامس المتراكم من المجالات ذات التوجه P بعد التبريد. وتظهر التغيرات في تدفق الحرارة مع الوقت في أقحم، والذي كان يستخدم ل أفرامي المناسب. وقد تم تعديل هذا الرقم وتكييفها بإذن من المراجع 7،8 . كوبيرايت 2012، ذي فيسيكال فيسيكال سوسيتي، كوبيرايت 2016، أمريكان تشيميكال سوسيتي. الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
الشكل 3: تحليل التباين الحراري للهيكل لك بيني. أ ) التباين في نمط جي-زرد فيما يتعلق بدرجات الحرارة باستخدام قطرة CCN47 على سطح بوليفيرمورفلورميد الزائد وخلايا لك على سطح فلورفلور البوليمر. يتم عرض نمط جي-زرد من قطرة CCN47 على سطح مع مادة طبقة محاذاة P AL1254 كمرجع. ( ب ) الاعتماد على درجة الحرارة لطول الترابط الطيفي ، ∥ ∥ ، عند كل من التبريد والتدفئة، المحسوب من العرض الكامل عند نصف أقصى نمط انعراج زاوية صغيرة من جي-زرد. وقد تم تعديل هذا الرقم وتكييفها بإذن من المراجع 7 ، 8 . كوبيرايت 2012، ذي فيسيكال فيسيكال سوسيتي؛ حقوق الطبع والنشر 2016، الجمعية الكيميائية الأمريكية. الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
تظهر الصور بوم 10X التي اتخذت باستخدام خلية ل 5 ميكرون لك ( الشكلان 1 أ و ب ) بوضوح أن الحالة التوجه للجزيئات لك الأكبر يمر بين P و V الاتجاهات على درجة الحرارة الاختلاف بطريقة الترتيب الأول. وتتميز هذه العملية بعمليات تنويته ونموه، مع اتجاه جديد يختلف عن التوجه الأولي بمقدار 90 درجة. درجات الحرارة الانتقالية عند التبريد والتدفئة هي 321.5 K و 325.3 K، على التوالي. منذ CCN47 ديه الانكسار من ~ 0.02 9 ، وضوح الملمس سكليرن جيدة عندما سمك الخلايا لك هو في حدود 5-20 ميكرون. إذا كان سمك أصغر من هذا النطاق، نفاذية الملمس سكليرن يصبح أقل، مما يؤدي إلى سوء الرؤية. من ناحية أخرى، إذا كان سمك أكبر من هذا النطاق، والتداخل وتشتت الضوء النتائج في الانحرافات في الصور بوم، وخفض السادسسيبيليتي وحتى القرار البصري الفعال.
ولتحقيق نوعي زاوية الميل للمخرج لك فيما يتعلق بالسطح العادي ( أي الزاوية القطبية) في السائبة، تم إجراء قياس دس عند تردد ثابت قدره خز 1 (بعيدا عن مدى التردد الموصلي) بالتزامن مع بوم بوصفها وظيفة من درجة الحرارة ( الشكل 1C ). وبما أن التباين العازل لل لك المستخدم يقاس مسبقا كدالة لدرجة الحرارة باستخدام الخلايا مع كل من P و V طبقات محاذاة، فإن التغير في السماحية العازلة (ℇ) على الانتقال الشرقي يمكن ترجمتها إلى التغيير في القطبية زاوية من لس في الجزء الأكبر. في الشكل 1C ، وتتبع أثر ℇ على كل من التبريد والتدفئة تظهر صراحة أن الانتقال التوجه من P (V) إلى V (P) يحدث فجأة، مع قفزة كبيرة في التتبع. ومن الواضح من انقطاع كبير في ℇ أنفإن الانتقال الانتقالي ذو طابع أولي، بما يتسق مع الملاحظة التي أبدتها بوم. على الرغم من أن قياس دس قوي بما فيه الكفاية لتقدير زاوية القطبية من المواد متباين الخواص في المتوسط، فإنه يفتقر إلى دقة العمق ولا يمكن أن تعطي أي معلومات عن التوجه السمت في الطائرة.
