Summary
Qui presentiamo un protocollo per attivare una transizione orientazionale di un cristallo liquido in risposta alla temperatura. Sono descritte metodologie per la preparazione di un campione per osservare la transizione e l'evoluzione transizionale dettagliata.
Abstract
Nella chimica fisica a cristalli liquidi (LC), le molecole vicine alla superficie svolgono un grande ruolo nel controllo dell'orientamento di massa. Finora, principalmente per ottenere gli stati di orientamento molecolare desiderati nelle esposizioni LC, è stata studiata intensamente la proprietà superficiale "statica" di LC, cosiddetta anchoring a superficie. Come regola generale, una volta che l'orientamento iniziale di LCs viene "bloccato" da trattamenti superficiali specifici, come ad esempio lo sfregamento o il trattamento con uno specifico livello di allineamento, difficilmente cambia con la temperatura. Qui presentiamo un sistema che mostra una transizione orientazionale sulla variazione di temperatura, che è in conflitto con il consenso. Proprio al momento della transizione, le molecole di massa LC sperimentano la rotazione orientazionale, con 90 ° tra l'orientamento planare (P) alle alte temperature e l'orientamento verticale (V) a basse temperature nel modo transitorio del primo ordine. Abbiamo monitorato il comportamento di ancoraggio termodinamico mediante la polarizzazione della microscopia ottica (pOM), la spettroscopia dielettrica (DS), la calorimetria di scansione differenziale ad alta risoluzione (HR-DSC) e la diffrazione a raggi X di incidenza di pascolo (GI-XRD) e raggiunto una spiegazione fisica plausibile: che la transizione è innescata da una crescita della superficie Fogli di bagnatura, che impongono l'orientamento V localmente contro l'orientamento P nella massa. Questo paesaggio fornirà un collegamento generale che spiega come l'orientamento bulk dell'equilibrio sia influenzato dall'orientamento localizzato localizzato in molti sistemi LC. Nella nostra caratterizzazione, POM e DS sono vantaggiose offrendo informazioni sulla distribuzione spaziale dell'orientamento delle molecole LC. HR-DSC fornisce informazioni sulle informazioni termodinamiche precise sulle transizioni, che non possono essere affrontate con strumenti convenzionali DSC a causa della risoluzione limitata. GI-XRD fornisce informazioni sull'orientamento molecolare specifico della superficie e sulle ordinazioni a corto raggio. L'obiettivo di questo documento è quello di presentare un protocollo per la preparazione di un campione che mostra i transiE dimostrare come la variazione strutturale termodinamica, sia in massa sia su superfici, possa essere analizzata attraverso i suddetti metodi.
Introduction
Negli ultimi anni, è cresciuto interesse ad apprendere come le caratteristiche molecolari dinamiche e le strutture delle molecole superficiali in risposta a stimoli esterni potrebbero influenzare l'orientamento di massa dei materiali negli stati LC. Un esempio è quello di utilizzare biosensori LC come una nuova applicazione di LC 1 , 2 . Per quantificare quante specie bio-target vengono rilevate, è importante sapere come i LC interfacciali che contattano le molecole target aderenti cambiano e si evolvono, pur rilevando e come trasferiscono / traducono le proprie proprietà in massa.
Utilizzando modelli per perseguire queste risposte, abbiamo cominciato con sistemi che hanno il loro orientamento molecolare di superficie e ordinazioni a corto raggio che variano termodinamicamente. Questi sistemi ci permettono di correlare in modo sistematico i cambiamenti dell'orientamento e delle ordinazioni di superficie con l'orientamento bulk risultante. Recentemente, abbiamo trovato diversi sistemi LC che mostrano oTransizioni rientazionali, dove un orientamento molecolare spontaneo di massa cambia con la temperatura. In linea di principio, le transizioni orientazionali possono essere classificate in transizioni di 5 , 6 , 7 e 8 quasi secondi di 3 , 4 o quasi-ordine. Il primo è accompagnato da una reorientazione molecolare continua continua sui cambiamenti della temperatura, mentre quest'ultima dimostra una discontinuità. In questo articolo descriviamo una transizione orientazionale nel modo quasi ordinario tra gli stati P e gli orientamenti V. Si procede nella singola fase nematica (N) cambiando la temperatura. I dettagli saranno forniti nei risultati rappresentativi e nella discussione.
