Summary
इस प्रोटोकॉल एक photorheological सामग्री है कि एक ठोस चरण दर्शाती है की तैयारी को दर्शाता है, विभिन्न तरल क्रिस्टलीय चरणों, और तापमान में वृद्धि से एक आइसोट्रोपिक तरल चरण. यहाँ प्रस्तुत सामग्री की संरचना-विस्कोलोचता संबंध को मापने के लिए तरीके हैं.
Abstract
स्मार्ट विस्कोलोची सामग्री जो विशिष्ट उत्तेजनाओं का जवाब देती है, भविष्य की प्रौद्योगिकियों के लिए महत्वपूर्ण सामग्री के सबसे आकर्षक वर्गों में से एक है, जैसे ऑन-डिमांड स्विचकरनेयोग्य आसंजन प्रौद्योगिकी, actuators, आणविक क्लच, और नैनो-/माइक्रोस्कोपिक द्रव्यमान ट्रांसपोर्टरों. हाल ही में यह पाया गया कि एक विशेष ठोस-तरल संक्रमण के माध्यम से, rheological गुण महत्वपूर्ण परिवर्तन प्रदर्शित कर सकते हैं, इस प्रकार उपयुक्त स्मार्ट विस्कोलोच सामग्री प्रदान. हालांकि, इस तरह के एक संपत्ति के साथ सामग्री डिजाइन जटिल है, और आगे और पीछे स्विचन बार आमतौर पर लंबे होते हैं। इसलिए, ठोस-तरल संक्रमण का एहसास करने, स्विचिंग समय को छोटा करने, और स्विचन के दौरान rheological गुणों के विपरीत बढ़ाने के लिए नए कार्य तंत्र का पता लगाने के लिए महत्वपूर्ण है। यहाँ, एक प्रकाश प्रेरित क्रिस्टल-तरल चरण संक्रमण मनाया जाता है, जो प्रकाश माइक्रोस्कोपी (पीओएम), फोटोरोमेट्री, फोटो-डिफरेंट स्कैनिंग कैलोरीमिति (फोटो-डीएससी) और एक्स-रे विवर्तन (एक्सआरडी) का ध्रुवीकरण करने के माध्यम से विशेषता है। प्रकाश-प्रेरित क्रिस्टल-तरल प्रावस्था संक्रमण प्रमुख विशेषताओं को प्रस्तुत करता है जैसे (1) आगे और पीछे दोनों प्रतिक्रियाओं के लिए क्रिस्टल-तरल चरणों का तेजी से स्विचन और (2) श्यानता प्रत्यास्थता का उच्च विपरीत अनुपात। विशेषता में, पोम एलसी अणु अभिविन्यास के स्थानिक वितरण के बारे में जानकारी देने, सामग्री में प्रदर्शित होने वाले तरल क्रिस्टलीय चरणों के प्रकार का निर्धारण करने, और एलसी फोटोरिहेमेट्री के अभिविन्यास का अध्ययन करने में लाभप्रद है। प्रकाश उत्तेजनाओं के तहत एक सामग्री के rheological गुणों की माप की अनुमति देता है और सामग्री के photorheological स्विचन गुणों प्रकट कर सकते हैं. फोटो-डीएससी अंधेरे में और प्रकाश विकिरण के तहत सामग्री की ऊष्मागतिक जानकारी की जांच करने के लिए एक तकनीक है। अंत में, XRD सामग्री के सूक्ष्म संरचनाओं का अध्ययन करने की अनुमति देता है. इस लेख का लक्ष्य स्पष्ट रूप से प्रस्तुत करने के लिए कैसे तैयार करने के लिए और एक photorheological सामग्री की चर्चा गुण को मापने है.
