Summary
هذا البروتوكول يدل علي اعداد المواد الضوئية التي يسلك مرحله صلبه ، ومختلف المراحل البلورية السائلة ، والمرحلة السائلة الانسيابية من خلال زيادة درجه الحرارة. المعروضة هنا هي طرق لقياس العلاقة بين هيكل ومرونة من المواد.
Abstract
المواد الذكية المرنة التي تستجيب لمحفزات محدده هي واحده من الفئات الأكثر جاذبيه من المواد الهامه للتكنولوجيات المستقبلية ، مثل التقنيات القابلة للتحويل عند الطلب ، والمحركات ، والقبضات الجزيئية ، والكتلة النانويه/المجهرية الناقلون. في الاونه الاخيره وجد انه من خلال الانتقال الصلبة السائلة الخاصة ، يمكن ان تظهر خصائص الريولوجيه تغييرات كبيره ، التالي توفير مواد لزج الذكية المناسبة. ومع ذلك ، تصميم المواد مع هذه الخاصية معقده ، وأوقات التحول إلى الامام والخلف عاده ما تكون طويلة. ولذلك ، من المهم استكشاف أليات عمل جديده لتحقيق التحولات الصلبة السائلة ، وتقصير وقت التبديل ، وتعزيز التباين بين خصائص الريولوجيه اثناء التبديل. هنا ، لوحظ انتقال المرحلة البلورية السائلة الناجمة عن الضوء ، والتي تتميز بواسطة المجهر الضوئي المستقطب (بوم) ، وقياس الضوء ، والمسح الضوئي للصور التفاضلية (الصورة DSC) ، والاشعه السينية الانكسار (XRD). المرحلة التي يسببها الضوء البلورية السائلة الانتقال يعرض الميزات الرئيسية مثل (1) التحول السريع للمراحل البلورية السائلة لكل من ردود الفعل الاماميه والخلفية و (2) نسبه التباين عاليه من مرونة اللزوجة. في التوصيف ، بوم هو مفيد في تقديم معلومات عن التوزيع المكاني للاتجاات جزيء LC ، وتحديد نوع المراحل البلورية السائلة التي تظهر في المواد ، ودراسة اتجاه الاعتمادات المستندية. قياس الضوء الضوئي يسمح قياس خصائص الريولوجيكال المواد تحت المحفزات الخفيفة ويمكن ان تكشف عن خصائص التحول الضوئي للمواد. الصورة DSC هي تقنيه للتحقيق في المعلومات دينامي حراري من المواد في الظلام وتحت الإشعاع الخفيف. وأخيرا ، يسمح XRD بدراسة الهياكل المجهرية للمواد. الهدف من هذه المادة هو تقديم بوضوح كيفيه اعداد وقياس الخصائص التي تمت مناقشتها من المواد الضوئية.
Introduction
وقد ولدت المواد الميكانيكية الذكية مع القدرة علي تغيير خصائصها المطاطية استجابه للتغير البيئي اهتماما هائلا بين الباحثين. تعتبر القابلية للتحول أهم عامل مادي ، والذي يوفر متانة الاستجابة الميكانيكية المتكررة في الكائنات الحية. حتى الآن ، تم تصميم المواد الاصطناعية للتحويل مع وظائف متعددة من خلال الاستفادة من ماده لينه (اي ، الهيدروجيل المستجيبة للضوء1،2،3، البوليمرات4،5، 6،7،8،9،10،11، البلورات السائلة [الاعتمادات المستندية]9،10،11، 12،13،14،15،16،17، مذيلات المستجيبة لدرجه الحموضة18،19،20 ،21،22، والسطحي23). ومع ذلك ، فان هذه المواد تعاني من أكثر من واحده من المشاكل التالية: عدم القابلية للانعكاس ، وانخفاض نسبه التباين التبديل من مرونة اللزوجة ، والتكيف منخفضه ، وسرعه التحول بطيئه. في المواد التقليدية ، يوجد مقايضه بين نسبه تباين التبديل بين مرونة اللزوجة وسرعه التبديل ؛ التالي ، فان تصميم المواد التي تغطي جميع هذه المعايير مع الأداء العالي أمر صعب. لتحقيق المواد مع omnicapability المذكورة أعلاه ، واختيار أو تصميم الجزيئات التي تحمل الطبائع الناشئة من كل من سيوله عاليه (الملكية اللزجة) وصلابة (الملكية المرنة) أمر ضروري.
البلورات السائلة هي أنظمه مثاليه مع عدد كبير محتمل من المراحل البلورية والصلبة السائلة التي يمكن ضبطها من قبل التصميم الجزيئي. وهذا يسمح للهياكل ذاتية التجميع في جداول طول مختلفه في مراحل LC خاصه. علي سبيل المثال ، في حين ان التناظر العالي التماثل (NLCs) يحمل اللزوجة المنخفضة والمرونة بسبب النظام المكاني قصيرة المدى ، وانخفاض التناظر عمودي أو smectic الاعتمادات تظهر اللزوجة العالية ومرونة بسبب واحد-وثنائي الابعاد طويلة المدى دوريه. ومن المتوقع انه إذا كان يمكن تبديل المواد LC بين مرحلتين مع الاختلافات الكبيرة في خصائصها المرنة ، ثم يمكن تحقيق المواد الذكية لزجه مع الأداء العالي. وقد ابلغ عن أمثله قليله9و10و11و12و13و14و15.