Poiché la modifica orientazionale della massa deve essere governata da una modifica dell'orientamento molecolare della superficie e breve- ordini di ordinamento, è evidente che questo sistema può potenzialmente offrire approfondimenti su come la variazione termodinamica dell'orientamento molecolare di superficie e delle ordinazioni a corto raggio influenzino l'orientamento di massa. In questo articolo, con l'obiettivo di comprendere i problemi sopra citati, abbiamo affrontato tre problemi utilizzando quattro metodi complementari ( cioè POM, DS, HR-DSC e GI-XRD): (1) Cosa sembra la transizione orientazionale? (2) La transizione orientazionale è riscontrabile termicamente? (3) Perché e come avviene la transizione orientazionale?
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
1. Preparazione dello strato di allineamento del cristallo liquido di un perfluoropolimero su substrati di vetro
- Preparazione della soluzione di perfluoropolimero
- Preparare 1 mL della soluzione di perfluoropolimero sciogliendo una soluzione di perfluoropolimero (9% in polimero di%) in un solvente commerciale in un rapporto di 1: 2; Questo assicura film uniformi da 0,5 a 1 μm di spessore per essere spin-coated.
NOTA: consultare l'elenco dei materiali per la soluzione e il solvente utilizzato.
- Preparare 1 mL della soluzione di perfluoropolimero sciogliendo una soluzione di perfluoropolimero (9% in polimero di%) in un solvente commerciale in un rapporto di 1: 2; Questo assicura film uniformi da 0,5 a 1 μm di spessore per essere spin-coated.
- Rivestimento del perfluoropolimero su substrati di vetro pulito
- Lavare i supporti di vetro (dimensione tipica: 1 cm x 1 cm) per sonicazione a 38 o 42 kHz in un detergente alcalino. Risciacquare ripetutamente con acqua distillata. In genere, sciacquare più di 10 volte, con 5 minuti di sonicazione ogni volta.
- Sostituire i substrati al detergente UV-O 3 per 10 min.
- Gocciola 20 μL della soluzione del punto 1.1 sul substrato di vetro pulitoTES. Immediatamente spin-cappella la soluzione a 3.500 giri / min e la temperatura ambiente per 70 s. Cuocere la pellicola a 80 ° C per 60 minuti per rimuovere il solvente e a 200 ° C per 60 minuti per la polimerizzazione.
2. Preparazione delle cellule LC
- Incollare due substrati di vetro rivestiti con film insieme utilizzando una resina foto-curabile e una lampada a LED con una lunghezza d'onda di 365 nm (1,1 W / cm 2 ). Regolare lo spessore del divario tra i due substrati entro l'intervallo di 2-100 μm utilizzando particelle di vetro di dimensioni micrometriche o pellicole di polietilene naftalato.
- Introdurre un materiale LC, 4'-butil-4-eptil-bicicloesil-4-carbonitrile (CCN47; 0,2-10 μL) 9 alle cellule LC preparate usando una spatola sotto forza capillare ad una temperatura superiore al liquido isotropico (I) - temperatura di transizione di fase non statica (N).
NOTA: CCN47 ha un'anisotropia dielettrica negativa e la sequenza di fase è Cry 298.6 K SmA 301.3 KN 331.3 KI, dove Cry e SmA stanno per fasi cristalline e smectic. Non introdurre CCN47 nella fase N o SmA, poiché l'allineamento indotto dal flusso sarebbe stato promosso.
