Summary
Her præsenterer vi en protokol for at udløse en orienterende overgang af en flydende krystal som reaktion på temperaturen. Metodologier er beskrevet til fremstilling af en prøve for at observere overgangen og den detaljerede overgangsevolution.
Abstract
I flydende krystal (LC) fysisk kemi spiller molekyler nær overfladen en stor rolle i styringen af bulkorientering. Hidtil har det primært været at undersøge den "statiske" overfladeegenskab af LC'er, såkaldt overfladeforankring, primært for at opnå ønskede molekylære orienteringstilstande i LC-skærme. Som en tommelfingerregel, når først den oprindelige orientering af LC'er er "låst" ved specifikke overfladebehandlinger, såsom gnidning eller behandling med et specifikt tilpasningslag, ændres det næppe med temperatur. Her præsenterer vi et system, der udviser en orienterende overgang ved temperaturvariation, hvilket strider mod konsensus. LC-molekylerne er lige ved overgangen, orienteringsrotationen 90 ° mellem den plane (P) orientering ved høje temperaturer og den vertikale (V) orientering ved lave temperaturer i førsteordens overgangsmetode. Vi har sporet termodynamisk overfladeforankringsadfærd ved hjælp af polariserende optisk mikroskopi (POM), dielektrisk spektroskopi (DS), højopløsningsscanningskalorimetri (HR-DSC) og græsningsdiffusion (GI-XRD) og nået en sandsynlig fysisk forklaring: at overgangen udløses af en vækst af overfladen Befugtning ark, som pålægger V orientering lokalt mod P orientering i bulk. Dette landskab ville tilvejebringe en generel forbindelse, der forklarer, hvordan ligevægts-masseorienteringen påvirkes af overflade-lokaliseret orientering i mange LC-systemer. I vores karakterisering er POM og DS fordelagtige ved at tilbyde information om den rumlige fordeling af orienteringen af LC molekyler. HR-DSC giver information om de præcise termodynamiske oplysninger om overgange, som ikke kan behandles af konventionelle DSC instrumenter på grund af begrænset opløsning. GI-XRD giver information om overflade-specifik molekylær orientering og kort rækkefølgen. Formålet med dette papir er at præsentere en protokol til fremstilling af en prøve, der udviser transiOg at vise, hvordan den termodynamiske strukturvariation, både i bulk og på overflader, kan analyseres ved hjælp af ovennævnte metoder.
Introduction
I de senere år har der været en stigende interesse for at lære, hvordan dynamiske molekylære træk og strukturer af overflademolekyler som reaktion på ydre stimuli kan påvirke masseorientering af materialer i LC-tilstande. Et eksempel er at bruge LC biosensorer som en ny applikation af LCs 1 , 2 . For at kvantificere, hvor mange målbiologiske arter der er opdaget, er det vigtigt at vide, hvordan de grænsefladiske LC'er, som kontakter vedhæftede målmolekyler, ændrer sig og udvikler sig, samtidig med at de registrerer og hvordan de overfører / oversætter deres egenskaber til bulk.
Ved at bruge modeller til at forfølge disse svar begyndte vi med systemer, der har deres overflademolekylære orientering og kortvarige ordrer varierende termodynamisk. Disse systemer tillader os at korrelere ændringerne i overfladeorientering og ordre med den resulterende bulkorientering på en systematisk måde. For nylig fandt vi flere LC-systemer, der udviser oRientational overgange, hvor en spontan masse molekylær orientering ændres med temperatur. I princippet kan orienterende overgange kategoriseres i enten kvasi-second-order 3 , 4 eller quasi-first-order overgang 5 , 6 , 7 , 8 . Den førstnævnte ledsages af en kontinuerlig bulkmolekylær omorientering ved temperaturændringer, hvorimod sidstnævnte demonstrerer en diskontinuerlig en. I denne artikel beskriver vi en orienterende overgang på kvasi-første-ordens måde mellem P og V orienteringsstilstandene. Den fortsætter i den enkelte nematiske (N) fase ved at ændre temperaturen. Nærmere oplysninger vil blive givet i repræsentative resultater og diskussionen.