في الشكل 2A ، وتتبع هر-دسك في خلية ميكرون 25 ميكرون يؤكد تغيير تدريجي في تدفق الحرارة، وعبور في الانتقال التوجه عند التبريد في ~ 318 K (التدفئة في ~ 328 K)، وعند هذه النقطة الدولة التوجه الأكبر التغييرات من الحالة P إلى الحالة V. أيضا، فإن الشذوذ الحرارة في الجزء الأكبر في المرحلة الانتقالية في ~ 332 K وفي الجزء الأكبر N- سما المرحلة الانتقالية في ~ 303 K. ومعدل المسح الضوئي أعلى من 0.05-0.10 K / دقيقة من شأنه أن يؤدي إلى أسوأ درجة الحرارة حل السلطة والضوضاء في تدفق الحرارة، وسوف تجلب العينة المستهدفة من التوازن. لا يرافق التغيير شبه التدريجي في تدفق الحرارة على الانتقال الانتقاليy الحرارة الكامنة القابلة للقياس، والتي تمثل الطاقة المحتملة المخزنة في الروابط بين الجزيئات. هذا يختلف عن لك العادية والتحولات المرحلة البلورية التي تنطوي على حرارة كامنة كبيرة. وهذا يعني أن معدل التدفق الحراري لكل وحدة حجم، d q / d t d v ، يرتبط مباشرة مع قدرة الحرارة المحددة c p ( أي d / d t d d ~ c p ). هذه النتيجة تجعل من الممكن تحديد جزء من الجزيئات السائبة ( X ) التي أكملت الانتقال التوجه من P إلى V. في المقابل، وهذا يوفر فهم عمليات التنوي والنمو من التحول الشرقي من خلال كولموغوروف جونسون- ميهل-أفرامي، (كجما أو أفرامي) تحليل 16 ، 17 ، 18 . الشكل 2B يعرض تركيب أفرامي على أساس المعادلة X و K و t و n هي جزء وحدة التخزين للنطاقات الجديدة ومعامل أفرامي المعتمد على درجة الحرارة والوقت وأسر أفرامي على التوالي ). تم تأكيد ن لتكون ~ 2.6، مما يشير إلى تنوي غير متجانسة وما بعدها عمليات النمو 2D الترطيب بينية. وتأتي هذه النتيجة في تناقض حاد مع الأسف أفرامي للانتقال الانتقالي المتناحي (n ≈ 3.6) في نلس السائبة المعتادة (يرجى الرجوع إلى المعلومات الداعمة في المرجع 8). لاحظ أن تحليل كجما الحالي هو ممكن بفضل كل من ممتازة حل درجة الحرارة السلطة ونسبة الإشارة إلى الضوضاء جيدة في منطقتنا هر-دسك. ولا يمكن تحقيق ذلك من خلال أدوات دسك التقليدية. وبما أن هذه التقنية حساسة للتباينات الصغيرة في تدفق الحرارة (على سبيل المثال، حتى عمليات التنويط / النمو من النانوفيلامنت قابلة للكشف عن 19 )، لديها القدرة على قياس تشان الصغيرةجيس في هياكل ومراحل أي مادة، بدءا من (في) المواد العضوية إلى المعادن. وبالإضافة إلى ذلك، فإننا نؤكد أن هذه التقنية لديها قيود أقل في الهندسة عينة (على سبيل المثال، والخلايا لك التي لا يمكن قياسها من قبل الصكوك دسك التقليدية).
أنماط جي-زرد للعينات مع سطح بيرفلوروبوليمر ( الشكل 3A ) تأكيد كل من قمم ساد و واد، مع الاتجاهية في درجات حرارة أخرى من 332 K من المرحلة I. الأول، الذي يمثل الترتيب على طول محاور طويلة من جزيئات لك، موازية للسطح. هذا الأخير، الذي يمثل الترتيب على طول محاور قصيرة من جزيئات لك، يقع في مواقف عمودي على السابق. كثافة قمم ساد أقوى من قمم واد، و فوهم قمم ساد هو أيضا أضيق من تلك قمم واد. منذ فوهم من قمم الحيود هو المقياس الرئيسي لدرجة قوة الارتباط الموضعي بين الخلدكويلز، اتضح أن الارتباط الموضعي أقوى على طول محاور طويلة من جزيئات لك، وليس على طول قصيرة منها، موجود. هذا يدل على وجود سوس المذكورة أعلاه في محيط السطح. كما رأينا من الشكل 3B ، وطول طول الارتباط من عدة أطوال الجزيئية في مقياس نانومتر. هذه المعلومات، في نطاق نانوسكوبيك إلى ميسوسكوبيك، المترجمة في المنطقة بينية لا يمكن إلا أن استخراجها من قبل الهندسة الحساسة للسطح زرد، كما هو الحال في جي-زرد، ولكن ليس عن طريق انتقال التقليدية والهندسة الانعكاس. أيضا، إذا كانت زاوية الحادث من جي-زرد كبيرة جدا (~> 0.1 درجة)، سيتم كسر حالة انعكاس الكلي والبنية السطحية محددة لم يعد يمكن التحقيق.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
الكتاب ليس لديهم ما يكشف.