توضح هذه المقالة اعداد المواد LC الضوئية مع تسلسل المرحلة من الخواص (I)-الحركية (N)-تويست-بيند الحركية (TB)24-الكريستال (صرخة) علي التبريد (والعكس صحيح علي التدفئة) ، الذي يسلك سريعة وقابله للعكس التبديل المرنة في الاستجابة للضوء. المعروضة هنا هي طرق لقياس المرونة والصورة التوضيحية للهيكل المجهري-العلاقة مرونة الرؤية. ويرد وصف للتفاصيل في النتائج التمثيلية وفي أقسام المناقشة.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
1. اعداد يفرك الأسطح لمحاذاة الجزيئات LC بلانش
- اعداد ركائز الزجاج النظيف.
- قطع الزجاج ركائز باستخدام قطع الزجاج المستندة إلى الماس (جدول المواد) إلى قطع مربعه صغيره مع احجام المتوسطات من 1 سم × 1 سم. غسلها عن طريق سونيكيشن في 38 khz أو 42 khz في المنظفات القلوية (جدول المواد، المخفف في الماء في المنظفات: نسبه حجم المياه من 1:3) وشطف مع الماء المقطر مرارا وتكرارا (عاده ، أكثر من 10x مع 5 دقيقه من سونيكيشن لكل شطف).
- موضوع ركائز للاشعه فوق البنفسجية-الأوزون (UV-O3) منظف (جدول المواد) لأكثر من 10 دقيقه.
- معطف طبقه المحاذاة مستو علي ركائز الزجاج النظيف.
- بالتنقيط 20 μl من 1 مل من محلول المحاذاة مستو بوليميد (جدول المواد، وتستخدم كما هو) مع ماصه علي ركائز الزجاج المنظفة. علي الفور تدور-معطف الحل ، وذلك باستخدام المشارك تدور (جدول المواد) في 3,000 لفه في الدقيقة ودرجه حرارة الغرفة (RT) ل 70 s.
ملاحظه: سمك نموذجي من طبقه المحاذاة حوالي 20 نانومتر. - اخبز ركائز الزجاج المطلي في 80 درجه مئوية لمده 60 دقيقه لأزاله المذيبات وفي 180 درجه مئوية لمده > 60 دقيقه لعلاج. فرك الركائز باستخدام اله فرك القماش رايون (جدول المواد) مع المعلمات التالية: سرعه دوران = 300 لفه في الدقيقة ، لوحه السرعة = 20 مم/ثانيه ، والانطباع = 0.3 مم لتحقيق محاذاة أحاديه المحور للمواد LC.
- بالتنقيط 20 μl من 1 مل من محلول المحاذاة مستو بوليميد (جدول المواد، وتستخدم كما هو) مع ماصه علي ركائز الزجاج المنظفة. علي الفور تدور-معطف الحل ، وذلك باستخدام المشارك تدور (جدول المواد) في 3,000 لفه في الدقيقة ودرجه حرارة الغرفة (RT) ل 70 s.
2. اعداد خلايا LC
- وضع الركيزة الزجاجية المغلفة مع طبقه المحاذاة علي ركيزة أخرى ، مع طبقات المحاذاة وجها لوجه ، وضمان ان تكون 80 ٪ تتداخل لتشكيل خليه.
ملاحظه: يتم استخدام الأسطح غير المتراكبه بنسبه 20% لإدخال مواد LC في الخلية. - ضع 100 μL من لاصق فوتورياكتيف (جدول المواد) و 0.1 ملغم من جزيئات الزجاج متناهية الصغر (قطر = 5 ميكرومتر) علي ركيزة زجاجيه نظيفه واخلطها يدويا باستخدام طرف قصاصه ورقيه. نقل المواد المختلطة إلى أربع زوايا من الخلية لضبط الفجوة الخلية وإلقاء الضوء علي الخلية باستخدام الضغط المنخفض بخار الزئبق مصباح قوس قصير (جدول المواد) مع الطول الموجي من 365 نانومتر (1.1 W/cm2). ضع الخلية تحت مصباح LED علي مسافة 1 سم لمده 5 دقائق.
- بعد الاضاءه ، ضع الخلية علي مرحله الساخنة وتعيين درجه الحرارة المستهدفة للمرحلة لتسخين الخلية إلى درجه حرارة فوق السائل الانسيابي (I)-الحركية (ن) مرحله الانتقال (عاده في 160 درجه مئوية). نقل المواد LC (1-[4-بوتوكسيازوبينزيني)-yloxy]-6-[4-سيانوبيفينيل ' yl] الهكسان ؛ CB6OABOBu; 0.2 − 10.0 μL) علي سطح واحد مفتوح من الخلية ودفع المواد نحو مدخل الخلية باستخدام ملعقة صغيره للحصول علي الاتصال بين المواد LC ومدخل الخلية. انتظر حتى يتم ملء المواد LC في الخلية بواسطة القوه الشعرية.