3. Caratterizzazione del campione
- Osservazione della struttura mediante polarizzazione della microscopia ottica (POM) 10
- Osservare le celle LC sotto POM con lenti obiettivo 4-100X in combinazione con una fase a caldo per controllare la temperatura del campione con una precisione di ± 0,1 K. Registrare le texture in più di 5 fotogrammi, a intervalli regolari per Kelvin. Utilizzare una fotocamera digitale a colori in sequenza, sia al raffreddamento che al riscaldamento nell'intervallo 291-343 K.
- Spettroscopia dielettrica (DS) 11
- Preparare le celle LC, con elettrodi ITO - che possono avere una forma quadrata o circolare e possono essere acquistati in commercio - su entrambi i substrati. Saldare un filo di piombo ad ogni substrato.
NOTA: Consultare l'elenco dei materiali per i substrati utilizzati. - Misurare la capacità o la costante dielettrica delle celle LC, esattamente come utilizzata per POM, utilizzando un analizzatore di impedenza commerciale / fase di guadagno. Assicurarsi che lo stato dei campioni sia equilibrato prima di ogni misurazione. Misurare la dipendenza temporale della capacità o della costante dielettrica delle cellule LC misurando manualmente la capacità delle cellule LC ogni 5 min.
- Avviare la misura DS solo se la costante o la costante dielettrica delle cellule LC diviene non dipendente dal tempo.
- Preparare le celle LC, con elettrodi ITO - che possono avere una forma quadrata o circolare e possono essere acquistati in commercio - su entrambi i substrati. Saldare un filo di piombo ad ogni substrato.
- Calorimetria di scansione differenziale ad alta risoluzione (HR-DSC) 12
- Mettere le celle LC in un HR-DSC fatto in casa da esaminare, esattamente come in POM ( non utilizzare mai le teglie DSC). Fare riferimento al Reference 12 per progettare e costruire un HR-DSC e per imparare ad usarlo. Eseguire le misurazioni con le velocità di scansione di 0,05-0,10 K / min per migliorare il pow di risoluzione della temperatura minimaER.
- Diffrazione a raggi X incidenti di pascolo (GI-XRD) 13
- Posizionare la cella LC (utilizzata per POM o DSC) o un campione con una goccia di CCN47 da 2 a 5 μl su un substrato rivestito sullo stadio di campione GI-XRD, che dovrebbe essere dotato di un regolatore di temperatura.
- Equilibrare il campione per più di 10 minuti alle temperature desiderate nell'intervallo 291-343 K, sia a raffreddamento che a riscaldamento.
- Usare un fascio a raggi X incidente sul campione, con un angolo di incidente minuto attorno allo 0,05-0,10 °, per estrarre informazioni sulla superficie sull'orientamento molecolare e le ordinazioni / strutture. Swing l'angolo incidente del raggio a raggi X per trovare l'angolo di incidente ottimale in cui la forza della diffrazione è la più forte. Prendere le misure all'angolo ottimale dell'incidente.
NOTA: Tenete presente che GI-XRD consente di sondare le peculiarità interfacciali sulla scala nanometrica, massimizzando così il segnale da sottileAyers riducendo al minimo il segnale dalla massa. Si noti che le geometrie normali di XRD, diverse da GI-XRD, non sono metodi sensibili alla superficie, poiché il raggio di raggi X ha una grande profondità di penetrazione nei materiali.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Le immagini POM, i dati DS, i dati HR-DSC e gli schemi GI-XRD sono stati raccolti durante la variazione di temperatura, in particolare nelle vicinanze della transizione orientazionale sia sul raffreddamento che sul riscaldamento.
