Summary
Her presenterer vi en protokoll for å utløse en orienterende overgang av en flytende krystall som respons på temperaturen. Metodologier er beskrevet for å lage en prøve for å observere overgangen og den detaljerte overgangsevolusjonen.
Abstract
I flytende krystall (LC) fysisk kjemi spiller molekyler nær overflaten en stor rolle i kontrollen av masseorientering. Så langt, hovedsakelig for å oppnå ønskede molekylær orienteringstilstander i LC-skjermer, har den "statiske" overflateegenskapen til LCs, såkalt overflateforankring, blitt studert intensivt. Som en tommelfingerregel, når den første orienteringen av LC er "låst" ved spesifikke overflatebehandlinger, som for eksempel gnidning eller behandling med et spesifikt justeringslag, endres det ikke med temperatur. Her presenterer vi et system som viser en orienterende overgang ved temperaturvariasjon, som er i konflikt med konsensus. Rett ved overgangen opplever bulk-LC-molekylene orienteringsrotasjonen, med 90 ° mellom den plane (P) orienteringen ved høye temperaturer og den vertikale (V) orienteringen ved lave temperaturer i første-trinns overgangsmetode. Vi har sporet termodynamisk overflateforankringsadferd ved hjelp av polariserende optisk mikroskopi (POM), dielektrisk spektroskopi (DS), høyoppløselig differensiell skanningskalorimetri (HR-DSC) og beite-incidens-røntgendiffraksjon (GI-XRD) og nådde en plausibel fysisk forklaring: at overgangen utløses av en vekst av overflaten Fuktingsark, som påfører V-retningen lokalt mot P-orienteringen i bulk. Dette landskapet vil gi en generell lenke som forklarer hvordan balansen mellom ligevægten påvirkes av overflate-lokalisert orientering i mange LC-systemer. I vår karakterisering er POM og DS fordelaktig ved å tilby informasjon om den romlige fordeling av orienteringen av LC-molekyler. HR-DSC gir informasjon om den presise termodynamiske informasjonen på overganger, som ikke kan adresseres av konvensjonelle DSC-instrumenter på grunn av begrenset oppløsning. GI-XRD gir informasjon om overflate-spesifikk molekylær orientering og kort rekkefølge bestilling. Målet med dette papiret er å presentere en protokoll for å lage en prøve som viser transiOg å demonstrere hvordan den termodynamiske strukturvariasjonen, både i bulk og på overflater, kan analyseres ved hjelp av de ovennevnte metoder.
Introduction
I de senere år har det vært økende interesse for å lære hvordan dynamiske molekylære egenskaper og strukturer av overflatemolekyler som svar på ytre stimuli kan påvirke bulkorientering av materialer i LC-tilstander. Et eksempel er å bruke LC biosensorer som en ny applikasjon av LCs 1 , 2 . For å kvantifisere hvor mange målbiologiske arter detekteres, er det viktig å vite hvordan grensesnittet LC som kontakter vedheftende målmolekyler forandrer seg og utvikler seg, samtidig som de oppdager og hvordan de overfører / oversetter egenskapene til bulk.
Ved å bruke modeller for å forfølge disse svarene, startet vi med systemer som har sin overflatemolekylære orientering og kortvarige ordre varierende termodynamisk. Disse systemene tillater oss å korrelere endringene i overflateorientering og ordre med den resulterende masseorienteringen på en systematisk måte. Nylig fant vi flere LC-systemer som viser oRientational overganger, hvor en spontan masse molekylær orientering endres med temperatur. I prinsippet kan orienterende overganger kategoriseres i enten kvasi-andre rekkefølge 3 , 4 eller kvasi-første-ordreovergang 5 , 6 , 7 , 8 . Den førstnevnte er ledsaget av en kontinuerlig massemolekylær omorientering ved endringer i temperatur, mens sistnevnte demonstrerer en diskontinuerlig en. I denne artikkelen beskriver vi en orienterende overgang i kvasi-første-ordens måte mellom P og V orienteringsstilstandene. Den går videre i enkelt nematisk (N) fase ved å endre temperaturen. Detaljer vil bli gitt i Representative Results and the Discussion.