Introduction
क्षमता के साथ स्मार्ट यांत्रिक सामग्री पर्यावरण भिन्नता के जवाब में उनके चिपचिपा लोचदार गुणों को बदलने के लिए शोधकर्ताओं के बीच जबरदस्त रुचि उत्पन्न की है. switchability को सबसे महत्वपूर्ण सामग्री कारक माना जाता है, जो जीवित जीवों में दोहराए जाने वाली यांत्रिक प्रतिक्रिया की मजबूती प्रदान करता है। तारीख करने के लिए, बहुमुखी कार्यों के साथ कृत्रिम switchable सामग्री नरम बात का उपयोग करके डिजाइन किया गया है (यानी, photoresponsive hydrogels1,2,3, पॉलिमर4,5, 6,7,8,9,10,11, तरल क्रिस्टल [एल सी]9,10,11, 12,13,14,15,16,17, पीएच-प्रतिक्रियाशील मिसेल18,19,20 ,21,22, और सर्फेक्टेंट23) . हालांकि, इन सामग्रियों को निम्न समस्याओं में से एक से अधिक से ग्रस्त हैं: उत्क्रमणीयता की कमी, कम स्विचन विपरीत अनुपात के विस्कोलोचिटी, कम अनुकूलनशीलता, और धीमी स्विचन गति। पारंपरिक सामग्री में, एक tradeoff विस्कोलोचता और स्विचन गति के विपरीत अनुपात स्विचन के बीच मौजूद है; इस प्रकार, उच्च प्रदर्शन के साथ इन मानदंडों के सभी को कवर सामग्री डिजाइन चुनौतीपूर्ण है. ऊपर उल्लिखित सर्वव्यापकता के साथ सामग्री का एहसास करने के लिए, चयन या डिजाइन अणुओं कि दोनों उच्च तरलता (विस्कस संपत्ति) और कठोरता (इलास्टिक गुण) के आकस्मिक प्रकृति ले जाना आवश्यक है।
तरल क्रिस्टल तरल क्रिस्टल और ठोस चरणों है कि आणविक डिजाइन द्वारा tuned किया जा सकता है की एक संभावित बड़ी संख्या के साथ आदर्श प्रणाली रहे हैं. यह विशेष रूप से एलसी चरणों में विभिन्न लंबाई तराजू पर स्वयं इकट्ठे संरचनाओं के लिए अनुमति देता है। उदाहरण के लिए, जबकि उच्च सममिति नेमैटिक एलसी (एनएलसी) उनके लघु दूरी के स्थानिक क्रम के कारण कम चिपचिपापन और लोच प्रदर्शित करता है, कम-सममिति स्तंभया या smectic LCs एक और दो आयामी लंबी दूरी के कारण उच्च चिपचिपापन और लोच दिखाते हैं आवधिकताएँ। यह उम्मीद की जाती है कि यदि एलसी सामग्री को दो चरणों के बीच उनके श्यानता प्रत्यास्थ गुणों में बड़े अंतर के बीच स्विच किया जा सकता है, तो उच्च प्रदर्शन के साथ एक श्यानता प्रत्यास्थ स्मार्ट सामग्री प्राप्त की जा सकती है। कुछ उदाहरणसामनेआए हैं 9,10,11,12,13,14,15.
यह लेख आइसोट्रोपिक (मैं)-नेमैटिक (एन)-twist-bend नेमैटिक (टीबी)24-क्रिस्टल (क्रि) ठंडा करने पर (और गर्म करने पर इसके विपरीत) के एक चरण अनुक्रम के साथ एक photorheological एलसी सामग्री की तैयारी को दर्शाता है, जो तेजी से और प्रतिवर्ती प्रदर्शन करता है प्रकाश के प्रत्युत्तर में श्यानता प्रत्यास्थ स्विचन. यहाँ प्रस्तुत चिपचिपा लोच को मापने के लिए तरीके और सूक्ष्म संरचना-विस्कोलोचता संबंध का एक उदाहरण हैं. विवरण प्रतिनिधि परिणाम और चर्चा अनुभागों में वर्णित हैं.
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Protocol
1. एलसी अणुओं को समतल रूप से संरेखित करने के लिए मला सतहों की तैयारी
- साफ ग्लास substrates तैयार करें।
- हीरे-जवाहरात के कलेजे कटर(सामग्री की तालिका) को छोटे चौकोर टुकड़ों में काट लें, जिसमें 1 सेमी x 1 सेमी के औसत आकार होते हैं। उन्हें क्षारीय डिटर्जेंट में 38 kHz या 42 kHz पर sonication द्वारा धोलें (सामग्री की तालिका, पानी में पतला एक पर डिटर्जेंट: 1:3 के पानी की मात्रा अनुपात और आसुत पानी के साथ कुल्ला बार-बार (आमतौर पर, प्रत्येक कुल्ला के लिए sonication के 5 मिनट के साथ 10x से अधिक).
