Summary
Ce protocole démontre la préparation d'un matériau photorhéologique qui présente une phase solide, diverses phases cristallines liquides, et une phase liquide isotrope en augmentant la température. Présentés ici sont des méthodes pour mesurer la relation structure-viscoélasticité du matériau.
Abstract
Les matériaux viscoélastiques intelligents qui répondent à des stimuli spécifiques sont l'une des classes de matériaux les plus attrayantes pour les technologies futures, telles que les technologies d'adhérence commutable à la demande, les actionneurs, les embrayages moléculaires et la masse nano/microscopique Transporteurs. Récemment, il a été constaté que grâce à une transition spéciale solide-liquide, les propriétés rhéologiques peuvent présenter des changements importants, fournissant ainsi des matériaux viscoélastiques intelligents appropriés. Cependant, la conception de matériaux avec une telle propriété est complexe, et les temps de commutation vers l'avant et vers l'arrière sont généralement longs. Par conséquent, il est important d'explorer de nouveaux mécanismes de travail pour réaliser des transitions solides-liquides, raccourcir le temps de commutation, et améliorer le contraste des propriétés rhéologiques pendant la commutation. Ici, on observe une transition de phase cristal-liquide induite par la lumière, qui se caractérise par une microscopie lumineuse polarisante (POM), une photorhéométrie, une calorimétrie de balayage photo-différentiel (photo-DSC) et une diffraction aux rayons X (XRD). La transition de phase cristal-liquide induite par la lumière présente des caractéristiques clés telles que (1) commutation rapide des phases cristal-liquide pour les réactions avant et arrière et (2) un rapport de contraste élevé de viscoélasticité. Dans la caractérisation, POM est avantageux en offrant des informations sur la distribution spatiale des orientations des molécules LC, en déterminant le type de phases cristallines liquides apparaissant dans le matériau, et en étudiant l'orientation des LC. Photorheométrie permet de mesurer les propriétés rhéologiques d'un matériau sous des stimuli lumineux et peut révéler les propriétés de commutation photorhéologique des matériaux. Photo-DSC est une technique pour étudier l'information thermodynamique des matériaux dans l'obscurité et sous l'irradiation de lumière. Enfin, XRD permet d'étudier les structures microscopiques des matériaux. Le but de cet article est de présenter clairement comment préparer et mesurer les propriétés discutées d'un matériau photorhéologique.
Introduction
Les matériaux mécaniques intelligents ayant la capacité de modifier leurs propriétés viscoélastiques en réponse aux variations environnementales ont suscité un énorme intérêt chez les chercheurs. La commutation est considérée comme le facteur matériel le plus important, qui offre la robustesse de la réponse mécanique répétitive chez les organismes vivants. À ce jour, les matériaux commutables artificiels avec des fonctions polyvalentes ont été conçus en utilisant la matière molle (c.-à-d., hydrogels photoresponsive1,2,3, polymères4,5, 6,7,8,9,10,11, cristaux liquides [LCs]9,10,11, 12,13,14,15,16,17, pH-sensiblemicelles18,19,20 ,21,22, et les surfactants23). Cependant, ces matériaux souffrent de plus d'un des problèmes suivants : manque de réversibilité, faible rapport de contraste de commutation de viscoélasticité, faible adaptabilité et vitesse de commutation lente. Dans les matériaux conventionnels, il existe un compromis entre le rapport de contraste de commutation de la viscoélasticité et la vitesse de commutation; par conséquent, il est difficile de concevoir des matériaux couvrant tous ces critères à haute performance. Pour réaliser des matériaux avec l'omnicapacité susmentionnée, la sélection ou la conception de molécules qui portent des natures émergentes de haute fluidité (propriété visqueuse) et de rigidité (propriété élastique) est essentielle.