Siden orienteringsendring i bulk skal styres av en endring i overflatemolekylær orientering og kort-range bestillinger, er det tydelig at dette systemet potensielt kan gi innsikt i hvordan den termodynamiske variasjonen i overflatemolekylær orientering og kort rekkefølgeordninger påvirker bulkorienteringen. I denne artikkelen, med sikte på å forstå de nevnte problemene, tok vi opp tre problemer ved hjelp av fire komplementære metoder ( dvs. POM, DS, HR-DSC og GI-XRD): (1) Hvordan ser orienteringsovergangen ut? (2) Er orienteringsovergangen termisk detekterbar? (3) Hvorfor og hvordan skjer orienteringsovergangen?
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
1. Fremstilling av flytende krystalljusteringslag av en perfluorpolymer på glassunderlag
- Fremstilling av perfluorpolymeroppløsningen
- Tilbered 1 ml perfluorpolymeroppløsningen ved å oppløse en perfluorpolymerløsning (9 vekt% polymer) i et kommersielt løsningsmiddel i forholdet 1: 2; Dette sikrer ensartede filmer 0,5-1 μm tykk for å være spin-belagt.
MERK: Se Materialelisten for løsningen og løsningsmidlet som brukes.
- Tilbered 1 ml perfluorpolymeroppløsningen ved å oppløse en perfluorpolymerløsning (9 vekt% polymer) i et kommersielt løsningsmiddel i forholdet 1: 2; Dette sikrer ensartede filmer 0,5-1 μm tykk for å være spin-belagt.
- Belegning av perfluorpolymeren på rene glassubstrater
- Vask glassubstratene (typisk størrelse: 1 cm x 1 cm) ved sonikering ved 38 eller 42 kHz i et alkalisk vaskemiddel. Skyll dem forsiktig med destillert vann. Skyll vanligvis mer enn 10 ganger, med 5 min sonikering hver gang.
- Underkast substratene til UV-O 3 rengjøringsmiddel i 10 minutter.
- Dropp 20 μl av løsningen fra trinn 1.1 på det rensede glassunderlagettes. Snurre omgående løsningen ved 3,500 rpm og romtemperatur i 70 s. Bake filmen ved 80 ° C i 60 minutter for å fjerne løsningsmidlet og ved 200 ° C i 60 minutter for herding.
2. Fremstilling av LC-celler
- Lim to glassunderlag belagt med film sammen ved hjelp av en fotoherdbar harpiks og en LED-lampe med en bølgelengde på 365 nm (1,1 W / cm 2 ). Juster tykkelsen av gapet mellom de to underlagene i intervallet 2-100 μm ved bruk av mikrometerstørrelsesglasspartikler eller polyetylennaftalatfilmer.
- Innfør et LC-materiale, 4'-butyl-4-heptyl-bicykloheksyl-4-karbonitril (CCN47; 0,2-10 μl) 9 til de fremstilte LC-celler ved bruk av en spatel under kapillærkraft ved en temperatur høyere enn den isotrope væske (I) -nematisk (N) faseovergangstemperatur.
MERK: 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 krystall og smektiske A-faser. Ikke introduser CCN47 i N-fasen eller SmA-fasen, fordi strømningsinducert justering ville bli fremmet.
3. Prøvekarakterisering
- Teksturobservasjon ved polarisering av optisk mikroskopi (POM) 10
- Følg LC-cellene under POM med 4-100X objektivlinser i forbindelse med en varm fase for å kontrollere prøvetemperaturen med ± 0,1-K nøyaktighet. Ta opp teksturene i mer enn 5 rammer, med jevne intervaller per Kelvin. Bruk et digitalt fargekamera i rekkefølge, både ved kjøling og oppvarming i området 291-343 K.
- Dielektrisk spektroskopi (DS) 11
- Forbered LC-celler, med ITO-elektroder - som kan ha en firkantet eller sirkulær form og kan kjøpes kommersielt - på begge underlag. Løs en blyledning til hvert substrat.
MERK: Se Materialelisten for de anvendte underlaget. - Mål kapasitans eller dielektrisk konstant for LC-cellene, akkurat som brukt for POM, ved hjelp av en kommersiell impedans / forsterkningsfaseanalysator. Kontroller at tilstanden til prøvene er ekvilibrert før hver måling. Mål tidsavhengigheten av kapasitans eller dielektriske konstanten av LC-cellene ved å måle kapasitansen av LC-cellene manuelt hver 5. minutt.
- Start kun DS-måling hvis kapasitans- eller dielektriske konstanten for LC-cellene ikke blir tidsavhengige.