- पराबैंगनी-ओजोन (यूवी-ओ3) क्लीनर (सामग्री की तालिका) को 10 मिनट से अधिक समय तक अधीन रखना।
- कोट समतलीय संरेखण परत साफ ग्लास substrates पर.
- एक polyimide planar संरेखण समाधान के 1 एमएल के ड्रिप 20 $L(सामग्री की तालिका,के रूप में प्रयोग किया जाता है) साफ गिलास substrates पर एक पिपेट के साथ. तुरंत स्पिन-कोट समाधान, एक स्पिन कोट का उपयोग कर (सामग्री की तालिका)3,000 आरपीएम और कमरे के तापमान पर (आरटी) 70 s के लिए।
नोट: संरेखण परत की ठेठ मोटाई के बारे में 20 एनएम है. - विलायक को हटाने के लिए 60 मिनट के लिए 80 डिग्री सेल्सियस पर लेपित ग्लास substrates सेंकना और इलाज के लिए 180 डिग्री सेल्सियस पर और 60 मिनट के लिए। निम्नलिखित पैरामीटरों के साथ रेयॉन-वस्त्र रगड़ने वाली मशीन(सामग्री की सारणी)का उपयोग करके सब्ट्रेट्स को रगड़ें: आवर्त नहोने की गति 300 उ.प्र., प्लेट की चाल - 20 मिमी, तथा एलसी पदार्थों के एकाक्षर संरेखण को महसूस करने के लिए छाप 0ण्3 मिमी।
- एक polyimide planar संरेखण समाधान के 1 एमएल के ड्रिप 20 $L(सामग्री की तालिका,के रूप में प्रयोग किया जाता है) साफ गिलास substrates पर एक पिपेट के साथ. तुरंत स्पिन-कोट समाधान, एक स्पिन कोट का उपयोग कर (सामग्री की तालिका)3,000 आरपीएम और कमरे के तापमान पर (आरटी) 70 s के लिए।
2. एलसी कोशिकाओं की तैयारी
- एक गिलास सब्सट्रेट एक और सब्सट्रेट पर संरेखण परत के साथ लेपित प्लेस, संरेखण परतों के साथ आमने-सामने, और सुनिश्चित करें कि वे 80% एक सेल के रूप में ओवरलैप कर रहे हैं।
नोट: 20% nonoverlapped सतहों सेल में एलसी सामग्री शुरू करने के लिए इस्तेमाल किया जा रहे हैं. - एक प्रकाश-रीएक्टिव चिपकने वाला(सामग्री की तालिका)का 100 डिग्री सेल्सियस रखें और 0.1 मिलीग्राम माइक्रोमीटर के आकार के कांच के कणों (व्यास 5 डिग्री मी) को एक साफ कांच के सब्सट्रेट पर रखें और उन्हें कागज क्लिप की नोक का उपयोग करके मैन्युअल रूप से मिला दें। कोशिका अंतराल को समायोजित करने के लिए मिश्रित सामग्री को सेल के चार कोनों में ले जाएं और 365 एनएम (1ण्1 डध 2) की तरंगदैर्घ्य के साथ कम दाब वाले पारा वाष्प लघु चाप लैंप (सामग्री की सारणी) का उपयोग करके सेल को रोशन करें। 5 मिनट के लिए 1 सेमी की दूरी पर एलईडी दीपक के नीचे सेल रखें।
- रोशनी के बाद, सेल को गर्म अवस्था में रखें और कोशिका को समस्थानिक द्रव (I)-नेमैटिक (N) चरण संक्रमण (आमतौर पर 160 डिग्री सेल्सियस) के ऊपर तापमान पर गर्म करने के लिए अवस्था का लक्ष्य तापमान निर्धारित करें। एलसी सामग्री को स्थानांतरित करें (1-[4-butoxyazobenzene-4'-yloxy]-6-[4-cyanobiphenyl-4' yl]hexane; CB6OABOBU; 0ण्2ण्0ण्0ण्0ण्0ण्0ण्0 कोशिका की एक खुली सतह पर तथा कोशिका के एक मुक्त पृष्ठ पर सामग्री को सूक्ष्मस्पैटुला का उपयोग करके कोशिका के प्रवेश द्वार की ओर धकेलकर कोशिका के प्रवेश द्वार पर स्पर्श किया जाता है ताकि कोशिका के बीच संपर्क प्राप्त किया जा सके। एलसी सामग्री के लिए प्रतीक्षा करें केशिका बल द्वारा सेल में भरा जा करने के लिए.