Da orienteringsændring i bulk skal styres af en ændring i overflademolekylær orientering og kort-rangerede ordrer, er det tydeligt, at dette system potentielt kan give indsigt i, hvordan den termodynamiske variation i overflademolekylær orientering og kortdistansbestillinger påvirker bulkorienteringen. I denne artikel har vi taget fat på tre problemer ved hjælp af fire komplementære metoder ( dvs. POM, DS, HR-DSC og GI-XRD) med det formål at forstå ovenstående problemer. (1) Hvordan ser orienteringsovergangen ud? (2) Er orienteringsovergangen termisk detekterbar? (3) Hvorfor og hvordan sker orienteringsovergangen?
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
1. Fremstilling af et flydende krystaljusteringslag af en perfluorpolymer på glasunderlag
- Fremstilling af perfluorpolymeropløsningen
- Fremstil 1 ml af perfluorpolymeropløsningen ved at opløse en perfluorpolymeropløsning (9 vægt% polymer) i et kommercielt opløsningsmiddel i et forhold på 1: 2; Dette sikrer ensartede film 0,5-1 μm tykke for at være spin-coated.
BEMÆRK: Se Materialelisten for den anvendte opløsning og opløsningsmiddel.
- Fremstil 1 ml af perfluorpolymeropløsningen ved at opløse en perfluorpolymeropløsning (9 vægt% polymer) i et kommercielt opløsningsmiddel i et forhold på 1: 2; Dette sikrer ensartede film 0,5-1 μm tykke for at være spin-coated.
- Belægning af perfluorpolymeren på rene glasunderlag
- Vask glasunderlagene (typisk størrelse: 1 cm x 1 cm) ved sonikering ved 38 eller 42 kHz i et alkalisk vaskemiddel. Skyl dem gentagne gange med destilleret vand. Skyl mere end 10 gange med 5 min. Sonikering hver gang.
- Emballere substratene til UV-O 3 rengøringsmiddel i 10 minutter.
- Dråbevis 20 μl af opløsningen fra trin 1.1 på det rensede glasunderlagTES. Omgående spin-coat opløsningen ved 3.500 rpm og stuetemperatur i 70 s. Bag filmen ved 80 ° C i 60 minutter for at fjerne opløsningsmidlet og ved 200 ° C i 60 minutter til hærdning.
2. Fremstilling af LC-celler
- Lim to glasunderlag belagt med film sammen ved hjælp af en fotohærdelig harpiks og en LED-lampe med en bølgelængde på 365 nm (1,1 W / cm 2 ). Juster tykkelsen af mellemrummet mellem de to substrater inden for intervallet 2-100 μm ved anvendelse af mikrometerstørrelsesglaspartikler eller polyethylenaphthalatfilm.
- Indfør et LC-materiale, 4'-butyl-4-heptyl-bicyclohexyl-4-carbonitril (CCN47; 0,2-10 μl) 9 til de fremstillede LC-celler under anvendelse af en spatel under kapillærkraft ved en temperatur højere end den isotrope væske (I) -nematisk (N) faseovergangstemperatur.
BEMÆRK: CCN47 har en negativ dielektrisk anisotropi, og fasesekvensen er Cry 298.6 K SmA 301.3 KN 331.3 KI, hvor Cry og SmA står for krystal og smektiske A-faser. Indfør ikke CCN47 i N-fasen eller SmA-fasen, fordi strømningsinduceret justering ville blive fremmet.
3. Prøvekarakterisering
- Teksturobservation ved polarisering af optisk mikroskopi (POM) 10
- Overhold LC-cellerne under POM med 4-100X objektivlinser i forbindelse med et varmt trin for at styre prøvetemperaturen med ± 0,1-K nøjagtighed. Optag teksturerne i mere end 5 rammer, med lige intervaller pr. Kelvin. Brug et digitalt farvekamera i rækkefølge både ved køling og opvarmning i området fra 291-343 K.
- Dielektrisk spektroskopi (DS) 11
- Forbered LC-celler med ITO-elektroder - som kan have en firkantet eller cirkulær form og kan købes kommercielt - på begge underlag. Lod en ledning til hvert substrat.
BEMÆRK: Se Materialelisten for de anvendte substrater. - Måle LC-cellernes kapacitans eller dielektriske konstant, nøjagtigt som anvendt til POM, ved hjælp af en kommerciel impedans / forstærkningsfaseanalysator. Sørg for, at tilstanden af prøverne er ækvilibreret før hver måling. Mål tidsafhængigheden af kapacitans eller dielektricitetskonstanten for LC-cellerne ved at måle LC-cellernes kapacitans manuelt hvert 5. minut.
- Start kun DS-måling, hvis kapacitans- eller dielektricitetskonstanten for LC-cellerne ikke er tidsafhængig.