- Forbered LC-celler, med ITO-elektroder - som kan ha en firkantet eller sirkulær form og kan kjøpes kommersielt - på begge underlag. Løs en blyledning til hvert substrat.
- Høyoppløselig differensialskanningskalorimetri (HR-DSC) 12
- Sett LC-cellene inn i en hjemmelaget HR-DSC som skal undersøkes, akkurat som i POM (bruk aldri DSC-panner). Se Referanse 12 for å designe og bygge en HR-DSC og lære å bruke den. Utfør målinger med skannehastigheter på 0,05-0,10 K / min for å øke minimale temperaturoppløsende power.
- Beitehendelse Røntgendiffraksjon (GI-XRD) 13
- Sett enten LC-cellen (brukt til POM eller DSC) eller en prøve med en 2 til 5 μl dråpe CCN47 på et belagt substrat på GI-XRD-prøvestadiet, som skal være utstyrt med en temperaturregulator.
- Equilibrere prøven i mer enn 10 minutter ved ønskede temperaturer i området 291-343 K, både ved avkjøling og oppvarming.
- Bruk en røntgenstråle på prøven med en innfallsvinkel på rundt 0,05-0,10 °, for å trekke ut overflateinformasjon om molekylær orientering og ordre / strukturer. Swing hendelsesvinkelen på røntgenstrålen for å finne den optimale hendelsesvinkelen hvor styrken på diffraksjonen er sterkest. Ta målingene i optimal innfallsvinkel.
MERK: Vær oppmerksom på at GI-XRD gjør det mulig å teste grensesnittsegenskaper på nanometerskalaen, og dermed maksimere signalet fra tynn lAyers mens minimering av signalet fra bulk. Merk at normale XRD-geometrier, unntatt GI-XRD, ikke er overflatefølsomme metoder, siden røntgenstrålingsstrålen har en stor gjennomtrengningsdybde i materialer.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
POM-bilder, DS-data, HR-DSC-data og GI-XRD-mønstre ble samlet under temperaturvariasjon, spesielt i nærheten av orienteringsovergangen ved både kjøling og oppvarming.
Figur 1 representerer utviklingen av tekstur laget av POM- og DS-målinger under POM-observasjonen av orienteringsovergangen fra P (V) til V (P) orienteringsstatus under kjøling (oppvarming). Omorienteringsprosessen under orienteringsovergangen basert på POM-observasjonen ( Figur 1a ) er vist. Ved kjøling er P-retningen i massen rett under IN-overgangstemperaturen, skapt av utseendet på to- (i flertallet) og firebørste Schlieren-teksturer. Det er verdt å merke seg at to-børste Schlieren (disklinering med en topologisk styrke s = ± 1/2) er en av resuLette strukturer med en linjepåføyning, som i øvre grad ikke tillater pretil i overflatedirektøren 14 . På den annen side har firebørsten Schlieren (disklinering med en topologisk styrke s = ± 1) en poeng singularitet, som kan eksistere enten på overflater eller i bulk. I motsetning til to-børste Schlieren, er et pretilt av overfladedirektøren tillatt i henhold til symmetri argumenter. Ved å senke temperaturen ned til 321,5 K, kjerne mørke domener (V-retningen) hovedsakelig fra punkt-singulariteter av ± 1-disklineringen og spredes med tiden. Ved å annealere prøven i flere minutter eller ved å tillate ytterligere avkjøling blir hele synsfeltet helt mørkt, hvilket tyder på fullføring av overgangen fra P til V-orienteringen i bulk. Ved oppvarming skjer reverseringsorienteringsovergangen fra V til P-orienteringen i massen med en viktig forskjell til kjøling: en hysterese rundt 5 K, foreslårNg en sterk førstegangsovergang ble funnet. Merk at de typiske hystereseområdene for LC-LC-overganger ( f.eks . IN- og N-Smectic-faseovergangene) er mindre enn 1 K.
Figur 2 viser HR-DSC-data som representerer varmestrømmen gjennom prøven som en funksjon av temperaturen ( figur 2a ) og tid (innsatsen i Figur 2b ) målt ved HR-DSC. Dataene i innlegget i figur 2b ble brukt til å analysere Avrami-eksponenten etter orienteringsovergangen ( figur 2b ).