Les cristaux liquides sont des systèmes idéaux avec un nombre potentiellement élevé de phases cristallines et solides liquides qui peuvent être réglés par la conception moléculaire. Cela permet des structures auto-assemblées à différentes échelles de longueur en particulier les phases LC. Par exemple, alors que les LC nématiques à haute symétrie (LLC) présentent une faible viscosité et une faible élasticité en raison de leur ordre spatial à courte portée, les LC colonnenaires ou smectiques à faible symétrie présentent une viscosité et une élasticité élevées en raison d'une et deux dimensions à longue portée. périodicités. On s'attend à ce que si les matériaux LC peuvent être commutés entre deux phases avec de grandes différences dans leurs propriétés viscoélastiques, alors un matériel intelligent viscoélastique avec la haute performance peut être réalisé. Quelques exemples ont été rapportés9,10,11,12,13,14,15.
Cet article démontre la préparation d'un matériel photorhéologique LC avec une séquence de phase de isotropic (I)-nematic (N)-twist-bend nématic (TB)24-crystal (Cry) au refroidissement (et vice versa au chauffage), qui montre rapide et réversible viscoélastique en réponse à la lumière. Présentés ici sont les méthodes pour mesurer la viscoélasticité et une illustration de la structure microscopique-viscoécité relation. Les détails sont décrits dans les sections des résultats et des discussions représentatives.
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Protocol
1. Préparation des surfaces frottées pour aligner les molécules LC planairement
- Préparer des substrats de verre propres.
- Couper les substrats de verre à l'aide d'un coupe-verre à base de diamants (Table of Materials) en petits morceaux carrés de taille moyenne de 1 cm x 1 cm. Lavez-les par sonication à 38 kHz ou 42 kHz dans un détergent alcalin ( Table ofMaterials, dilué dans l'eau à un détergent : rapport de volume d'eau de 1:3) et rincer à l'eau distillée à plusieurs reprises (généralement, plus de 10 x avec 5 min de sonication pour chaque rinçant).
- Soumettre les substrats à l'ultraviolet-ozone (UV-O3) plus propre (Tableau des matériaux) pendant plus de 10 min.
- Couche d'alignement planaire de manteau sur des substrats de verre propres.
- Égoutter 20 'L de 1 ml d'une solution d'alignement planaire polyimide (Tableau des matériaux, utilisé tel quel) avec une pipette sur les substrats de verre nettoyés. Immédiatement spin-coat de la solution, à l'aide d'un spin coater (Table of Materials) à 3.000 tr/min et la température ambiante (RT) pour 70 s.
REMARQUE : L'épaisseur typique de la couche d'alignement est d'environ 20 nm. - Cuire les substrats de verre enduits à 80 oC pendant 60 min pour enlever le solvant et à 180 oC pour le traitement. Frotter les substrats à l'aide d'une machine à frotter en tissu rayon(Tableau des matériaux) avec les paramètres suivants : vitesse de rotation de 300 tr/min, vitesse de la plaque de 20 mm/s et impression de 0,3 mm pour réaliser l'alignement uniaxial des matériaux LC.
- Égoutter 20 'L de 1 ml d'une solution d'alignement planaire polyimide (Tableau des matériaux, utilisé tel quel) avec une pipette sur les substrats de verre nettoyés. Immédiatement spin-coat de la solution, à l'aide d'un spin coater (Table of Materials) à 3.000 tr/min et la température ambiante (RT) pour 70 s.
2. Préparation des cellules LC
- Placez un substrat en verre recouvert de la couche d'alignement sur un autre substrat, avec les couches d'alignement face à face, et assurez-vous qu'ils sont 80% superposés pour former une cellule.
REMARQUE : Les 20 % de surfaces non superposées doivent être utilisées pour introduire des matériaux LC dans la cellule. - Placer 100 l d'un adhésif photoréactif (Tableau des matériaux) et 0,1 mg de particules de verre de la taille d'un micromètre (diamètre de 5 m) sur un substrat de verre propre et les mélanger manuellement à l'aide de la pointe d'un trombone. Déplacer le matériau mélangé à quatre coins de la cellule pour ajuster l'espace cellulaire et éclairer la cellule à l'aide d'une lampe à arc à arc à air court à vapeur de mercure à basse pression (Table of Materials) avec une longueur d'onde de 365 nm (1,1 W/cm2). Placez la cellule sous la lampe LED à une distance de 1 cm pendant 5 min.