La figura 1 rappresenta l'evoluzione della struttura eseguita con le misurazioni POM e DS durante l'osservazione POM della transizione orientazionale dal P orientato (V) allo stato di orientamento V (P) durante il raffreddamento (riscaldamento). Viene mostrato il processo di riorientamento durante la transizione orientazionale basato sull'osservazione POM ( Figura 1a ). A raffreddamento, l'orientamento P nella massa è subito sotto la temperatura di transizione IN, resa distinta dalla comparsa di texture Schlieren a due o quattro spazzole. Vale la pena notare che il Schlieren a due spazzole (discografia con una resistenza topologica di s = ± 1/2) è uno dei resuStrutture con un difetto di linea, che topologicamente non consente il pretilt nel regista della superficie 14 . D'altra parte, il Schlieren a quattro spazzole (discografia con una forza topologica di s = ± 1) ha una singolarità di punti, che può esistere sia sulle superfici che sulla massa. A differenza di Schlieren a due spazzole, è consentito un pretilt del regista di superficie secondo argomenti di simmetria. Abbassando la temperatura fino a 321,5 K, i nuclei scuri (l'orientamento V) si nucleizzano principalmente dalle singolarità di punto della ± 1 disclinazione e si diffondono nel tempo. Con l'annealing del campione per alcuni minuti o permettendo un ulteriore raffreddamento, l'intero campo visivo diventa completamente scuro, suggerendo il completamento della transizione dall'origine P all'origine V in massa. Al riscaldamento, la transizione orientativa inversa dal V alla orientamento P nella massa avviene con un'importante dissimilarità a quella del raffreddamento: un'isteresi di circa 5 K, suggestiNg una forte transizione del primo ordine, è stato trovato. Si noti che le tipiche tipologie di isteresi delle transizioni LC-LC ( ad esempio, le transizioni di fase IN e N-Smectic) sono inferiori a 1 K.
La Figura 2 mostra i dati HR-DSC che rappresentano il flusso di calore attraverso il campione in funzione della temperatura ( Figura 2a ) e del tempo (l'inserto di Figura 2b ) misurato da HR-DSC. I dati nell'inserto di Figura 2b sono stati utilizzati per analizzare l'esponente di Avrami dopo la transizione orientazionale ( Figura 2b ).
La figura 3 mostra i modelli GI-XRD in due geometrie di campionatura a diverse temperature: geometria delle gocce ( figura 3a , superiore) e geometria delle cellule LC in situ ( Figura 3a </ Strong>, in basso). Entrambe dimostrano l'ordinazione a corta portata di fogli di bagnatura quasi-SmA, con strutture a strato (qui di seguito abbreviate come SSWS) formate in prossimità della superficie. La dimensione del SSWS è stata calcolata da larghezza massima a metà massimo (FWHM) dei picchi GI-XRD ( Figura 3b ). Ci sono due osservazioni cruciali che affermano che la SSWS dovrebbe essere la struttura specifica della superficie: (1) l'ordinazione di SmA è assente nella maggior parte di CCN47, come confermato da XRD (non mostrato qui). (2) I modelli di diffrazione isotropica, sia a SAD (più deboli e più ampi di quelli della superficie della perfluoropolymer) sia a WAD, sono stati confermati su un materiale convenzionale di strato di allineamento P, confermando le speciali interazioni molecolari tra il perfluoropolimero e CCN47. Poiché gli argomenti sulle interazioni molecolari vanno al di là della portata della presente discussione, verranno segnalati altrove in futuro. Sorprendentemente, anche nell'intervallo di temperatura dello stato di orientamento P (vedi GI-XRD a 328 e 322 K), SSWS persiste, indicando che la condizione di orientamento superficiale è frustrata. Alcune parti della superficie sono sotto il mantello di SSWS, mostrando la capacità di allineamento V per le molecole LC bulk, mentre il resto è esposto a mostrare la capacità di allineamento P. Se la dimensione o la copertura di SSWS cambiano con la temperatura, ci aspettiamo che lo stato di orientamento LC in massa può variare poiché il rapporto tra la capacità di allineamento V e la capacità di allineamento P cambia di conseguenza. Per confermare questa possibilità, la dipendenza dalla temperatura della lunghezza di correlazione SSWS ( cioè la lunghezza media persistente dell'ordine di breve durata SmA nella direzione normale alla superficie) è stata calcolata dalla FWHM delle cime del SAD. La Figura 3b conferma la tendenza attesa che mostra un aumento della lunghezza di correlazione SSWS rispetto alla fase N, così come un'isteresi sottostante. L'isteresi significa che una volta che il SSWS si forma su thE quando è raffreddato, è termodinamicamente stabile e durevole, anche a temperature elevate. La caratteristica fondamentale è che l'intervallo di isteresi è coerente con l'intervallo di isteresi confermato da POM e DS ( Figura 1 ). Ciò suggerisce che la transizione orientazionale è innescata dalla crescita di SSWS.