Figur 3 viser GI-XRD mønstre i to prøve geometrier ved forskjellige temperaturer: dråpe geometri ( Figur 3a , topp) og in situ LC celle geometri ( Figur 3a </ Strong>, nederst). Begge demonstrerer kort rekkefølge bestilling av kvasi-SmA fuktingsark, med lagstrukturer (heretter forkortet som SSWS) dannet i nærheten av overflaten. Størrelsen på SSWS ble beregnet fra full bredde ved halv maksimal (FWHM) av GI-XRD topper ( figur 3b ). Det er to viktige observasjoner som bekrefter at SSWS skal være overflatespesifikke strukturen: (1) SmA-bestilling er fraværende i bulk av CCN47, som bekreftet av XRD (ikke vist her). (2) Isotropiske diffraksjonsmønstre, både ved SAD (svakere og bredere enn de i perfluorpolymeroverflaten) og ved WAD, ble bekreftet på et konvensjonelt P-justeringslagsmateriale som bekrefter de spesielle molekylære samspill mellom perfluorpolymeren og CCN47. Siden argumentene om molekylære interaksjoner går utover omfanget av den nåværende diskusjonen, vil de bli rapportert andre steder i fremtiden. Overraskende nok, selv i temperaturområdet for P orienteringstilstanden (se GI-XRD-mønstre ved 328 og 322 K), fortsetter SSWS, noe som indikerer at overflateorienteringsbetingelsen er frustrert. Noen deler av overflaten er under kappen av SSWS, og viser V-justeringskapasiteten for bulk-LC-molekylene, mens resten er utsatt for å vise P-justeringskapasiteten. Hvis størrelsen eller dekningene av SSWS endres med temperatur, forventer vi at LC orienteringsstatusen kan variere, da forholdet mellom V-justeringskapasiteten og P-justeringsmuligheten endres tilsvarende. For å bekrefte denne muligheten, ble temperaturavhengigheten av SSWS korrelasjonslengden ( dvs. den gjennomsnittlige vedvarende lengden av SmA kort rekkefølge i retningen normal til overflaten) beregnet fra FWHM av SAD topper. Figur 3b bekrefter forventet trend som viser en økning i SSWS korrelasjonslengden over N-fasen, samt en underliggende hysterese. Hystereseen betyr at når SSWS er dannet på thE overflaten ved avkjøling, den er termodynamisk stabil og er holdbar, selv ved høye temperaturer. Nøkkelfunksjonen er at hystereseområdet er i samsvar med hystereseprøven som er bekreftet av POM og DS ( figur 1 ). Dette antyder at orienteringsovergangen utløses av veksten av SSWS.
Figur 1: Utvikling av orienteringsovergangen fra P til V orienteringstilstand, både ved kjøling og ved oppvarming. Teksturvariasjon på ( a ) avkjøling (blå nedoverpiler) og ( b ) oppvarming (røde oppoverpiler). ( A ) Topp: P-retningen vises like under IN-overgangen. ( A ) Midt: Ved T C ( dvs. orienterende overgangstemperatur ved avkjøling), kommer V-retningen fra punktdefektenT av den hovedsakelig firebørste Schlieren tekstur (røde punkterte sirkler). ( A ) Bunn: Domenene med V-retningen utvider og dekker hele synsfeltet, suppleret med et innspill av et konoskopisk bilde. Legg merke til at det korsformede konoskopiske bildet viser liten forandring ved lave temperaturer. B ) Bunn: Ved T H ( dvs. orienteringsovergangstemperatur ved oppvarming), ser de mørke og lyse Schlieren-tekstene ut fra V orienteringsdomene, noe som tyder på sameksistensen av tynne og tykke lag med P-orienteringen. ( B ) Midt: Mørke domener forvandles til lyse domener. ( B ) Topp: Regissøren over hele synsfeltet er P-orienteringen, og viser en tynn firebørste Schlieren-tekstur. ( C ) Temperaturberegningen av dielektrisk konstant målt på både kjøling (åpne sirkler) og oppvarming (kryssmerker). Den blå linjen er eksperimentellData av den dielektriske konstanten av CCN47, målt i en homotropisk LC-celle. Denne figuren er endret og tilpasset med tillatelse fra Referanse 15. Copyright 2012, The American Physical Society. Vennligst klikk her for å se en større versjon av denne figuren.