ملاحظه: CB6OABOBu لديه تسلسل المرحلة: صرخة 100.3 درجه مئوية السل 105.2 درجه مئوية 151.7 درجه مئوية انا علي التدفئة وانا 151.4 درجه مئوية ن 104.5 درجه مئوية السل 83 درجه مئوية صرخة علي التبريد. لا تعرض CB6OABOBu في مرحله N أو طور السل لأنه يتم تعزيز المحاذاة الناتجة عن التدفق.
3. توصيف الملمس عن طريق استقطاب المجهر البصري
- مراقبه الخلايا LC وضعت علي المرحلة الساخنة للسيطرة علي درجه حرارة العينة (40 − 180 درجه مئوية) مع ± 0.1 K دقه تحت مجهر ضوء الاستقطاب (بوم ، جدول المواد) باستخدام 4x − 100x العدسات الموضوعية. سجل القوام باستخدام كاميرا ملونه رقميه بالتتابع اثناء التبريد والتدفئة.
- استخدام الاشعه فوق البنفسجية الموسع المصباح (جدول المواد) مجهزه علي بوم مع الطول الموجي من 365 نانومتر (50 mW/سم2).
4-القياسات الضوئية
- اعداد القياسات الريولوجيه.
- قبل وضع اي عينه علي خشبه المسرح (جدول المواد) ، وأداء الهندسة الجمود المعايرة وصفر الفجوة المعايرة التي تسيطر عليها البرمجيات وفقا لتعليمات الشركة المصنعة لضمان دقه الدراسة الريولوجيه . تزن 250 ملغ من عينه مسحوق CB6OABOBu وتحميله علي لوحه قاعده الكوارتز من الريميتر.
ملاحظه: بالنسبة للدراسة الحالية ، يتم استخدام لوحه بقطر 50 مم. - اضبط درجه حرارة غرفه العينة علي قيمه اعلي من نقطه انتقال المرحلة I-N (> 160 درجه مئوية). تعيين قيمه الفجوة لتقترب من لوحه القياس إلى لوحه الكوارتز قاعده لساندويتش العينة (قيمه الفجوة النموذجية المستخدمة = 20 μm). تقليم العينة الزائدة (علي سبيل المثال ، باستخدام مناديل ورقيه) التي هي خارج الفجوة عند لوحه القياس يتوقف عند وضع التشذيب ، وهو 25 ميكرومتر فوق الفجوة المستهدفة.
ملاحظه: لا تسمح كميه زائده من CB6OABOBu ليتم تقديمها إلى غرفه العينة ، لان هذا يجعل القياسات غير دقيقه.
- قبل وضع اي عينه علي خشبه المسرح (جدول المواد) ، وأداء الهندسة الجمود المعايرة وصفر الفجوة المعايرة التي تسيطر عليها البرمجيات وفقا لتعليمات الشركة المصنعة لضمان دقه الدراسة الريولوجيه . تزن 250 ملغ من عينه مسحوق CB6OABOBu وتحميله علي لوحه قاعده الكوارتز من الريميتر.
- اجراء قياسات الريولوجيه.
- يشع ضوء الاشعه فوق البنفسجية في 365 nm (1 − 100 ميغاواط/سم2) ، وقياس التحول الضوئي CB6OABOBu باستخدام الضغط العالي بخار الزئبق مصباح قوس قصير.
ملاحظه: سيتم توجيه ضوء من تحت حاويه العينة من خلال لوحه الكوارتز قاعده. - اجراء القياسات في 1) وضع الذبذبات لاستخراج ديناميكية استعاده المعلومات من المواد و 2) وضع التناوب ثابت للحصول علي اللزوجة التناوب فعاله. للقياسات في وضع التناوب ، وتطبيق الإجهاد القص المستمر من 13 باسكال إلى العينة للتاكد من ان يتم اجراء القياس في نظام نيوتونيان.
ملاحظه: يتم تنفيذ تحديد الأوضاع بواسطة برنامج وفقا لتعليمات الشركة المصنعة.
- يشع ضوء الاشعه فوق البنفسجية في 365 nm (1 − 100 ميغاواط/سم2) ، وقياس التحول الضوئي CB6OABOBu باستخدام الضغط العالي بخار الزئبق مصباح قوس قصير.
5. الصور التفاضلية المسح الحراري
- تزن 10 ملغ من عينه مسحوق CB6OABOBu وتحميله في مقلاه الذهب التفاضلية المسح الحراري (DSC). سخن العينة إلى 170 درجه مئوية في المرحلة الانسيابية وتاكد من عدم وجود توزيع عينات غير متجانس في المقلاة DSC كما لاحظت العين المجردة. غطي المقلاة DSC بلوحه كوارتز.
- اجراء قياسات الصور DSC وفقا لتعليمات الشركة المصنعة (جدول المواد). قياس بيانات DSC عند فحص 10 درجه مئوية/دقيقه.
ملاحظه: تم تجهيز الجهاز الصورة DSC مع كثافة الاشعه فوق البنفسجية من 50 ميغاواط/سم2.
6-توصيف انكسار الاشعه السينية
- تسخين مسحوق CB6OABOBu عينه باستخدام المرحلة الساخنة في 170 درجه مئوية وتمتص العينة إلى الشعرية XRD (قطر = 0.5 مم) بواسطة القوه الشعرية.