- Après l'illumination, placez la cellule sur une scène chaude et placez la température cible de la scène pour chauffer la cellule à une température au-dessus de la transition de phase isotrope liquide (I)-nematic (N) (généralement à 160 oC). Transférer le matériel LC (1-[4-butoxyazobenzene-4'-yloxy]-6-[4-cyanobiphenyl-4' yl]hexane; CB6OABOBu; 0,2 à 10,0 L) sur une surface ouverte de la cellule et pousser les matériaux vers l'entrée de la cellule à l'aide d'une microspatule pour obtenir le contact entre le matériau LC et l'entrée de la cellule. Attendez que les matériaux LC soient remplis dans la cellule par la force capillaire.
REMARQUE : CB6OABOBu a une séquence de phase : Cry 100.3 C TB 105.2 C N 151.7 C I sur le chauffage et I 151.4 C N 104.5 'C TB 83 'C Cry sur le refroidissement. N'introduisez pas CB6OABOBu dans la phase N ou la phase DE la tuberculose parce que l'alignement induit par le flux est encouragé.
3. Caractérisation de texture en polarisant la microscopie optique
- Observez les cellules LC placées sur la scène chaude pour contrôler la température de l'échantillon (40 à 180 oC) avec une précision de 0,1 K sous un microscope à lumière polarisante (POM, Table of Materials)à l'aide de lentilles objectives 4x-100x. Enregistrez les textures à l'aide d'un appareil photo couleur numérique de façon séquentielle pendant le refroidissement et le chauffage.
- Utilisez un épi-illuminateur UV (Table of Materials) équipé sur le POM d'une longueur d'onde de 365 nm (50 mW/cm2).
4. Mesures photorhéologiques
- Préparer des mesures rhéologiques.
- Avant de placer un échantillon sur le stade du rhéomètre (Tableau des matériaux), effectuer l'étalonnage de l'inertie de géométrie et l'étalonnage zéro écart contrôlé par un logiciel selon les instructions du fabricant pour assurer l'exactitude de l'étude rhéologique . Peser 250 mg de l'échantillon de poudre CB6OABOBu et le charger sur la plaque de quartz de base du rhéomètre.
REMARQUE : Pour la présente étude, une plaque d'un diamètre de 50 mm est utilisée. - Définir la température de la chambre d'échantillon à une valeur supérieure au point de transition de la phase I-N (160 oC). Définir une valeur d'écart pour approcher la plaque de mesure à la plaque de quartz de base pour sandwicher l'échantillon (valeur d'écart typique utilisée à 20 m). Couper l'échantillon excédentaire (p. ex., à l'aide de lingettes en papier) qui se trouve à l'extérieur de l'espace lorsque la plaque de mesure s'arrête à la position de coupe, qui est de 25 m au-dessus de l'écart visé.
REMARQUE : Ne permettez pas que la quantité excessive de CB6OABOBu soit introduite dans la chambre d'échantillon, car cela rend les mesures inexactes.
- Avant de placer un échantillon sur le stade du rhéomètre (Tableau des matériaux), effectuer l'étalonnage de l'inertie de géométrie et l'étalonnage zéro écart contrôlé par un logiciel selon les instructions du fabricant pour assurer l'exactitude de l'étude rhéologique . Peser 250 mg de l'échantillon de poudre CB6OABOBu et le charger sur la plaque de quartz de base du rhéomètre.
- Effectuer des mesures rhéologiques.
- Irradier la lumière UV à 365 nm (1 à 100 mW/cm2),mesurant la commutation photorhéologique de CB6OABOBu à l'aide de la lampe à arc court à vapeur de mercure à haute pression.