नोट: CB6OABOBU एक चरण अनुक्रम है: रो 100.3 डिग्री सेल्सियस टीबी 105.2 डिग्री सेल्सियस एन 151.7 डिग्री सेल्सियस मैं हीटिंग पर और मैं 151.4 डिग्री सेल्सियस एन 104.5 डिग्री सेल्सियस टीबी 83 डिग्री सेल्सियस ठंडा करने पर रो। प्रवाह प्रेरित संरेखण को बढ़ावा दिया है, क्योंकि N चरण या टीबी चरण में CB6OABOBu लागू न करें।
3. ऑप्टिकल माइक्रोस्कोपी polarizing द्वारा बनावट विशेषता
- नमूना तापमान को नियंत्रित करने के लिए गर्म अवस्था में रखी गई एलसी कोशिकाओं का प्रेक्षण करें (40 डिग्री 180 र्ब्) के साथ - 0ण्1 के सटीकता के अंतर्गत एक ध्रुवण प्रकाश सूक्ष्मदर्शी (पोम, सामग्री की सारणी) 4x$100x परादृश्यक लेंसों का उपयोग करते हुए। ठंडा और हीटिंग के दौरान क्रमिक रूप से एक डिजिटल रंग कैमरा का उपयोग कर रिकॉर्ड बनावट।
- पोम पर 365 एनएम (50 उउधब2)की तरंगदैर्ध्य से सुसज्जित एक यूवी एपि-प्रदीपक (सामग्री की सारणी) का प्रयोग करें।
4. फोटोरिओलॉजिकल माप
- रीओलॉजिकल माप की तैयारी करें।
- किसी भी नमूने को रूमीटर (सामग्री कीतालिका)के चरण पर रखने से पहले , रूमिटोलॉजिकल अध्ययन की सटीकता सुनिश्चित करने के लिए निर्माता के निर्देशों के अनुसार एक सॉफ्टवेयर द्वारा नियंत्रित ज्यामिति जड़त्व अंशांकन और शून्य अंतराल अंशांकन करें . सीबी6ओएबीयू पाउडर के नमूने का 250 मिलीग्राम वजन करें और इसे रियोमीटर की बेस क्वार्ट्ज प्लेट पर लोड करें।
नोट: वर्तमान अध्ययन के लिए, 50 मिमी के व्यास के साथ एक प्लेट का उपयोग किया जाता है। - नमूना कक्ष के तापमान को I-N प्रावस्था संक्रमण बिंदु के ऊपर किसी मान पर सेट करें ([160 ]C).। नमूना सैंडविच करने के लिए मापने की प्लेट के लिए मापने की प्लेट तक पहुंचने के लिए एक अंतराल मान सेट करें (सामान्य अंतराल मूल्य का उपयोग किया जाता है $ 20 $m). अतिरिक्त नमूना ट्रिम (उदा., कागज पोंछे का उपयोग करके) कि अंतर के बाहर है जब मापने की थाली trimming स्थिति है, जो लक्षित अंतर से ऊपर 25 डिग्री है पर बंद हो जाता है.
नोट: CB6OABOBu की अतिरिक्त राशि नमूना कक्ष के लिए पेश किया जा करने की अनुमति नहीं है, क्योंकि यह माप गलत बनाता है.
- किसी भी नमूने को रूमीटर (सामग्री कीतालिका)के चरण पर रखने से पहले , रूमिटोलॉजिकल अध्ययन की सटीकता सुनिश्चित करने के लिए निर्माता के निर्देशों के अनुसार एक सॉफ्टवेयर द्वारा नियंत्रित ज्यामिति जड़त्व अंशांकन और शून्य अंतराल अंशांकन करें . सीबी6ओएबीयू पाउडर के नमूने का 250 मिलीग्राम वजन करें और इसे रियोमीटर की बेस क्वार्ट्ज प्लेट पर लोड करें।
- रीओलॉजिकल माप निष्पादित करें।
- 365 एनएम (1 डिग्री 100 mW/cm2) पर यूवी प्रकाश विकिरण, उच्च दबाव पारा वाष्प कम चाप दीपक का उपयोग कर CB6OABOBu के photorheological स्विचन को मापने.