Figur 2: Termisk spor av orienteringsovergangen ved hjelp av HR-DSC. ( A ) HR-DSC-diagrammer i en celle belagt med perfluorpolymeren etter både kjøling og oppvarming. Resultatet i en LC-celle belagt med et konvensjonelt planjusteringslagsmateriale, AL1254, etter kjøling, vises også som en kontrollmåling. Grunnlinjene for tre HR-DSC-diagrammer skiftes riktig. En dobbel-pilet målestokk svarer til 1 mW / g. Stiplede linjer er tegnet for å understrekeAt varmestrømmen i V-retningen er mindre enn de i både P-orienteringen og i I-fasen i cellen med perfluorpolymeroverflaten. ( B ) Avrami passer for kjerne-vekstprosessen av domener, med V-retningen som kommer fra domener med P-orienteringen etter avkjøling. Variasjonen av varmeeffekten med tiden er vist i innsatsen, som ble brukt til Avrami-monteringen. Denne figuren er endret og tilpasset med tillatelse fra referanser 7,8 . Copyright 2012, The American Physical Society, Copyright 2016, American Chemical Society. Vennligst klikk her for å se en større versjon av denne figuren.
Figur 3: Analyse av termodynamisk variasjon av grensesnitt LC-strukturen. a ) Variasjonen i GI-XRD-mønsteret med hensyn til temperatur ved bruk av en CCN47-dråpe på perfluorpolymeroverflaten og en LC-celle på perfluorpolymeroverflaten. GI-XRD-mønsteret av CCN47-dråpen på en overflate med P-justeringslagsmaterialet AL1254 er vist som en referanse. ( B ) Temperaturavhengighet av smektisk korrelasjonslengde, ξ, på både kjøling og oppvarming, beregnet ut fra full bredde ved halv-maksimum av småvinkeldiffraksjonsmønsteret av GI-XRD. Denne figuren er endret og tilpasset med tillatelse fra referanser 7 , 8 . Copyright 2012, The American Physical Society; Copyright 2016, American Chemical Society. Vennligst klikk her for å se en større versjon av denne figuren.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
De 10x POM-bildene som ble tatt ved hjelp av en 5 μm LC-celle ( figur 1a og b ) viser tydelig at orienteringsstatusen til bulk-LC-molekylene overgår mellom P- og V-orienteringene ved temperaturvariasjon på en første rekkefølge. Dette er preget av domenekjede- og vekstprosessene, med en ny orientering som er forskjellig fra den opprinnelige orienteringen ved 90 °. Overgangstemperaturene ved kjøling og oppvarming er henholdsvis 321,5 K og 325,3 K. Siden CCN47 har en birefringence på ~ 0,02 9 , er synligheten til Schlieren tekstur god når tykkelsen av LC-cellene er i området 5-20 μm. Hvis tykkelsen er mindre enn dette området, blir transmittansen av Schlieren tekstur lavere, noe som resulterer i verre synlighet. På den annen side, hvis tykkelsen er større enn dette området, fører interferens og spredning av lys til aberasjoner i POM-bildene, og senker viSibility og til og med den effektive optiske oppløsningen.
For å kvantitativt undersøke lutningsvinkelen til LC-direktøren i forhold til den normale overflaten ( dvs. polarvinkelen) i bulk, ble DS-måling med en fast frekvens på 1 kHz (langt borte fra det ledende frekvensområde) utført samtidig med POM som en funksjon av temperaturen ( Figur 1c ). Siden den dielektriske anisotropi av LC som brukes, måles på forhånd som en funksjon av temperatur ved bruk av celler med både P- og V-justeringslag, kan endringen i den dielektriske permittiviteten (ℇ) ved orienteringsovergangen oversettes til forandringen i polar Vinkelen av LC'ene i bulk. I figur 1c viser sporet av ℇ på både kjøling og oppvarming eksplisitt at orienteringsovergangen fra P (V) til V (P) skjer plutselig, med stort hopp i sporet. Det er tydelig fra den store diskontinuiteten i ℇ atOrienteringsovergang har en første-ordens natur, i samsvar med observasjonen fra POM. Selv om DS-måling er kraftig nok til å estimere den polare vinkelen av anisotropiske materialer i gjennomsnitt, mangler den dybdeoppløsningen og kan ikke gi noen informasjon om den asimutale orienteringen i flyet.