- Forbered LC-celler med ITO-elektroder - som kan have en firkantet eller cirkulær form og kan købes kommercielt - på begge underlag. Lod en ledning til hvert substrat.
- High-resolution differential scanning calorimetry (HR-DSC) 12
- Sæt LC-cellerne i en hjemmelavet HR-DSC, der skal undersøges, præcis som i POM (brug aldrig DSC-pander). Se Reference 12 for at designe og opbygge en HR-DSC og lære at bruge den. Udfør målinger med scanningshastigheder på 0,05-0,10 K / min for at øge den mindste temperaturopløsende powis.
- Græsningsangreb Røntgendiffraktion (GI-XRD) 13
- Sæt enten LC-cellen (bruges til POM eller DSC) eller en prøve med en 2 til 5 μl dråbe CCN47 på et overtrukket substrat på GI-XRD-prøvefasen, som skal udstyres med en temperaturregulator.
- Equilibrere prøven i mere end 10 minutter ved ønskede temperaturer i området 291-343 K, både ved afkøling og opvarmning.
- Brug en indfaldende røntgenstråle på prøven med et minuts indfaldsvinkel omkring 0,05-0,10 ° for at udtrække overfladeinformation om molekylær orientering og ordre / strukturer. Drej røntgenstråles indfaldsvinkel for at finde den optimale indfaldsvinkel, hvor styrken af diffraktionen er den stærkeste. Tag målene i optimal indfaldsvinkel.
BEMÆRK: Husk at GI-XRD gør det muligt at afprøve grænsefladsspecialiteter på nanometerskalaen og dermed maksimere signalet fra tyndt lAyers mens minimering af signalet fra bulk. Bemærk, at normale XRD-geometrier, bortset fra GI-XRD, ikke er overfladefølsomme metoder, da røntgenstrålingsstrålen har en stor gennemtrængningsdybde i materialer.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
POM-billeder, DS-data, HR-DSC-data og GI-XRD-mønstre blev samlet under temperaturvariationen, især i nærheden af orienteringsovergangen ved både afkøling og opvarmning.
Figur 1 repræsenterer udviklingen af tekstur lavet af POM og DS målinger under POM-observationen af orienteringsovergangen fra P (V) til V (P) orienteringsstatus under afkøling (opvarmning). Omorienteringsprocessen under orienteringsovergangen baseret på POM-observationen ( Figur 1a ) er vist. Ved afkøling er P-orienteringen i massen lige under IN-overgangstemperaturen, der er tydeliggjort ved udseendet af to- (i flertallet) og firebørste Schlieren-teksturer. Det er værd at bemærke, at de to børster Schlieren (disklinering med en topologisk styrke s = ± 1/2) er en af resuLige strukturer med en ledningsfejl, som topologisk ikke tillader præget i overfladedirektøren 14 . På den anden side har firebørste Schlieren (disklinering med en topologisk styrke s = ± 1) en punktsangularitet, der kan eksistere enten på overflader eller i bulk. I modsætning til to-børste Schlieren, er et prille af overfladedirektøren tilladt ifølge symmetri-argumenter. Ved at sænke temperaturen ned til 321,5 K kerner mørke domæner (V-orienteringen) primært fra point-singulariteterne af ± 1-disklinationen og spredes med tiden. Ved annealing af prøven i flere minutter eller ved at tillade yderligere afkøling bliver hele synsfeltet helt mørkt, hvilket tyder på færdiggørelsen af overgangen fra P til V-orienteringen i bulk. Efter opvarmning sker den omvendte orienterende overgang fra V til P-orienteringen i massen med en vigtig ulighed til køling: en hysterese omkring 5 K, suggestiNg en stærk første-order overgang, blev fundet. Bemærk, at de typiske hystereseområder for LC-LC-overgange ( fx IN- og N-Smectic-faseovergangene) er mindre end 1 K.
Figur 2 viser HR-DSC-data, som repræsenterer varmestrømmen gennem prøven som en funktion af temperaturen ( figur 2a ) og tid (indsatsen i figur 2b ) målt ved HR-DSC. Dataene i indsatsen i figur 2b blev brugt til at analysere Avrami-eksponenten efter orienteringsovergangen ( figur 2b ).