Figura 1: Evoluzione della transizione orientazionale dallo stato di orientamento P a V, sia a raffreddamento che a riscaldamento. Variazione della struttura su ( a ) raffreddamento (frecce blu verso il basso) e ( b ) riscaldamento (frecce rosse verso l'alto). ( A ) In alto: l'orientamento P appare appena sotto la transizione IN. ( A ) Medio: A T C ( cioè, temperatura di transizione orientazionale al raffreddamento), l'orientamento V emerge dal punto di defecT della trama Schlieren prevalentemente a quattro spazzole (cerchi rossi tratteggiati). ( A ) In basso: i domini con l'orientamento V si espandono e coprono l'intero campo di vista, integrato da un insetto di un'immagine conoscopica. Si noti che l'immagine conosciuta cruciforme mostra un piccolo cambiamento a basse temperature. ( B ) In basso: A T H ( cioè, temperatura di transizione orientazionale al riscaldamento), le texture Schlieren scure e brillanti fanno apparire dal dominio orientale V, suggerendo la coesistenza di strati sottili e spessi con l'orientamento P. ( B ) Medio: domini scuri trasformano in domini luminosi. ( B ) In alto: Il regista su tutto il campo di visualizzazione è l'orientamento P, mostrando una sottile trama a quattro spazzole Schlieren. ( C ) La dipendenza dalla temperatura della costante dielettrica misurata sia in fase di raffreddamento (cerchi aperti) che in riscaldamento (marcature incrociate). La linea blu è quella sperimentaleDati della costante dielettrica di CCN47 misurata in una cellula LC homeotropica. Questa cifra è stata modificata e adattata con il permesso di riferimento 15. Copyright 2012, The American Physical Society. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
Figura 2: Traccia termica della transizione orientazionale utilizzando HR-DSC. ( A ) Grafici HR-DSC in una cella rivestita con il perfluoropolimero dopo sia il raffreddamento che il riscaldamento. Il risultato in una cella LC rivestita con un materiale convenzionale di allineamento planare, AL1254, dopo il raffreddamento è anche mostrato come misura di controllo. Le linee di base di tre grafici HR-DSC sono correttamente spostate. Una barra scala a doppia freccia corrisponde a 1 mW / g. Le linee tratteggiate sono attirate per enfatizzareChe il flusso di calore nell'orientamento V è più piccolo di quello sia nell'orientamento P che nella fase I nella cella con la superficie perfluoropolimero. ( B ) Attacco Avrami per il processo di crescita nucleazione dei domini, con l'orientamento V che si sviluppa dai domini con l'orientamento P dopo il raffreddamento. La variazione del flusso di calore con il tempo è mostrata nell'inserto, che è stato utilizzato per il montaggio Avrami. Questa cifra è stata modificata e adattata con l'autorizzazione dai riferimenti 7,8 . Copyright 2012, American Physical Society, Copyright 2016, American Chemical Society. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