I figur 2a bekrefter HR-DSC-sporet i en 25 μm LC-celle en trinnvis forandring i varmestrømmen, krysset ved orienteringsovergangen ved avkjøling ved ~ 318 K (oppvarming ved ~ 328 K), på hvilket tidspunkt bulk orienteringstilstanden Endres fra P til V-tilstand. Også varmen avviker ved bulk IN-fase-overgangen ved ~ 332 K og ved bulk-N-SmA-faseovergangen ved ~ 303 K. En skannehastighet høyere enn 0,05-0,10 K / min vil resultere i verre temperaturoppløsende kraft og støy I varmestrømmen og vil bringe målprøven ut av likevekt. Den kvasi-trinnvise endringen i varmestrømmen på orienteringsovergangen følger ikke medY målbar latent varme, som representerer potensiell energi lagret i bindingene mellom molekylene. Dette er forskjellig fra de normale LC- og krystallinske faseovergangene som medfører en betydelig latent varme. Dette betyr at varmestrømmen pr. Volum volum, d Q / d t d V , er direkte forbundet med den spesifikke varmekapasiteten C p ( dvs. d Q / d t d V ~ C p ). Denne konsekvensen gjør det mulig å bestemme brøkdelen av bulkmolekylene ( X ) som har fullført orienteringsovergangen fra P til V. Dette gir en forståelse av kjerne- og vekstprosessene i orienteringsovergangen gjennom Kolmogorov-Johnson- Mehl-Avrami, (KJMA eller Avrami) analyse 16 , 17 , 18 . Figur 2b presenterer Avrami-montering basert på ligningen X , K , t og n er volumfraksjonen av de nye domenene, den temperaturavhengige Avrami-koeffisienten, tiden og Avrami-eksponenten ). N ble bekreftet å være ~ 2,6, noe som tyder på en heterogen kjerne-ring og påfølgende 2D-vekstflatefukteringsprosesser. Dette resultatet kommer i skarp kontrast til Avrami-eksponenten for den isotropiske-nematiske overgangen (n ≈ 3,6) i vanlige bulk-NLCer (vennligst referer til Støtteinformasjonen i Referanse 8). Legg merke til at den foreliggende KJMA-analysen er mulig takket være både den utmerkede temperaturoppløsningen og det gode signal-støyforholdet i vår HR-DSC. Dette kan ikke oppnås med konvensjonelle DSC-instrumenter. Siden denne teknikken er følsom overfor små variasjoner i varmestrømmen ( f.eks. Selv nukleasjons- / vekstprosessene av nanofilamenter er detekterbare 19 ), har det potensial til å måle liten chanGes i strukturer og faser av noe materiale, alt fra (i) organiske materialer til metaller. I tillegg legger vi vekt på at denne teknikken har færre begrensninger i prøvegeometri ( f.eks . LC-cellene som ikke kan måles med konvensjonelle DSC-instrumenter).
GI-XRD-mønstrene for prøvene med en perfluorpolymeroverflate ( figur 3a ) bekrefter både SAD- og WAD-toppene, med direkte virkning ved andre temperaturer enn 332 K i I-fasen. Den førstnevnte, som representerer rekkefølgen langs LC molekylers lange akse, løper parallelt med overflaten. Sistnevnte, som representerer rekkefølgen langs LC molekylers korte akser, befinner seg i stillinger vinkelrett på den tidligere. Intensiteten av SAD topper er sterkere enn WAD topper, og FWHM av SAD topper er også smalere enn WAD topper. Siden FWHM av diffraksjonstopp er prinsippmåling av graden av styrken av posisjonskorrelasjonen mellom molCules, viser det seg at sterkere posisjonskorrelasjon langs LC-molekylers lange akser, i stedet for langs de korte, er tilstede. Dette demonstrerer eksistensen av de ovennevnte SSWS i nærheten av overflaten. Som vist fra figur 3b ligger den smektiske korrelasjonslengden av flere molekylære lengder i nanometer skalaen. Slike opplysninger, i den nanoskopiske til mesoskopiske skalaen, lokalisert i grensesnittområdet, kan kun utvinnes ved overflatefølsom XRD-geometri, som for eksempel i GI-XRD, men ikke ved konvensjonelle overførings- og reflekteringsgeometrier. Også, hvis hendelsesvinkelen til GI-XRD er for stor (~> 0,1 °), vil totalrefleksjonsforholdet bli ødelagt, og de overflatespesifikke strukturer kan ikke lenger undersøkes.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Forfatterne har ingenting å avsløre.
Acknowledgments
Dette arbeidet ble støttet av JSPS KAKENHI tilskudd nummer 16H06037. Vi takker hjertelig Dr. Yuji Sasaki i Hokkaido University for teknisk assistanse 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).