REMARQUE : La lumière sera guidée sous le récipient d'échantillon à travers la plaque de quartz de base. - Effectuer des mesures en 1) mode oscillatoire pour extraire l'information de restauration dynamique du matériau et 2) mode rotationnel stable pour obtenir une viscosité rotationnelle efficace. Pour les mesures en mode rotation, appliquez un stress constant de cisaillement de 13 Pa à l'échantillon pour s'assurer que la mesure est faite dans le régime newtonien.
REMARQUE : La sélection des modes est effectuée par un logiciel selon les instructions du fabricant.
- Irradier la lumière UV à 365 nm (1 à 100 mW/cm2),mesurant la commutation photorhéologique de CB6OABOBu à l'aide de la lampe à arc court à vapeur de mercure à haute pression.
5. Calorimétrie de balayage photo-différentiel
- Peser 10 mg d'échantillon de poudre CB6OABOBu et le charger dans une casserole de balayage différentiel d'or (DSC). Chauffer l'échantillon à 170 oC dans la phase isotrope et s'assurer qu'il n'y a pas de distribution d'échantillons inhomogènes dans la casserole DSC comme on l'observe à l'œil nu. Couvrir la casserole DSC d'une plaque à quartz.
- Effectuer des mesures photo-DSC selon les instructions du fabricant (Tableau des matériaux). Mesurer les données DSC à un balayage de 10 oC/min.
REMARQUE : La machine photo-DSC est équipée d'une intensité lumineuse UV de 50 mW/cm2.
6. Caractérisation de la diffraction des rayons X
- Chauffez l'échantillon de poudre CB6OABOBu à l'aide de l'étape chaude à 170 oC et aspirez l'échantillon dans un capillaire XRD (diamètre de 0,5 mm) par force capillaire.
- Fixez le capillaire à un porte-échantillon équipé d'un contrôleur de température. Définir la température de la chambre (60 oC, 70 oC, 80 oC, 90 oC, 100 oC, 110 oC, 120 oC, 130 oC, 140 oC, 150 oC, 160 oC et 170 oC pour chaque mesure de diffraction des rayons X).
- Irradier l'échantillon par rayons X et détecter les faisceaux de rayons X diffractés par un détecteur sans irradiation UV et sous une intensité de lumière UV de 10 mW/cm2 pendant 1 min et 10 min.
REMARQUE : L'étude actuelle a été menée dans LA ligne de faisceau RIKEN BL45XU. La source de lumière était l'ondulateur in-vacuum standard SPring-8. Un monochromator à double cristaux Si refroidi à l'azote liquide a été utilisé pour monochromatiser le faisceau. La longueur d'onde était de 1 euros.
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Representative Results
Des images de POM, des données photorhéométriques, des données photo-DSC et des profils d'intensité XRD ont été recueillis dans l'obscurité pendant la variation de température et tout en brillant la lumière UV. La figure 1a,b représente la structure de CB6OABOBu, avec sa séquence de phase et ses conformations possibles optimisées par le champ de force MM2 dans le programme de modélisation (p. ex. ChemBio3D).
Lorsque CB6OABOBu est dans le trans-état, deux états conformationnels invraisemblables apparaissent, et la conformation tordue est la plus stable qui favorise la formation de la phase de tuberculose. Lorsque CB6OABOBu est excité à l'état cis lorsqu'il est exposé à la lumière UV, une conformation de pli est réalisée. Bien que l'optimisation conformationnelle actuelle faite par le programme de modélisation soit utile pour déterminer la conformation d'une seule molécule, elle ne peut pas être utilisée pour simuler l'état conformationnel de plusieurs molécules qui interagissent, ou même pour auto-assemblages de plus grands groupes moléculaires.