- نعلق الشعرية إلى حامل عينه مجهزه وحده تحكم في درجه الحرارة. تعيين درجه حرارة الغرفة (60 درجه مئوية ، 70 درجه مئوية ، 80 درجه مئوية ، 90 درجه مئوية ، 100 درجه مئوية ، 110 درجه مئوية ، 120 درجه مئوية ، 130 درجه مئوية ، 140 درجه مئوية ، 150 درجه مئوية ، 160 درجه مئوية ، 170 درجه مئوية لكل قياس انكسار الاشعه السينية).
- إشعاع العينة بالاشعه السينية والكشف عن الاشعه السينية الشعاعية بواسطة كاشف بدون إشعاع UV وتحت كثافة الاشعه فوق البنفسجية بمقدار 10 ميغاواط/سم2 لمده دقيقه و 10 دقائق.
ملاحظه: أجريت الدراسة الحالية في RIKEN beamline BL45XU. وكان مصدر الضوء الربيع-8 القياسية في فراغ المضارب. وكان السائل المبردة Si النيتروجين المزدوج أحاديه الأحادي البلورية تستخدم لأحاديه الشعاع. وكان الطول الموجي 1 Å.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
تم جمع صور بوم ، والبيانات الضوئية ، وبيانات الصور DSC ، وملفات كثافة XRD في الظلام خلال الاختلاف في درجات الحرارة وفي حين ساطع ضوء الاشعه فوق البنفسجية. الشكل 1ا ، ب يمثل هيكل CB6OABOBu ، مع تسلسل مرحلته والتشكيلات المحتملة الأمثل بواسطة الحقل mm 2 في برنامج النمذجة (علي سبيل المثال ، ChemBio3D).
عندما CB6OABOBu في الدولة العابرة ، واثنين من الدول المطابقة الطاقة المحتملة تظهر ، والتشكيل الملتوية هي الأكثر استقرارا التي تعزز تشكيل مرحله السل. عندما CB6OABOBu هو متحمس لدوله كومنولث الدول المستقلة عندما تتعرض للضوء الاشعه فوق البنفسجية ، يتم تحقيق الشكل المخروطي. علي الرغم من ان التحسين المطابق الحالي الذي ادلي به برنامج النمذجة مفيد لتحديد التشكيل من جزيء واحد ، فانه لا يمكن استخدامها لمحاكاة حاله المطابقة من جزيئات متعددة التي تتفاعل ، أو حتى التجميعات الذاتية للمجموعات الجزيئية الأكبر.
الشكل 1ج ، د يبين القوام بوم في الظلام وتحت 30 ميغاواط سم− 2 الاشعه فوق البنفسجية الإشعاع ، اثناء تبريد العينة في خليه LC 2 μm سميكه مع اتساق مستو يفرك بشكل موحد. في المرحلة N ، يتم تحقيق المحاذاة أحاديه المحوري لجزيئات (الشكل 1c، اعلي). عند خفض درجه الحرارة إلى السل في الظلام ، واشكال مخطط نمط ، والتي تسير المشارب موازيه لاتجاه فرك الخلية LC (الشكل 1c، الأوسط). وينشا هذا النمط الشريطي نتيجة لعدم الاستقرار ويعتبر رمزا لمرحله السل ، التي ابلغ عنها بأول بأنوف وآخرون25. مزيد من الانخفاض في درجه الحرارة يؤدي إلى بلوره (الشكل 1ج، أسفل). التشعيع من الاشعه فوق البنفسجية يغير التشكيل من العابرة إلى الدولة رابطه الدول المستقلة ، مما ادي إلى اختلاف المرحلة التالي اختلاف الملمس. إذا بدات من مرحله السل ، فان ضوء الاشعه فوق البنفسجية يحول الملمس الشريطي إلى حاله المحاذاة الاحاديه للمرحلة N (الشكل 1d، اعلي الوسط). ويتيح إيقاف تشغيل ضوء الاشعه فوق البنفسجية لجزيئات الاسترخاء وأعاده إدخال الحالة العابرة ، كما ان الملمس الشريطي لمرحله السل يشكل مره أخرى.
ويبين الشكل 2 اللزوجة الفعالة لCB6OABOBu تحت ظروف مختلفه تقاس بمقياس الريمتر. يظهر الشكل 2ا الاعتماد علي درجه الحرارة للزوجة القص الفعالة. والسبب في استدعاء اللزوجة المقاسه اللزوجة القص الفعال هو ان المكونات الحقيقية للزوجة في البلورات السائلة تعتمد علي التوجيه ، واللزوجة المقاسه هي قيمه التوجه-متوسط في الدراسة الحالية. يظهر الشكل 2ب الاعتماد علي الضغط القص للزوجة القص الفعالة في درجات حرارة مختلفه اثناء التشغيل الأول والثاني. ويعرض الشكل 2ج الاختلاف بين لزوجه القص الفعالة التي تسببها الاشعه فوق البنفسجية في درجات حرارة مختلفه. يوضح الشكل 2د منحنيات التحول من لزوجه القص الفعالة في مقياس السجل في درجات حرارة مختلفه ، (اي واحده في مرحله N والأخرى في مرحله السل). ويلخص الجدول 1الاعتماد المفصل علي درجه الحرارة لأوقات التبديل.