Figur 3 viser GI-XRD mønstre i to prøve geometrier ved forskellige temperaturer: dråbe geometri ( Figur 3a , top) og in situ LC celle geometri ( Figur 3a </ Strong>, bunden). Begge demonstrerer kort rækkefølgen af kvasi-SmA fugtplader, med lagstrukturer (herefter forkortet som SSWS) dannet i nærheden af overfladen. Størrelsen af SSWS blev beregnet fra fuld bredde ved halv maksimal (FWHM) af GI-XRD toppe ( figur 3b ). Der er to vigtige observationer, der bekræfter, at SSWS skal være den overfladespecifikke struktur: (1) SmA-bestilling er fraværende i hovedparten af CCN47, som bekræftet af XRD (ikke vist her). (2) Isotropiske diffraktionsmønstre, både ved SAD (svagere og bredere end dem i perfluorpolymeroverfladen) og ved WAD, blev bekræftet på et konventionelt P-justeringslagsmateriale, hvilket bekræfter de specielle molekylære interaktioner mellem perfluorpolymeren og CCN47. Da argumenterne om de molekylære interaktioner går ud over omfanget af den foreliggende diskussion, vil de blive rapporteret andre steder i fremtiden. Overraskende nok, selv i temperaturområdet for P-orienteringstilstanden (se GI-XRD-mønstre ved 328 og 322 K), fortsætter SSWS, hvilket indikerer at overfladens orienterende tilstand er frustreret. Nogle dele af overfladen er under kappen af SSWS, der udviser V-justeringskapaciteten for bulk-LC-molekylerne, mens resten er udsat for at udvise P-justeringskapaciteten. Hvis størrelsen eller dækningen af SSWS ændres med temperatur, forventer vi, at LC orienteringsstatus kan varieres, da forholdet mellem V-justeringskapaciteten og P-justeringskapaciteten ændres tilsvarende. For at bekræfte denne mulighed blev temperaturafhængigheden af SSWS korrelationslængden ( dvs. den gennemsnitlige vedvarende længde af SmA kort rækkefølgen i retningen normal til overfladen) beregnet fra FWHM af SAD toppe. Figur 3b bekræfter den forventede tendens, der viser en stigning i SSWS korrelationslængde over N-fasen, såvel som en underliggende hysterese. Hystereseen betyder, at når SSWS er dannet på thE overflade ved afkøling, den er termodynamisk stabil og er holdbar, selv ved høje temperaturer. Hovedfunktionen er, at hysteresegmentet er i overensstemmelse med hysteresegmentet bekræftet af POM og DS ( figur 1 ). Dette tyder på, at orienteringsovergangen udløses af væksten af SSWS.
Figur 1: Udvikling af orienteringsovergangen fra P til V orienterende tilstand, både ved afkøling og ved opvarmning. Texture variation på ( a ) køling (blå nedadgående pilene) og ( b ) opvarmning (røde opadgående pilene). ( A ) Top: P-retningen vises lige under IN-overgangen. ( A ) Mellem: Ved T C ( dvs. orienterende overgangstemperatur ved afkøling) fremkommer V-retningen fra punkt defektenT af den overvejende fire-børste Schlieren-tekstur (røde punkterede cirkler). ( A ) Bund: Domeinerne med V-orienteringen udvider og dækker hele synsfeltet, suppleret med et indlæg af et konoskopisk billede. Bemærk, at det korsformede konoskopiske billede viser lille ændring ved lave temperaturer. ( B ) Bund: Ved T H ( dvs. orienterende overgangstemperatur ved opvarmning) fremstår de mørke og lyse Schlieren-teksturer ud fra V-orienteringsdomænet, hvilket tyder på sameksistens mellem tynde og tykke lag med P-orienteringen. ( B ) Mellem: Mørke domæner omdannes til lyse domæner. ( B ) Top: Direktøren over hele synsfeltet er P-orienteringen, der udviser en tynd fire-børste Schlieren-tekstur. ( C ) Temperaturafhængigheden af den dielektriske konstant målt på både køling (åbne cirkler) og opvarmning (krydsmærker). Den blå linje er den eksperimentelleData af den dielektriske konstant af CCN47 målt i en homeotrop LC-celle. Denne figur er blevet ændret og tilpasset med tilladelse fra Reference 15. Copyright 2012, The American Physical Society. Klik her for at se en større version af denne figur.