Figura 3: Analisi della variazione termodinamica della struttura LC interfacial. a ) La variazione del modello GI-XRD rispetto alla temperatura usando una gocciolina CCN47 sulla superficie perfluoropolimero e una cella LC sulla superficie perfluoropolimero. Il modello GI-XRD della gocciolina CCN47 su una superficie con il materiale di strato di allineamento P AL1254 è indicato come riferimento. ( B ) La dipendenza dalla temperatura della lunghezza di correlazione sismica, ξ ∥ , sia sul raffreddamento che sul riscaldamento, calcolata dalla larghezza massima a mezzo massimale del modello di diffrazione di piccolo angolo di GI-XRD. Questa cifra è stata modificata e adattata con l'autorizzazione dei riferimenti 7 , 8 . Copyright 2012, The American Physical Society; Copyright 2016, American Chemical Society. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Le immagini POM 10x usate utilizzando una cella LC da 5 μm ( Figura 1a e b ) mostrano chiaramente che lo stato di orientamento delle molecole di massa LC trascorre tra gli orientamenti V e V sulla variazione di temperatura in modo di primo ordine. Questo è caratterizzato da processi di nucleazione e di crescita del dominio, con un nuovo orientamento diverso dall'orientamento iniziale di 90 °. Le temperature di transizione dopo raffreddamento e riscaldamento sono rispettivamente 321,5 K e 325,3 K. Dal momento che CCN47 ha una birefringenza di ~ 0,02 9 , la visibilità della struttura Schlieren è buona quando lo spessore delle cellule LC è nell'intervallo di 5-20 μm. Se lo spessore è più piccolo di questa gamma, la trasmittanza della trama Schlieren diventa più bassa, con conseguente peggiore visibilità. D'altra parte, se lo spessore è maggiore di questa gamma, l'interferenza e la dispersione della luce provocano aberrazioni nelle immagini POM, abbassando i viE anche la risoluzione ottica efficace.
Per indagare quantitativamente l'angolo di inclinazione del registratore LC rispetto alla superficie normale ( cioè l'angolo polare) nella massa, la misura DS a una frequenza fissa di 1 kHz (lontano dall'intervallo di frequenza conduttivo) è stata effettuata in concomitanza con POM in funzione della temperatura ( Figura 1c ). Poiché l'anisotropia dielettrica del LC utilizzato viene misurata in anticipo in funzione della temperatura utilizzando le cellule con entrambi i livelli di allineamento P e V, la modifica della permittività dielettrica (ℇ) sulla transizione orientazionale può essere tradotta nella modifica del polare L'angolo delle LC nel bulk. Nella figura 1c , la traccia di ℇ sia sul raffreddamento che sul riscaldamento mostra esplicitamente che la transizione orientazionale dal P (V) al V (P) si verifica improvvisamente, con grande salto nella traccia. È evidente dalla grande discontinuità in cui ilLa transizione orientazionale ha una natura di primo ordine, coerente con l'osservazione fatta da POM. Anche se la misura DS è abbastanza potente per stimare in media l'angolo polare dei materiali anisotropici, manca la risoluzione di profondità e non può fornire alcuna informazione sull'orientamento azimutale in piano.