Acknowledgments
وأيد هذا العمل من قبل جسبس كاكينهي منحة رقم 16H06037. ونحن نشكر بصدق الدكتور يوجي ساساكي في جامعة هوكايدو للمساعدة التقنية للموارد البشرية-دسك.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| CYTOP | Asahi Glass Co. Ltd. | CTX-809A | |
| Solvent for CYTOP | Asahi Glass Co. Ltd. | CT-180 Sol. | |
| Alkaline detergent | Merck KGaA | Extran MA01 | |
| NOA61 | Norland Products, Inc. | #37-322 | Purchasable from Edmund Optics |
| AL1254 | JSR Corporation | Planar alignment material in self-made cells | |
| 4’-butyl-4-heptyl-bicyclohexyl-4-carbonitrile | Nematel GmbH & Co. KG | Custom-made | |
| UV-O3 cleaner | Technovision Inc. | UV-208 | |
| Hot-stage system | Mettler Toledo | HS82 | |
| High-Definition Color Camera Head | Nikon | DS-Fi1 | |
| Impedance/gain-phase analyzer | Solartron Analytical | 1260 | |
| Indium Tin Oxide (ITO)-coated substrate | GEOMATEC Co. Ltd. | Custom-made |
References
- Woltman, S. J., Jay, G. D., Crawford, G. P. Liquid-Crystal Materials Find a New Order in Biomedical Applications. Nat. Mater. 6 (12), 929-938 (2007).
- Carlton, R. J., et al. Chemical and Biological Sensing Using Liquid Crystals. Liq. Cryst.Rev. 1 (1), 29-51 (2013).
- Patel, J. S., Yokoyama, H. Continuous Anchoring Transition in Liquid Crystals. Nature. 362, 525-527 (1993).
- Senyuk, B., et al. Surface alignment, anchoring transitions, optical properties, and topological defects in the nematic phase of thermotropic bent-core liquid crystal A131. Phys Rev E. 82 (4 Pt 1), 041711 (2010).
- Bechhoefer, J., et al. Critical Behavior in Anchoring Transitions of Nematic Liquid Crystals. Phys. Rev. Lett. 64 (16), 1911-1914 (1990).
- Dhara, S., et al. Anchoring Transitions of Transversely Polar Liquid-Crystal Molecules on Perfluoropolymer Surfaces. Phys. Rev. E. 79 (6 Pt 1), 60701 (2009).
- Aya, S., et al. Stepwise heat-capacity change at an orientation transition in liquid crystals. Phys. Rev. E. 86 (2), 022512 (2014).
- Aya, S., et al. Thermodynamically Anchoring-Frustrated Surface to Trigger Bulk Discontinuous Orientational Transition. Langmuir. 32 (41), 10545-10550 (2016).
- Dhara, S., Madhusudana, N. V. Physical characterisation of 4'-butyl-4-heptyl-bicyclohexyl-4-carbonitrile. Phase Trans. 81 (6), 561-569 (2008).
- Dierking, I. Textures of Liquid Crystals. , Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA. Weinheim, FRG. (2003).
- Perkowski, P., et al. Technical aspects of dielectric spectroscopy measurements of liquid crystals. Opto-Electronics Review. 16 (3), 271-276 (2008).
- Inaba, H. Nano-watt stabilized DSC and ITS applications. J Therm Anal Calorim. 79 (3), 605-613 (2005).
- Leveiller, F., Boehm, C., Jacquemain, D. Two-dimensional crystal structure of cadmium arachidate studied by synchrotron X-ray diffraction and reflectivity. Langmuir. 10 (3), 819-829 (1994).
- de Gennes, P. G., Prost, J. The Physics of Liquid Crystals (Second Edition). , Oxford University Press. (1993).
- Aya, S., et al. Critical Behavior in an Electric-Field-Induced Anchoring Transition in a Liquid Crystal. Phys. Rev. E. 86 (1 Pt 1), 10701 (2012).
- Avrami, M. Kinetics of Phase Change. I General Theory. J. Chem. Phys. 7, 1103-1112 (1939).
- Avrami, M. Kinetics of Phase Change. II Transformation-Time Relations for Random Distribution of Nuclei. J. Chem. Phys. 8 (2), 212-224 (1939).
- Avrami, M. Granulation Phase Change, and Microstructure Kinetics of Phase Change. III. J. Chem. Phys. 9, 177-184 (1941).
- Sasaki, Y., et al. Distinctive Thermal Behavior and Nanoscale Phase Separation in the Heterogeneous Liquid- Crystal B4 Matrix of Bent-Core Molecules. Phys. Rev. Lett. 107 (23), 237802 (2011).