Figur 2: Termisk spor af orienteringsovergangen ved hjælp af HR-DSC. ( A ) HR-DSC diagrammer i en celle overtrukket med perfluorpolymeren efter både afkøling og opvarmning. Resultatet i en LC-celle overtrukket med et konventionelt planjusteringslagsmateriale, AL1254, efter køling, vises også som en kontrolmåling. Basislinjerne for tre HR-DSC-diagrammer skiftes korrekt. En dobbelt-pilet målestang svarer til 1 mW / g. Stiplede linjer er tegnet for at understregeAt varmestrømmen i V-orienteringen er mindre end den i både P-orienteringen og i I-fasen i cellen med perfluorpolymeroverfladen. ( B ) Avrami montering til kerne-vækstprocessen af domæner, hvor V-orienteringen stammer fra domæner med P-orienteringen efter afkøling. Variationen af varmeeffekten med tiden er vist i indsatsen, som blev brugt til Avrami-tilpasningen. Dette tal er blevet ændret og tilpasset med tilladelse fra referencer 7,8 . Ophavsret 2012, The American Physical Society, Copyright 2016, American Chemical Society. Klik her for at se en større version af denne figur.
Figur 3: Analyse af den termodynamiske variation af den interfaciale LC struktur. a ) Variationen i GI-XRD-mønsteret med hensyn til temperatur ved anvendelse af en CCN47-dråbe på perfluorpolymeroverfladen og en LC-celle på perfluorpolymeroverfladen. GI-XRD-mønsteret af CCN47-dråben på en overflade med P-alignmentlagsmaterialet AL1254 er vist som en reference. ( B ) Temperaturafhængigheden af den smektiske korrelationslængde, ξ, ved både afkøling og opvarmning beregnet ud fra den fulde bredde ved halvmaksimum af diffraktionsmønsteret med lille vinkel af GI-XRD. Denne figur er blevet ændret og tilpasset med tilladelse fra referencerne 7 , 8 . Copyright 2012, The American Physical Society; Ophavsret 2016, American Chemical Society. Klik her for at se en større version af denne figur.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
De 10x POM-billeder taget ved anvendelse af en 5 μm LC-celle ( figur 1a og b ) viser klart, at orienteringsstaten for bulk-LC-molekylerne transitterer mellem P- og V-orienteringerne ved temperaturvariation på en førsteordens måde. Dette er markeret af domæne-nucleation og vækstprocesser, med en ny orientering, der afviger fra den oprindelige orientering ved 90 °. Overgangstemperaturerne ved afkøling og opvarmning er henholdsvis 321,5 K og 325,3 K. Da CCN47 har en dobbeltbrydning på ~ 0,02 9 , er synligheden af Schlieren-tekstur god, når tykkelsen af LC-cellerne er i området 5-20 μm. Hvis tykkelsen er mindre end dette interval, bliver transmitteringen af Schlieren-tekstur lavere, hvilket resulterer i ringere synlighed. På den anden side, hvis tykkelsen er større end dette interval, resulterer interferens og spredning af lys i aberrationer i POM-billederne, sænker viSibility og endda den effektive optiske opløsning.
For at kvantitativt undersøge LC-direktørens hældningsvinkel i forhold til den normale overflade ( dvs. polarvinklen) i massen, blev DS-måling ved en fast frekvens på 1 kHz (langt væk fra det ledende frekvensområde) udført samtidigt med POM som funktion af temperaturen ( figur 1c ). Da den dielektriske anisotropi af den anvendte LC på forhånd måles som en funktion af temperaturen ved anvendelse af celler med både P- og V-alignmentlag, kan ændringen i den dielektriske permittivitet (ℇ) ved orienteringsovergangen oversættes til forandringen i polar Vinklen af LC'erne i bulkdelen. I figur 1c viser sporet af ℇ ved både afkøling og opvarmning eksplicit, at orienteringsovergangen fra P (V) til V (P) sker pludseligt, med stort et spring i sporet. Det fremgår af den store diskontinuitet i ℇ atOrienterende overgang har en førsteordens karakter, der er i overensstemmelse med POM's observation. Selvom DS-måling er kraftig nok til at estimere den polære vinkel af anisotrope materialer i gennemsnit, mangler den dybdeopløsningen og kan ikke give nogen oplysninger om azimutal-orienteringen i planen.