In Figura 2a , la traccia HR-DSC in una cella LC da 25 μm conferma una variazione graduale del flusso di calore, attraversando la transizione orientazionale a raffreddamento a ~ 318 K (riscaldamento a ~ 328 K), a quel punto lo stato orientativo bulk Cambia da P allo stato V. Inoltre, le anomalie di calore alla transizione a fase di massa IN a ~ 332 K e alla transizione di fase N-SmA a bulk a ~ 303 K. Una velocità di scansione superiore a 0,05-0,10 K / min comporterebbe un peggioramento della potenza e del rumore di risoluzione della temperatura Nel flusso di calore e porterebbe il campione di riferimento fuori dall'equilibrio. Il cambiamento quasi-passo nel flusso di calore sulla transizione orientazionale non accompagnaY calore latente misurabile, che rappresenta l'energia potenziale immagazzinata nei legami tra le molecole. Questo è diverso dalle normali transizioni di fase LC e cristallina che comportano un notevole calore latente. Ciò significa che la portata di calore per volume di unità, d Q / d t d V , è direttamente associata alla specifica capacità di calore C p ( cioè d Q / d t d V ~ C p ). Questa conseguenza permette di determinare la frazione delle molecole bulk ( X ) che ha completato la transizione orientazionale da P a V. A sua volta, ciò offre una comprensione dei processi di nucleazione e crescita della transizione orientazionale attraverso Kolmogorov-Johnson- Mehl-Avrami, (KJMA o Avrami) analisi 16 , 17 , 18 . La Figura 2b presenta il raccordo Avrami basato sull'equazione X , K , t e n sono la frazione di volume dei nuovi domini, il coefficiente Avrami, il tempo e l'esponente di Avrami, dipendente dalla temperatura ). N è stato confermato a ~ 2.6, suggerendo una nucleazione eterogenea e successivi processi di umidificazione interfaccia a crescita 2D. Questo risultato è in netto contrasto con l'esponente di Avrami per la transizione isotropico-nematica (n ≈ 3.6) nelle NLC solitamente ingombranti (si prega di fare riferimento alle informazioni di supporto in riferimento 8). Si noti che l'attuale analisi KJMA è possibile grazie all'eccellente potenza di risoluzione della temperatura e al buon rapporto segnale-rumore nel nostro HR-DSC. Questo non può essere raggiunto con gli strumenti convenzionali DSC. Poiché questa tecnica è sensibile a piccole variazioni nel flusso di calore ( ad esempio, anche i processi di nucleazione / crescita di nanofilamenti sono rilevabili 19 ), ha il potenziale per misurare il piccolo chanLe strutture e le fasi di qualsiasi materiale, che vanno dai materiali organici ai metalli. Inoltre, sottolineiamo che questa tecnica ha meno limitazioni nella geometria del campione ( ad esempio, le celle LC che non possono essere misurate con gli strumenti DSC convenzionali).
I modelli GI-XRD per i campioni con una superficie perfluoropolimero ( Figura 3a ) confermano sia i picchi SAD e WAD, con direttività a temperature diverse da 332 K della fase I. Il primo, che rappresenta le ordinazioni lungo i lunghi assi delle molecole LC, corre parallela alla superficie. Quest'ultimo, che rappresenta le ordinazioni lungo i corti assi delle molecole LC, si trova in posizioni perpendicolari rispetto alla prima. L'intensità dei picchi SAD è più forte di quella dei picchi WAD, e la velocità di FWHM dei picchi SAD è anche più stretta di quella dei picchi WAD. Poiché il FWHM dei picchi di diffrazione è la misura di principio del grado di forza della correlazione posizionale tra mole, Risulta che è presente una correlazione positiva più forte lungo i lunghi assi delle molecole LC, piuttosto che lungo quelle corte. Ciò dimostra l'esistenza delle suddette SSWS in prossimità della superficie. Come si vede dalla Figura 3b , la lunghezza di correlazione smectic di diverse lunghezze molecolari è nella scala nanometrica. Tali informazioni, nella scala nanoscopica-mesoscopica, localizzate nella regione di interfaccia, possono essere estratte solo con geometria sensibile alla superficie XRD, come nel GI-XRD, ma non dalle geometrie convenzionali di trasmissione e riflessione. Inoltre, se l'angolo incidente di GI-XRD è troppo grande (~> 0,1 °), la condizione di riflessione totale sarà rotta e le strutture specifiche della superficie non possono più essere sondate.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Gli autori non hanno niente da rivelare.
Acknowledgments
Questo lavoro è stato supportato da JSPS KAKENHI con il numero 16H06037. Ringraziamo sinceramente il dottor Yuji Sasaki presso l'Università di Hokkaido per l'assistenza tecnica per 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).