नोट: प्रकाश आधार क्वार्ट्ज प्लेट के माध्यम से नमूना कंटेनर के नीचे से निर्देशित किया जाएगा. - में माप प्रदर्शन 1) गतिशील बहाल करने की जानकारी सामग्री निकालने के लिए दोलन मोड और 2) प्रभावी घूर्णी चिपचिपापन प्राप्त करने के लिए स्थिर घूर्णन मोड. घूर्णी मोड में माप के लिए, नमूना है कि माप न्यूटनी शासन में किया जाता है करने के लिए नमूना करने के लिए 13 पा की एक निरंतर कतरनी तनाव लागू होते हैं।
नोट: मोड का चयन निर्माता के निर्देशों के अनुसार एक सॉफ्टवेयर द्वारा किया जाता है।
- 365 एनएम (1 डिग्री 100 mW/cm2) पर यूवी प्रकाश विकिरण, उच्च दबाव पारा वाष्प कम चाप दीपक का उपयोग कर CB6OABOBu के photorheological स्विचन को मापने.
5. फोटो-अंतरक्रमित क्रमवीक्षण कैलोरीमिति
- वजन 10 CB6OABOBu पाउडर नमूना के मिलीग्राम और यह एक सोने अंतर स्कैनिंग कैलोरीमिति (डीएससी) पैन में लोड. समस्थानिक चरण में 170 डिग्री सेल्सियस के लिए नमूना गर्म करें और सुनिश्चित करें कि डीएससी पैन में कोई असमांग नमूना वितरण नंगी आंखों द्वारा मनाया गया है। डीएससी पैन को क्वार्ट्ज प्लेट के साथ कवर करें।
- निर्माता के निर्देशों के अनुसार फोटो-DSC माप प्रदर्शन(सामग्री की तालिका)। 10 डिग्री सेल्सियस/मिनट के स्कैन पर DSC डेटा को मापें।
नोट: फोटो-डीएससी मशीन 50 mW/cm2की एक यूवी प्रकाश तीव्रता से सुसज्जित है।
6. एक्स-रे विवर्तन अभिलक्षण
- पाउडर CB6OABOBu नमूना 170 डिग्री सेल्सियस पर गर्म चरण का उपयोग कर गर्मी और एक XRD केशिका में नमूना चूसना (व्यास $ 0.5 मिमी) केशिका बल द्वारा.
- एक तापमान नियंत्रक के साथ सुसज्जित एक नमूना धारक के लिए केशिका संलग्न करें। कक्ष का तापमान (60 डिग्री सेल्सियस, 70 डिग्री सेल्सियस, 80 डिग्री सेल्सियस, 90 डिग्री सेल्सियस, 100 डिग्री सेल्सियस, 110 डिग्री सेल्सियस, 120 डिग्री सेल्सियस, 130 डिग्री सेल्सियस, 140 डिग्री सेल्सियस, 150 डिग्री सेल्सियस, 160 डिग्री सेल्सियस, और प्रत्येक एक्स-रे विवर्तन माप के लिए 170 डिग्री सेल्सियस) निर्धारित करें।
- एक्स-रे द्वारा नमूने को विकिरणित करें और यूवी विकिरण के बिना एक डिटेक्टर द्वारा और 1 मिनट और 10 मिनट के लिए 10 mW/cm2 की यूवी प्रकाश तीव्रता के तहत diffracted एक्स-रे बीम का पता लगाने।
नोट: वर्तमान अध्ययन RIKEN बीमलाइन BL45XU में आयोजित किया गया था. प्रकाश स्रोत SPring-8 मानक में वैक्यूम undulator था. एक तरल नाइट्रोजन-कूल्ड सी डबल क्रिस्टल मोनोक्रोमेटर बीम मोनोक्रोमेटाइज करने के लिए इस्तेमाल किया गया था। तरंगदैर्ध्य 1 $ था.