La figure 1c,d montre les textures DEPOM dans l'obscurité et sous 30 mW cm2 irradiance UV, pendant le refroidissement de l'échantillon dans une cellule LC de 2 m d'épaisseur avec un alignement planaire uniformément frotté. Dans la phase N, l'alignement uniaxial des molécules est réalisé (Figure 1c, en haut). Lors de la diminution de la température à la tuberculose dans l'obscurité, un motif rayé se forme, à laquelle les rayures courent parallèlement à la direction de frottement de la cellule LC (Figure 1c, milieu). Ce motif de rayure s'explique par l'instabilité de la fidélisation et est reconnu comme un symbole de la phase de la tuberculose, d'abord rapporté par Panov etal.25. Une nouvelle baisse de la température entraîne une cristallisation(figure 1c, en bas). L'irradiation de la lumière UV modifie la conformation du trans-à l'état de cis, résultant en variation de phase et donc variation de texture. Si elle part de la phase TB, la lumière UV transforme la texture rayée en l'état uniaxiquement aligné de la phase N(Figure 1d, haut-milieu). L'arrêt de la lumière UV permet aux molécules de se détendre et de rentrer dans le trans-état, et la texture rayée de la phase de tuberculose se forme à nouveau.
La figure 2 montre la viscosité efficace de CB6OABOBu dans diverses conditions mesurées par le rhéomètre. La figure 2a montre la dépendance à la température de la viscosité effective du cisaillement. La raison pour laquelle on appelle la viscosité mesurée la viscosité de cisaillement efficace est que les composants réels de la viscosité dans les cristaux liquides sont dépendants de l'orientation, et la viscosité mesurée est une valeur moyenne d'orientation dans la présente étude. La figure 2b montre la dépendance au stress du cisaillement de la viscosité effective du cisaillement à différentes températures au cours des première et deuxième descentes. La figure 2c présente une variation entre la viscosité effective du cisaillement déclenchée par l'irradiation UV à différentes températures. La figure 2d montre les courbes de commutation de la viscosité effective du cisaillement dans une échelle de journal à deux températures différentes (c.-à-d. l'une dans la phase N et l'autre dans la phase tb). La dépendance détaillée à la température des temps de commutation est résumée dans le tableau 1.
Figure 3a,b montre les textures de CB6OABOBu dans un échantillon non aligné de moins de 50 mW/cm2 irradiance UV à 80 oC (figure 3a) et après refroidissement à 60 oC (figure 3b). Les courbes photo-DSC de la figure 3c démontrent qu'au refroidissement, les transitions de phase I-N des isomers trans et cis-isomers sont différentes. Bien que la photo-DSC soit utile pour détecter les différences entre les états sombres et lumineux, il convient de noter que la photo-DSC rend habituellement difficile de comparer quantitativement le flux de chaleur réel des différences, puisque la ligne de base du DSC courbes change considérablement en raison de l'absorption de la lumière par l'échantillon et la surface métallique de la casserole DSC. La figure 3d démontre qu'au moment du chauffage, la fonte de la phase cristalline des isomers trans et cis-isomers est différente, mesurée par le DSC conventionnel. La figure 3e,f montre des parcelles de diffraction XRD de l'intensité diffractée en fonction de l'espacement d'espacement sans et avec l'irradiation UV, respectivement. On peut voir que l'intensité à chaque pic change radicalement lorsque la lumière UV est irradiée, principalement attribuée à la transformation structurale cristalline et à la fonte locale.
Figure 1 : Structure chimique de CB6OABOBu et évolution des textures sur le refroidissement. (a) Structure chimique de CB6OABOBu et sa séquence de phase. ( b) Modèles moléculaires de remplissage spatial de CB6OABOBu optimisés par le champ de force MM2 dans le programme de modélisation. (c) textures POM de CB6OABOBu sous des polariseurs croisés dans une cellule de 2 m d'épaisseur avec un alignement planaire uniformément frotté; pendant le refroidissement sans éclairage UV. En haut : en phase N à 140 oC; milieu : dans la phase de tuberculose à 104 oC; en bas : lors de la transition de phase TB-Cry. d) Textures POM à 90 oC illustrant le processus de photoswitching. Haut: avant UV; milieu : coexistence des phases N et TB peu après 30 mW/cm2 irradiance UV à 365 nm; en bas : texture de TB détendue après avoir éteint l'éclairage UV. Les barres d'échelle représentent 100 m. Ce chiffre a été adapté avec la permission d'Aya et coll.26. Veuillez cliquer ici pour voir une version plus grande de ce chiffre.