ويبين الشكل 3الف وباء القوام الCB6OABOBu في عينه عدم الانحياز تحت 50 ميغاواط/سم2 للاشعه فوق البنفسجية عند 80 درجه مئوية (الشكل 3ا) وبعد التبريد إلى 60 درجه مئوية (الشكل 3ب). منحنيات الصورة DSC من الشكل 3ج تثبت انه عند التبريد ، والتحولات المرحلة I-N من العابرة ورابطه الدول المستقلة ايزومرات مختلفه. علي الرغم من ان الصورة-DSC مفيد للكشف عن الاختلافات بين الدول المظلمة والتي تحفز الضوء ، تجدر الاشاره إلى ان الصورة DSC عاده ما يجعل من الصعب المقارنة الكمية تدفق الحرارة الحقيقي للاختلافات ، منذ خط الأساس لل DSC المنحنيات تتغير بشكل كبير بسبب امتصاص الضوء بالعينة والسطح المعدني لمقلاه DSC. ويبين الشكل 3دال ان ذوبان المرحلة البلورية من ايزومرات العابرة ورابطه الدول المستقلة ، عند التسخين ، يختلف ، مقيسا بالنظام DSC التقليدي. ويبين الشكل 3(ه) و (و ) قطع الانكسار xrd للكثافة الفاصلة كداله لتباعد المسافات بدون إشعاع الاشعه فوق البنفسجية ومعه ، علي التوالي. ويمكن ان نري ان كثافة في كل ذروه التغييرات بشكل كبير عندما يتم المشع ضوء الاشعه فوق البنفسجية ، ويرجع ذلك أساسا إلى التحول الهيكلي البلورية وذوبان المحلية.
الشكل 1: التركيب الكيميائي لCB6OABOBu وتطور القوام علي التبريد. (ا) التركيب الكيميائي لCB6OABOBu وتسلسل مرحلته. (ب) النماذج الجزيئية التي تملا الفضاء من CB6OABOBu التي تم تحسينها بواسطة الحقل mm 2 في برنامج النمذجة. (ج) القوام بوم من CB6OABOBu تحت الاستقطاب المتقاطعة في خليه 2 μm سميكه مع اتساق مستو يفرك بشكل موحد ؛ اثناء التبريد دون أضاءه الاشعه فوق البنفسجية. اعلي: في المرحلة ن في 140 درجه مئوية ؛ الوسط: في مرحله السل عند 104 درجه مئوية ؛ أسفل: في مرحله السل-صرخة الانتقال. (د) القوام بوم في 90 درجه مئوية توضح عمليه التصوير الضوئي. اعلي: قبل الاشعه فوق البنفسجية; الوسط: التعايش بين مراحل N والسل بعد وقت قصير من 30 ميغاواط/سم2 الاشعه فوق البنفسجية الإشعاع في 365 nm; القاع: استرخاء الملمس السل بعد إيقاف الاضاءه الاشعه فوق البنفسجية. أشرطه المقياس تمثل 100 μm. وقد تم تكييف هذا الرقم باذن من Aya et al.26. يرجى النقر هنا لعرض نسخه أكبر من هذا الرقم.
الشكل 2: خصائص الريولوجيه وفوتوديناميكس الضوئية للخصائص الريولوجيه لCB6OABOBu. (ا) الاعتماد علي درجه الحرارة من لزوجه القص الفعالة تقاس بإجهاد القص المستمر من 13 باسكال في وضع التناوب مع الاشعه فوق البنفسجية مختلفه: 0 ميغاواط/سم2 (الدوائر الحمراء) ، 32.7 ميغاواط/سم2 (الدوائر السوداء) ، و 59.6 ميغاواط/سم2 (الماس الأزرق). (ب) لزوجه القص الفعالة كداله لزيادة إجهاد القص في درجات حرارة محدده. الدوائر السوداء المملوءة (100 درجه مئوية) والماس الأخضر المملوء (102 درجه مئوية) هي بيانات تقاس علي الفحص الأول ، بينما الدوائر المفتوحة السوداء (100 درجه مئوية) والماس الأخضر المفتوح (102 درجه مئوية) هي البيانات المقيسة علي الفحص الثاني. (ج) الضوئية القابلة للتكرار من لزوجه القص الفعالة في 59.6 ميغاواط/سم2 الإشعاع. القيم العالية والمنخفضة في كل درجه حرارة تتوافق مع الاشعه فوق البنفسجية-OFF والاشعه فوق البنفسجية علي الدول. (د) الصورة الضوئية للزوجة القص الفعالة المبينة علي مقياس السجل عند 97 درجه مئوية في مرحله السل و 90 درجه مئوية في مرحله البكاء. الخطوط الصلبة الزرقاء والحمراء لمرحله السل هي أفضل المنحنيات المناسبة باستخدام وظيفة اسي بسيطه علي الاشعه فوق البنفسجية علي والدول الاشعه فوق البنفسجية. كثافة الاشعه فوق البنفسجية هو 59.6 ميغاواط/سم2. وقد تم تعديل هذا الرقم وتكييفه باذن من Aya et al.26. يرجى النقر هنا لعرض نسخه أكبر من هذا الرقم.