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Representative Results
पोम छवियों, photorheometric डेटा, फोटो-DSC डेटा, और XRD तीव्रता प्रोफाइल तापमान भिन्नता के दौरान अंधेरे में एकत्र किए गए थे और यूवी प्रकाश चमक जबकि. चित्र 1क,b CB6OABOBu की संरचना का प्रतिनिधित्व करता है, इसके चरण अनुक्रम और संभावित conformations के साथ मॉडलिंग कार्यक्रम में MM2 forcefield द्वारा अनुकूलित (उदा., ChemBio3D).
जब CB6OABOBu ट्रांस राज्य में है, दो ऊर्जा-संभावित अनुरूपता राज्यों दिखाई देते हैं, और मुड़ रचना सबसे स्थिर एक है कि टीबी चरण के गठन को बढ़ावा देता है. जब CB6OABOBu cis-राज्य के लिए उत्साहित है जब यूवी प्रकाश के संपर्क में, एक kink-अनुरूपता महसूस किया है. हालांकि मॉडलिंग कार्यक्रम द्वारा किए गए वर्तमान conformational अनुकूलन एक अणु की रचना का निर्धारण करने के लिए उपयोगी है, यह कई अणुओं है कि बातचीत कर रहे हैं की अनुरूपता राज्य अनुकरण के लिए इस्तेमाल नहीं किया जा सकता है, या यहां तक कि के लिए बड़े आणविक समूहों के स्व-सम्मेलन।
चित्र ाुरूआल, अंधेरे में और 30 उवाच सेमीके अंतर्गत, 2 उवी विकिरण, एक 2 मीटर-थिक एलसी सेल में नमूने को ठंडा करने के दौरान समान रूप से मला समतल संरेखण के साथ पोम टेक्सचरदिखाता है। छ प्रावस्था में अणुओं का एकाक्षीय संरेखण का एहसास होता है(चित्र 1ग, शीर्ष)। अंधेरे में टीबी के लिए तापमान को कम करते समय, एक धारीदार पैटर्न रूपों, जिस पर धारियों एलसी सेल की रगड़ दिशा के समानांतर चलाते हैं (चित्र 1ग, मध्य)। इस धारी पैटर्न buckling अस्थिरता का एक परिणाम के रूप में उठता है और टीबी चरण के प्रतीक के रूप में मान्यता प्राप्त है, पहले Panov एट अल द्वारा रिपोर्ट25. इसके अलावा तापमान में कमी क्रिस्टलीकरण की ओर ले जाती है(चित्र 1ग, तल)। यूवी प्रकाश का विकिरण ट्रांस-से सिस-राज्य में अनुरूपता को बदल देता है, जिसके परिणामस्वरूप चरण भिन्नता होती है और इस प्रकार बनावट भिन्नता होती है। यदि टीबी चरण से प्रारंभ करते हैं, तो यूवी प्रकाश धारीदार बनावट को N चरण के uniaxially संरेखित स्थिति में रूपांतरित करता है (चित्र 1घ, शीर्ष-मध्य)। यूवी प्रकाश बंद करने से अणुओं को आराम करने और ट्रांस-स्टेट में फिर से प्रवेश करने की अनुमति मिल जाती है, और टीबी चरण की धारीदार बनावट फिर से बन जाती है।
चित्र 2 रियोमीटर द्वारा मापे गए विभिन्न परिस्थितियों के अंतर्गत सीबी6ओएओएबीयू की प्रभावी चिपचिपापन को दर्शाता है। चित्र 2एक प्रभावी अपरूपण श्यानता के ताप निर्भरता को दर्शाता है। मापा चिपचिपापन प्रभावी कतरनी चिपचिपापन फोन करने के लिए कारण यह है कि तरल क्रिस्टल में चिपचिपापन के असली घटक अभिविन्यास पर निर्भर हैं, और मापा चिपचिपापन वर्तमान अध्ययन में एक अभिविन्यास औसत मूल्य है. चित्र 2ख प्रथम और द्वितीय रन के दौरान विभिन्न तापों पर प्रभावी अपरूपण श्यानता की अपरूपण प्रतिबल निर्भरता दर्शाता है। चित्र 2ग विभिन्न तापमानों पर यूवी विकिरण द्वारा ट्रिगर प्रभावी कतरनी चिपचिपापन के बीच भिन्नता प्रस्तुत करता है। चित्र 2घ दो अलग-अलग तापमानों पर लॉग स्केल में प्रभावी कतरनी श्यानता के स्विचन वक्रों को दर्शाता है, (यानी, एक N चरण में और दूसरा टीबी चरण में)। स्विचन काल की विस्तृत तापमान निर्भरता को सारणी 1में संक्षेप में प्रस्तुत किया गया है।
