לעומת זאת, מיתוג החלפת כיפוף מהיר של גביש נוזלי
Summary
פרוטוקול זה ממחיש את הכנת החומר הפוטולוגי המוצגים בשלב מוצק, שלבים שונים של גבישי נוזלים, ושלב נוזלי איזוטרופי על ידי הגדלת הטמפרטורה. הוצגו כאן הם שיטות למדידת מבנה-מערכת היחסים אלסטיות של החומר.
Abstract
חומר גמיש למדידת חומרים גמישים המגיבים לגירויים ספציפיים הם אחד מהשיעורים האטרקטיביים ביותר של חומרים החשובים לטכנולוגיות עתידיות, כגון טכנולוגיות הדבקה על פי דרישה, מפעילים, מצמדים מולקולריים ומאסה ננו/מיקרוסקופיים. ובילי. לאחרונה נמצא כי באמצעות מעבר מיוחד נוזלי מוצק, מאפיינים rheological יכול להפגין שינויים משמעותיים, ובכך לספק מתאימים חכם החומר גמיש למדידת חומרים גמישים. עם זאת, עיצוב חומרים עם רכוש כזה הוא מורכב, וזמני החלפת קדימה ואחורה הם בדרך כלל ארוך. לכן, חשוב לחקור מנגנוני עבודה חדשים כדי להגשים מעברים מוצקים לנוזלים, לקצר את זמן המעבר, ולשפר את הניגודיות של מאפייני הרטיאולוגיים במהלך המעבר. כאן, מעבר בשלב האור המושרה הקריסטל-נוזל הוא נצפתה, אשר מאופיין באמצעות מיקרוסקופ אור (פום), photorheometry, צילום הדיפרנציאל המוח סריקה (צילום DSC), ו-X-ray עקיפה (XRD). מעבר הפאזה האנטי-נוזלי של האור מציג תכונות מפתח כגון (1) מיתוג מהיר של שלבים מסוג גביש-נוזלי עבור תגובות קדימה ואחורה ו (2) יחס ניגודיות גבוה של גמישות ויסקוזה. ב אפיון, פום הוא יתרון במתן מידע על התפלגות מרחבית של כיווני מולקולה LC, קביעת סוג של שלבים גבישי נוזלי המופיעים בחומר, ולימוד הכיוון של LCs. פוטורומטריה מאפשר מדידה של תכונות מרטיאוולוגיות של חומר תחת גירויים בהירים ויכולים לחשוף את מאפייני המיתוג הפוטולוגיים של חומרים. Photo-DSC היא טכניקה לחקירת מידע תרמודינמי של חומרים באפלה ותחת הקרנה קלה. לבסוף, XRD מאפשר לימוד של מבנים מיקרוסקופיים של חומרים. המטרה של מאמר זה היא להציג באופן ברור כיצד להכין ולמדוד את המאפיינים הנדונים של חומר פוטטורוולוגי.
Introduction
חומרים מכניים חכמים עם יכולת לשנות את התכונות שלהם אלסטי וגמיש בתגובה וריאציה סביבתית יצרו עניין עצום בקרב החוקרים. יכולת החלוקה נחשבת לגורם החומרי החשוב ביותר, המציע את החוסן של תגובה מכנית חוזרת באורגניזמים חיים. עד היום, חומרים מלאכותיים עם פונקציות רב-תכליתי עוצבו על ידי שימוש בחומר רך (כלומר, הידרו-ג’ל הידראולי1,2,3, פולימרים4,5, 6,7,8,9,10,11, קריסטלים נוזליים [lcs]9,10,11, 12,13,14,15,16,17, pH-להגיב מיקרולים18,19,20 ,21,22, ו מפעילי חומרים23). עם זאת, חומרים אלה סובלים מיותר מאחת מהבעיות הבאות: חוסר ההיחדות, יחס ניגודיות נמוך של מיתוג של גמישות והאטה, מהירות המעבר הנמוכה וקצב מיתוג איטי. בחומרים קונבנציונליים, העסקה קיימת בין יחס ניגודיות המעבר של גמישות ומהירות מיתוג; כך, עיצוב חומרים המכסים את כל הקריטריונים האלה עם ביצועים גבוהים הוא מאתגר. כדי להגשים את החומרים עם היכולת המוזכרת לעיל, בחירה או עיצוב מולקולות הנושאות את האופי מתהווה של נזילות גבוהה (רכוש צמיגה) ו קשיחות (המאפיין אלסטי) הוא חיוני.
גבישים נוזליים הם מערכות אידיאליות עם מספר רב של קריסטלים נוזליים ושלבים מוצקים שניתן לכוונן באמצעות עיצוב מולקולרי. הדבר מאפשר למבנים המורכבים באופן עצמאי בקשקשים באורך שונים בשלבים מסוימים של LC. לדוגמה, בעוד התערוכה הגבוהה ביותר בסימטריה מרחבית (NLCs) מציגה צמיגות ואלסטיות נמוכות בשל הסדר המרחבי הקצר שלהם, טורי סימטריה נמוכה או smectic LCs מציגים צמיגות גבוהה ואלסטיות עקב טווח ארוך ותלת מימדי . מרבית הערים הוא צפוי כי אם ניתן להחליף חומרים LC בין שני שלבים עם הבדלים גדולים בתכונות האלסטיות שלהם וגמיש, לאחר מכן ניתן להשיג חומר חכם וגמיש עם ביצועים גבוהים. כמה דוגמאות דווחו9,10,11,12,13,14,15.
מאמר זה ממחיש את הכנת החומר הפוטורולוגי LC עם רצף פאזה של איזוטרופי (I)-nematic (N)-טוויסט-עיקול nematic (TB)24-קריסטל (Cry) על קירור (ולהיפך על חימום), אשר מוצגים מהיר והפיך החלפת מיתוג גמיש בתגובה לאור. המוצגים כאן הם שיטות למדידת גמישות ומדידת והמחשה של מבנה מיקרוסקופיים-מערכת יחסים אלסטיות. פרטים מתוארים בתוצאות הנציגים ובמקטעי הדיון.
Protocol
Representative Results
Discussion
כפי שנחשף באיור 1, CB6OABOBu הוא חומר התגובה לתמונה עם I, N, TB, ו-בשלב הזעקה רצפים על הקירור. מאז ההזמנה המקומית של שלבים אלה שונה באופן משמעותי, מיתוג מונחה תמונה של תכונות rheological צפוי להפגין ניגודיות טובה אלסטי גמיש. כדי לחקור את זה, בוצעו מדידות פוטו-רטיולוגיה.
ראשי…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
עבודה זו נתמכת על ידי פרויקט המחקר המשותף של ה-JSPS. תמיכה פיננסית ממענקים NKFIH PD 121019 ו-FK 125134 מוכרת.
Materials
| 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).