الشكل 3: دليل علي وجود مجالات معزولة جزئيا مع هياكل بلوريه مختلفه في مرحله البكاء. (ا ، ب) بوم القوام من خلال فلتر الأزرق تحت 50 mW/cm2 UV الإشعاع في بقعه مثمنه من شكل الحجاب الحاجز قزحية المجال في الوسط في (ا) 80 درجه مئوية و (ب) 60 درجه مئوية. (ج) التعويل علي درجه الحرارة من تدفق الحرارة من العينة اثناء التبريد بمعدل 10 درجه مئوية/دقيقه دون الاشعه فوق البنفسجية (النقاط السوداء) وتحت الاشعه فوق البنفسجية (النقاط الزرقاء). (د) التعويل علي درجات الحرارة من تدفق الحرارة للعينه عبر الغنية اثناء التسخين في 2 درجه مئوية/دقيقه و 10 درجه مئوية/دقيقه معدلات (منحنيات الأسود والأزرق ، علي التوالي) دون الاشعه فوق البنفسجية ، والعينة الغنية لرابطه الدول المستقلة عند 2 درجه مئوية (ه ، و) يظهر الاعتماد علي التباعد d لكثافة انكسار الاشعه السينية الزاوية الواسعة. (و) الرؤية المكبرة لمنطقه الفريق الصغيرة ذات القيمة الدالة (ه) تشير الخطوط المتقطعة الزرقاء والصلبة الحمراء والسوداء المتقطعة إلى ملامح انكسار الاشعه السينية بدون أضاءه للاشعه فوق البنفسجية ، تحت 10 ميغاواط/سم2 من الإشعاع لمده دقيقه و 10 دقائق علي التوالي تفتح المثلثات الهابطة المفتوحة والممتلئة الزيادات والنقصان في كثافة الفواصل في كل قمة. وقد تم تعديل هذا الرقم وتكييفه باذن من Aya et al.26. يرجى النقر هنا لعرض نسخه أكبر من هذا الرقم.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
كما هو معلن في الشكل 1، CB6OABOBu هو المواد التي تستجيب للصور مع الأول ، N ، السل ، والبكاء المرحلة متواليات علي التبريد. وبما ان الترتيب المحلي لهذه المراحل يختلف اختلافا كبيرا ، فمن المتوقع ان يظهر التحول القائم علي الصور لخصائص الريولوجيكال تباينا جيدا في المرونة. ولاجراء تحقيق كمي في هذا الأمر ، أجريت قياسات للصور الفوتوغرافية.
أولا ، نعتبر ان البيانات الريولوجيه تقاس في الظلام (الشكل 2ا ، الدوائر المفتوحة الحمراء). في مرحله الانتقال I-N ، تنخفض اللزوجة الفعالة (ηيف) ، والتي تنسب إلى محاذاة التدفق المستحثة بالقص. في المرحلة N ، واللزوجة هي عمليا مستقله عن الإجهاد القص ، مما يدل علي سلوك السائل نيوتونيان (الشكل 2ب). ويؤدي الانتقال إلى مرحله السل إلى زيادة لزوجه القص الفعالة بمقدار أمر واحد. النظر إلى ان مرحله السل لديها ترتيب الحركية المحلية ولكن يسلك بنيه طبقه زائفه مماثله لترتيب smectic ، وتعزي زيادة لزوجه القص الفعالة لتشكيل هياكل طبقه زائفه.
وفي مرحله السل ، يلاحظ ترقق القص القوي بقيم عتبه واضحة نتيجة لأعاده تنظيم هياكل الطبقة الزائفة (الشكل 2(ب)). يؤدي التصلب اللاحق للعينه إلى قفزه حاده في ηيف (
الضغط القص إذا بقي معدل القص ثابتا) بخمسه أوامر من الحجم. تشتت كبير من البيانات اللزوجة القص في المرحلة البلورية هو نتيجة للمقاومة العينة الكبيرة التي تمارس علي مخروط الدورية. العينة ، في هذا النظام ، هي صلبه تتميز بمعامل التخزين بدلا من السوائل التي تتميز اللزوجة. تظهر النتائج تحت كثافة الاشعه فوق البنفسجية من 32.7 ميغاواط/سم2 و 59.6 ميغاواط/سم2 كدوائر سوداء مملوءة والماس مفتوح ازرق. ولوحظت ثلاثه اختلافات رئيسيه بين هذه البيانات والتي تقاس في الظلام: 1) انخفاض في درجات الحرارة الانتقالية ، 2) نقصان في ηيف في كل مرحله ، و 3) عدم وجود تباين كبير في اللزوجة بين الانتقال الأصلي N-TB درجه الحرارة لعينات مضيئه ، وهو ما يفسره اختفاء مرحله السل تحت ضوء الاشعه فوق البنفسجية.