I figur 2a bekræfter HR-DSC-sporet i en 25 μm LC-celle en trinvis ændring i varmestrømmen, krydsning ved orienteringsovergangen ved afkøling ved ~ 318 K (opvarmning ved ~ 328 K), på hvilket tidspunkt bulkretningstilstanden Ændringer fra P til V tilstand. Også varmen fraviger ved bulk IN-fase-overgangen ved ~ 332 K og ved bulk-N-SmA-faseovergangen ved ~ 303 K. En scanningshastighed højere end 0,05-0,10 K / min ville resultere i værre temperaturopløsende effekt og støj I varmestrømmen og ville bringe målprøven ud af ligevægt. Den kvasi-trinvise ændring i varmestrømmen på orienteringsovergangen følger ikkeY målbar latent varme, som repræsenterer den potentielle energi, der opbevares i bindingerne mellem molekylerne. Dette adskiller sig fra de normale LC- og krystallinske faseovergange, der indebærer en betydelig latent varme. Dette betyder, at varmestrømmen pr. Volumen, d Q / d t d V , er direkte forbundet med den specifikke varmekapacitet C p ( dvs. d Q / d t d V ~ C p ). Denne konsekvens gør det muligt at bestemme fraktionen af bulkmolekylerne ( X ), som har gennemført orienteringsovergangen fra P til V. V. Dette giver igen en forståelse af kerne- og vækstprocesserne i den orienterende overgang gennem Kolmogorov-Johnson- Mehl-Avrami, (KJMA eller Avrami) analyse 16 , 17 , 18 . Figur 2b præsenterer Avrami montering baseret på ligningen X , K , t og n er volumenfraktionen af de nye domæner, den temperaturafhængige Avrami-koefficient, tiden og henholdsvis Avrami-eksponenten ). N blev bekræftet at være ~ 2,6, hvilket tyder på en heterogen nucleation og efterfølgende 2D vækst grænsefladens befugtningsprocesser. Dette resultat kommer i skarp kontrast til Avrami-eksponenten for den isotropiske nematiske overgang (n ≈ 3,6) i sædvanlige bulk-NLC'er (henvises til supportoplysningerne i reference 8). Bemærk, at den nuværende KJMA-analyse er mulig takket være både den fremragende temperaturopløsende effekt og det gode signal-støjforhold i vores HR-DSC. Dette kan ikke opnås ved hjælp af konventionelle DSC-instrumenter. Da denne teknik er følsom over for små variationer i varmestrømmen ( f.eks. Kan nanofilamenternes nukleare kerner / vækstprocesser detekteres 19 ), det har potentialet til at måle lille chanGes i strukturer og faser af ethvert materiale, der spænder fra (i) organiske materialer til metaller. Derudover understreger vi, at denne teknik har færre begrænsninger i stikgeometri ( f.eks. LC-cellerne, som ikke kan måles ved hjælp af konventionelle DSC-instrumenter).
GI-XRD-mønstrene for prøverne med en perfluorpolymeroverflade ( figur 3a ) bekræfter både SAD- og WAD-topene med direkte virkning ved andre temperaturer end 332 K i I-fasen. Den førstnævnte, som repræsenterer ordningerne langs LC-molekylernes lange akser, løber parallelt med overfladen. Sidstnævnte, som repræsenterer ordningerne langs LC molekylers korte akser, er placeret i positioner vinkelret på den tidligere. Intensiteten af SAD toppe er stærkere end WAD toppe, og FWHM for SAD toppe er også snævrere end WAD toppe. Da FWHM af diffraktionstoppe er det principale mål for graden af styrken af positionskorrelationen mellem molCules, viser det sig, at stærkere positionskorrelation langs LC-molekylernes lange akser, snarere end langs de korte, er til stede. Dette demonstrerer eksistensen af de ovennævnte SSWS i nærheden af overfladen. Som det ses fra figur 3b ligger den smektiske korrelationslængde af flere molekylære længder i nanometer skalaen. Sådanne oplysninger i den nanoskopiske til mesoskopiske skala lokaliseret i grænseområdet kan kun ekstraheres af overfladefølsom XRD-geometri, såsom i GI-XRD, men ikke ved konventionelle transmissions- og refleksionsgeometrier. Hvis indfaldsvinklen for GI-XRD er for stor (~> 0,1 °), vil den samlede reflektionsbetingelse blive brudt, og de overfladespecifikke strukturer kan ikke længere undersøges.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Forfatterne har intet at afsløre.
Acknowledgments
Dette arbejde blev støttet af JSPS KAKENHI tilskud nr. 16H06037. Vi takker oprigtigt Dr. Yuji Sasaki i Hokkaido University for teknisk assistance til HR-DSC.
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).