Figure 2 : Propriétés rhéologiques et photodynamique de la photocommutation des propriétés rhéologiques de CB6OABOBu. (a) Dépendance à la température de la viscosité de cisaillement efficace mesurée à un stress constant de cisaillement de 13 Pa en mode rotation avec différents irradiances UV : 0 mW/cm2 (cercles rouges), 32,7 mW/cm2 (cercles noirs) et 59,6 mW/cm2 (diamants bleus). ( b) La viscosité efficace du cisaillement en fonction de l'augmentation du stress de cisaillement à des températures choisies. Les cercles remplis de noir (100 oC) et les diamants verts (102 oC) sont des données mesurées lors de la première analyse, tandis que les cercles ouverts noirs (100 oC) et les diamants verts ouverts (102 oC) sont les données mesurées sur la deuxième analyse. (c) Photoswitching répétable de la viscosité effective de cisaillement à 59,6 mW/cm2 irradiance. Les valeurs élevées et basses dans chaque température correspondent aux états UV-OFF et UV-ON. d) Photocommutation de la viscosité effective du cisaillement montrée sur une échelle de journal à 97 oC dans la phase tb et 90 oC dans la phase Cry. Les lignes solides bleues et rouges pour la phase TB sont les courbes les mieux ajustées en utilisant une fonction exponentielle simple aux états UV-ON et UV-OFF. L'intensité UV est de 59,6 mW/cm2. Ce chiffre a été modifié et adapté avec la permission d'Aya et coll.26. Veuillez cliquer ici pour voir une version plus grande de ce chiffre.
Figure 3 : Preuve de l'existence de domaines micro-ségrégués avec différentes structures cristallines dans la phase Cry. (a,b) Textures POM à travers filtre bleu sous 50 mW/cm2 irradiance UV dans une tache octogonale de la forme du diaphragme d'iris de champ au milieu à (a) 80 'C et (b) 60 'C. (c) Dépendances à la température du flux de chaleur de l'échantillon pendant le refroidissement à un taux de 10 oC/min sans UV (points noirs) et sous LES UV (points bleus). d) Dépendances à la température du flux de chaleur de l'échantillon trans-riche pendant le chauffage à des taux de 2 oC/min et de 10 oC/min (courbes noires et bleues, respectivement) sans UV, et de l'échantillon riche en cis à un taux de 2 oC/min (courbe rouge). (e,f) On voit la dépendance à l'espacement de l'intensité de diffraction des rayons X grand angle. (f) Vue agrandie de la petite région d-valeur du panneau e. Les lignes bleues en pointillés, rouges solides et noires à long pointillé indiquent les profils de diffraction des rayons X sans éclairage UV, moins de 10 mW/cm2 irradiance pour 1 min et 10 min, respectivement. Les triangles vers le bas ouverts et remplis montrent des augmentations et des diminutions de l'intensité diffractée de chaque pic. Ce chiffre a été modifié et adapté avec la permission d'Aya et coll.26. Veuillez cliquer ici pour voir une version plus grande de ce chiffre.
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Discussion
Comme l'a révélé la figure 1, CB6OABOBu est un matériau photo-réactif avec des séquences de phase I, N, TB et Cry au refroidissement. Étant donné que la commande locale de ces phases diffère considérablement, on s'attend à ce que la commutation photo-conduite des propriétés rhéologiques montre le bon contraste viscoélastique. Pour étudier quantitativement ceci, des mesures de photo-rheologie ont été exécutées.
Tout d'abord, nous considérons les données rhéologiques mesurées dans l'obscurité(figure 2a, cercles rouges ouverts). Lors de la transition de phase I-N, la viscosité effectivediminue,ce qui est attribué à un alignement de flux induit par le cisaillement. Dans la phase N, la viscosité est pratiquement indépendante du stress du cisaillement, ce qui indique un comportement de fluide newtonien (Figure 2b). La transition vers la phase de tuberculose entraîne une augmentation de la viscosité effective du cisaillement d'un ordre de grandeur. Considérant que la phase TB a un ordre nématique local, mais présente une structure pseudo-couche analogue à l'ordre smectique, l'augmentation de la viscosité de cisaillement efficace est attribuée à la formation des structures pseudo-couches.