ومن الواضح ان خصائص الريولوجيه هي في الواقع متميزة بشكل كبير في مراحل مختلفه. لاختبار التبديل الريولوجي القائم علي الصور ، تم اجراء قياسات الريولوجيه بواسطة ضوء الاشعه فوق البنفسجية الساطع علي العينة. ويكشف الشكل 2ج ان التبديل الريولوجي القائم علي الصور له قيم تباين مختلفه في درجات حرارة مختلفه: ما يقرب من 1 في مرحلتي I و N ، و 10 في مرحله السل ، و 106 في مرحله البكاء. أوقات التبديل ON و OFF هي أيضا قصيرة جدا (~ 100 s ، وتشغيل وإيقاف مرات التبديل المبينة في الجدول 1) علي حد سواء في مرحلتي السل والبكاء. يتم تعريف وقت التبديل كوقت عابر للتباين اللزوجة الفعالة من 90 ٪ إلى 10 ٪ من قيمته الاصليه (انه قبل تشعيع الاشعه فوق البنفسجية). بما ان التباين في أطوار مختلفه مختلفه, التحويل وقت يستطيع لا يكون نسبيا قارنت بين أطوار مختلفه. ومن الجدير بالذكر انه بالنسبة للسوائل المنصهرة الأخرى ، عاده ما تتعافي المرحلة البلورية الاوليه في غضون عده ساعات إلى عده أيام ، لان اللزوجة العالية تمنع رد الفعل المتخلف بكميات كبيره ، حتى في درجات الحرارة العالية9،14.
لتحديد سبب عدم وجود النونويه البطيءه ، تم اجراء المراقبة بوم ، الصورة DSC ، وقياسات XRD. كما الصور بوم في الشكل 3 تظهر ، ساطع الاشعه فوق البنفسجية في المرحلة صرخة المحفزات ذوبان إلى المرحلة I في 80 درجه مئوية (رابطه الدول المستقلة الغنية). الحفاظ علي تشعيع الاشعه فوق البنفسجية في حين خفض درجه الحرارة يسبب تبلور جزيئات الدولة كومنولث الدول المستقلة تحدث في درجات حرارة مختلفه من تلك التي عبر الدولة. وهذا يوحي بالفصل الدقيق بين الدول العابرة للولايات المستقلة. بيانات الصور DSC تعطي دليلا مباشرا علي ذلك. كما يظهر الشكل 3ج ، د ، التعرض للضوء الاشعه فوق البنفسجية نتائج في تقسيم المرحلة الانتقالية الذروات لكل من I-N (علي التبريد) وذوبان الكريستال (علي التدفئة). هذه تؤكد ان جزيئات الدولة العابرة والدول المستقلة تشكل هياكل المرحلة المختلفة. وحتى الآن ، فان معظم الصور التي تم استكشافها لتسييل الصورة تدين بأصولها إلى تحول درجه الحرارة المستحث بالصور من انتقال الزجاج. وعلي النقيض من ذلك ، يوضح هذا العمل اليه عمل جديده في تحقيق العمليات السريعة لتسييل الصور ، باستثناء بعض الاكتشافات الاخيره27،28.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
وليس لدي المؤلفين ما يفصحون عنه.
Acknowledgments
وقد دعم هذا العمل مشروع البحوث الثنائية المشترك بين البرنامج والموئل. ويعترف بالدعم المالي من المنح NKFIH PD 121019 و 125134 FK.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| 21-401-10 | AS ONE | Microspatula | |
| AL1254 | JSR | Planar alignment agent for liquid crystals | |
| BX53P | Olympus | Polarising microscope with transmission/epi-illumination units | |
| Discovery DSC 25P | TI instruments | Photo-DSC equipment | |
| Glass cutter PRO-1A | Sankyo | A diamond-based glass cutter | |
| HS82 | Mettler Toledo | hot stage | |
| MCR502 | Anton Paar | A commercial rheometer | |
| MRJ-100S | EHC | Rubbing machine | |
| Norland Optical Adhesive 65, 81 | Norland Products | Photoreactive adhesions | |
| OmniCure S2000 | Excelitas Technologies | A commericial high-pressure mercury vapor short arc lamp. Maximum 70 mW/cm^2. | |
| PILATUS 6M | Dectris | Hybrid photon counting detector for X-ray diffraction dectection | |
| S1126 | Matsunami Glass | Glass substrate | |
| SC-158H | EHC | Spin coater | |
| SCAT-20X | DKS | Alkaline detergent | |
| SLUV-4 | AS ONE | Low-pressure mercury vapor short arc lamp | |
| UV-208 | Technovision | Ultraviolet-ozone (UV-O3) cleaner |
References
- Grindy, S. C., Holten-Andersen, N. Bio-inspired metal-coordinate hydrogels with programmable viscoelastic material functions controlled by longwave UV light. Soft Matter. 13, 4057-4065 (2017).
- Rosales, A. M., Mabry, K. M., Nehls, E. M., Anseth, K. S. Photoresponsive elastic properties of azobenzene-containing poly(ethylene-glycol)-based hydrogels. Biomacromolecules. 16, 798-806 (2015).
- Chang, D., Yan, W., Yang, Y., Wang, Q., Zou, L. Reversible light-controllable intelligent gel based on simple spiropyran-doped with biocompatible lecithin. Dyes and Pigments. 134, 186-189 (2015).
- Irie, M., Hirano, Y., Hashimoto, S., Hayashi, K. Photoresponsive Polymers. 2. Reversible Solution Viscosity Change of Polymamides Having Azobenzene Residues in the Main Chain. Macromolecules. 14, 262-267 (1981).