Dans la phase de tb, on observe un fort amincissement du cisaillement avec des valeurs seuils claires à la suite du réalignement des structures pseudo-couches (Figure 2b). La solidification subséquente de l'échantillon se
traduit par un bond marqué del'eff (stress de cisaillement si le taux de cisaillement est maintenu constant) de cinq ordres de grandeur. La grande diffusion des données de viscosité du cisaillement dans la phase cristalline est le résultat de la grande résistance de l'échantillon exercée sur le cône rotatif. L'échantillon, dans ce régime, est un solide caractérisé par le modulus de stockage au lieu d'un fluide caractérisé par la viscosité. Les résultats sous intensités UV de 32,7 mW/cm2 et 59,6 mW/cm2 sont présentés sous forme de cercles remplis de noir et de diamants bleus ouverts. Trois différences principales sont observées entre ces données et celles mesurées dans l'obscurité : 1) un décalage des températures de transition, 2) une diminution del'eff à chaque phase, et 3) aucune variation significative de viscosité entre la transition N-TB originale température pour les échantillons illuminés, ce qui s'explique par la disparition de la phase de tuberculose sous la lumière UV.
Il est clair que les propriétés rhéologiques sont en effet significativement distinctes dans différentes phases. Pour tester la commutation rhéologique photo-conduite, des mesures rhéologiques ont été exécutées par la lumière UV brillante sur l'échantillon. La figure 2c révèle que la commutation rhéologique pilotée par photo a des valeurs de contraste différentes à différentes températures : près de 1 dans les phases I et N, 10 dans la phase TB et 106 dans la phase Cry. Les temps de commutation ON et OFF sont également très courts (temps de commutation ON et OFF de 100 s indiqués dans le tableau 1) dans les phases TB et Cry. Le temps de commutation est défini comme le temps transitoire pour la variation de la viscosité effective de 90% à 10% de sa valeur d'origine (celle avant l'irradiation UV). Étant donné que le contraste entre les différentes phases est différent, le temps de commutation ne peut pas être comparé équitablement entre les différentes phases. Il est à noter que pour d'autres liquides fondus, la phase cristalline initiale se rétablit généralement en quelques heures à plusieurs jours, puisque leur viscosité élevée empêche la réaction en arrière en vrac, même à des températures élevées9,14.
Pour déterminer la raison de l'absence de nucléation lente, l'observation de POM, le photo-DSC, et les mesures de XRD ont été conduites. Comme le montrent les images de POM de la figure 3, les UV brillants dans la phase Cry déclenchent la fonte à la phase I à 80 oC (riche en état de cis). Le maintien de l'irradiation UV tout en diminuant la température provoque la cristallisation des molécules de cis-état à des températures différentes de celles du trans-état. Cela suggère une microségrégation des trans- et des cis-states. Les données de la Photo-DSC en témoignent directement. Comme le montre la figure 3c,d, l'exposition à la lumière UV entraîne le fractionnement des pics de transition de phase pour l'I-N (sur refroidissement) et la fonte des cristaux (sur le chauffage). Celles-ci confirment que les molécules trans et cis-état forment différentes structures de phase. Jusqu'à présent, la plupart des liquéfactions photographiques explorées doivent leur origine au changement de température induit par la photo de la transition du verre. En revanche, ce travail démontre un nouveau mécanisme de travail dans la réalisation des processus de liquéfaction photo rapide, à l'exception de quelques découvertes récentes27,28.
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Disclosures
Les auteurs n'ont rien à révéler.
Acknowledgments
Ce travail a été soutenu par le projet de recherche conjoint bilatéral HAS-JSPS. Le soutien financier des subventions NKFIH 121019 et FK 125134 est reconnu.
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
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