- Ito, S., Akiyama, H., Sekizawa, R., Mori, M., Yoshida, M., Kihara, H. Light-Induced Reworkable Adhesives Based on ABA-type Triblock Copolymers with Azopolymer Termini. ACS Applied Materials and Interfaces. 10, 32649-32658 (2018).
- Yamamoto, T., Norikane, Y., Akiyama, H. Photochemical liquefaction and softening in molecular materials, polymers, and related compounds. Polymer Journal. 50, 551-562 (2018).
- Petr, M., Helgeson, M. E., Soulages, J., McKinley, G. H., Hammond, P. T. Rapid Viscoelastic Switching of an Ambient Temperature Range Photoresponsive Azobenzene Side-chain Liquid Crystal Polymer. Polymer. 54, 2850-2856 (2013).
- Han, G. G. D., Li, H., Grossman, J. C. Optically controlled long-term storage and release of thermal energy in phase-change materials. Nature Communications. 8, 1-10 (2017).
- Akiyama, H., Yoshida, M. Photochemically Reversible Liquefaction and Solidification of Single Compounds Based on a Sugar Alcohol Scaffold with Multi Azo-Arms. Advanced Materials. 24, 2353-2356 (2012).
- Akiyama, H., et al. Photochemically reversible liquefaction and solidification of multiazobenzene sugar-alcohol derivatives and application to reworkable adhesives. ACS Applied Materials and Interfaces. 6, 7933-7941 (2014).
- Akiyama, H., Fukata, T., Yamashita, A., Yoshida, M., Kihara, H. Reworkable adhesives composed of photoresponsive azobenzene polymer for glass substrates. Journal of Adhesion. 93, 823-830 (2017).
- Norikane, Y., et al. Photoinduced Crystal-to-Liquid Phase Transitions of Azobenzene Derivatives and Their Application in Photolithography Processes through a Solid-Liquid Patterning. Organic Letters. 16, 5012-5015 (2014).
- Kim, D. Y., Lee, S. A., Kim, H., Kim, S. M., Kim, N., Jeong, K. U. An azobenzene-based photochromic liquid crystalline amphiphile for a remote-controllable light shutter. Chemical Communications. 51, 11080 (2015).
- Saito, S., et al. Light-melt adhesive based on dynamic carbon frameworks in a columnar liquid-crystal phase. Nature Communications. 7, 1-7 (2016).
- Peng, S., Guo, Q., Hughes, T. C., Hartley, P. G. Reversible Photorheological Lyotropic Liquid Crystals. Langmuir. 30, 866-872 (2014).
- Ito, S., Yamashita, A., Akiyama, H., Kihara, H., Yoshida, M. Azobenzene-Based (Meth)acrylates: Controlled Radical Polymerization, Photoresponsive Solid–Liquid Phase Transition Behavior, and Application to Reworkable Adhesives. Macromolecules. 51, 3243-3253 (2018).
- Yue, Y., Norikane, Y., Azumi, R., Koyama, E. Light-induced mechanical response in crosslinked liquid-crystalline polymers with photoswitchable glass transition temperatures. Nature Communications. 9, 1-8 (2018).
- Lee, H. Y., Diehn, K. K., Sun, K., Chen, T., Raghavan, S. R. Reversible Photorheological Fluids Based on Spiropyran-Doped Reverse Micelles. Journal of the American Chemical Society. 133, 8461-8463 (2011).
- Su, X., Cunningham, M. F., Jessop, P. G. Switchable viscosity triggered by CO2 using smart worm-like micelles. Chemical Communications. 49, 2655-2657 (2013).
- Cho, M. Y., Kim, J. S., Choi, H. J., Choi, S. B., Kim, G. W. Ultraviolet light-responsive photorheological fluids: as a new class of smart fluids. Smart Materials and Structures. 26, 1-8 (2017).
- Oh, H., et al. A simple route to fluids with photo-switchable viscosities based on a reversible transition between vesicles and wormlike micelles. Soft Matter. 9, 5025-5033 (2013).
- Akamatsu, M., et al. Photoinduced viscosity control of lecithin-based reverse wormlike micellar systems using azobenzene derivatives. RSC Advances. 8, 23742-23747 (2018).
- Song, B., Hu, Y., Zhao, J. A single-component photo-responsive fluid based on a gemini surfactant with an azobenzene spacer. Journal of Colloid and Interface Science. 333, 820-822 (2009).
- Borshch, V., et al. Nematic twist-bend phase with nanoscale modulation of molecular orientation. Nature Communications. 4, 2635-2643 (2013).
- Panov, V. P., et al. Spontaneous Periodic Deformations in Nonchiral Planar-Aligned Bimesogens with a Nematic-Nematic Transition and a Negative Elastic Constant. Physical Review Letters. 105, 1-4 (2010).
- Aya, S., et al. Fast-and-Giant Photorheological Effect in a Liquid Crystal Dimer. Advanced Materials Interfaces. 6, 1-7 (2019).
- Ishiba, K., et al. Photoliquefiable ionic crystals: A phase crossover approach for photon energy storage materials with functional multiplicity. Angewandte Chemie International Edition. 54, 1532-1536 (2015).
- Zhou, H., et al. Photoswitching of glass transition temperatures of azobenzene-containing polymers induces reversible solid-to-liquid transitions. Nature Chemistry. 9, 145-151 (2017).