चित्र 3क, ब 50 mW/cm2 यूवी विकिरण के अंतर्गत एक nonaligned नमूने में CB6OABOBu की बनावट से पता चलता है 80 डिग्री सेल्सियस पर ( चित्र3ए) और ठंडा करने के बाद 60 डिग्री सेल्सियस (चित्र 3बी) . चित्र 3ग के फोटो-डीएससी वक्रों से पता चलता है कि शीतलन पर, पार-तथा सिस-समकों के I-N प्रावस्था संक्रमण भिन्न होते हैं। हालांकि फोटो-डीएससी अंधेरे और प्रकाश-उत्तेजित राज्यों के बीच मतभेदों का पता लगाने के लिए उपयोगी है, यह ध्यान दिया जाना चाहिए कि फोटो-डीएससी आमतौर पर अंतर की वास्तविक गर्मी प्रवाह की तुलना करना मुश्किल बनाता है, क्योंकि डीएससी की आधार रेखा नमूने और डीएससी पैन की धातु की सतह द्वारा प्रकाश अवशोषण के कारण वक्र काफी परिवर्तन होते हैं। चित्र 3घ दर्शाता है कि हीटिंग पर, ट्रांस और cis-isomers के क्रिस्टल चरण के पिघलने अलग हैं, के रूप में पारंपरिक DSC द्वारा मापा. चित्र 3म्, एफ क्रमशः यूवी विकिरण के बिना और साथ डी-स्पेसिंग के एक समारोह के रूप में diffracted तीव्रता के XRD विवर्तन भूखंडों से पता चलता है। यह देखा जा सकता है कि प्रत्येक चोटी पर तीव्रता काफी परिवर्तन जब यूवी प्रकाश विकिरणित है, मुख्य रूप से क्रिस्टलीय संरचनात्मक परिवर्तन और स्थानीय पिघलने के लिए जिम्मेदार ठहराया.
चित्रा 1: CB6OABOBu की रासायनिक संरचना और ठंडा करने पर बनावट के विकास। (क)सीबी6ओओएबोबू की रासायनिक संरचना तथा इसके प्रावस्था अनुक्रम। (ख)मॉडलिंग कार्यक्रम में एमएम 2 बलफील्ड द्वारा अनुकूलित सीबी6ओएओएबाबू के अंतरिक्ष भरने वाले आण्विक मॉडल। (ग)एक समान रूप से मला समतल संरेखण के साथ एक 2 डिग्री मीटर मोटी सेल में पार कर polarizers के तहत सीबी 6OABOBU के पोम बनावट; यूवी रोशनी के बिना ठंडा करने के दौरान. शीर्ष: 140 डिग्री सेल्सियस पर एन चरण में; मध्य: 104 डिग्री सेल्सियस पर टीबी चरण में; नीचे: टीबी-क्रि चरण संक्रमण पर। (घ)फोटो स्विचिंग प्रक्रिया को चित्रित करते हुए 90 डिग्री सेल्सियस पर पोम बनावट। शीर्ष: यूवी से पहले; मध्य: एन और टीबी चरणों के सह-अस्तित्व के बाद शीघ्र ही 30 mW/cm2 यूवी विकिरण 365 एनएम पर; नीचे: यूवी रोशनी बंद करने के बाद आराम टीबी बनावट। स्केल बार 100 डिग्री मी का प्रतिनिधित्व करते हैं। यह आंकड़ा अया एट अल26से अनुमति के साथ अनुकूलित किया गया है. कृपया इस चित्र का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहाँ क्लिक करें.
चित्र 2: Rheological गुण और CB6OABOBu के rheological गुणों के photoswitching के photodynamics. (अ)विभिन्न यूवी विकिरणों के साथ घूर्णी मोड में 13 पा के निरंतर कतरनी तनाव पर मापा जाने वाला प्रभावी कतरनी श्यानता का तापमान निर्भरता: 0 mW/cm 2 (लाल वृत्त), 32.7 mW/cm2 (काले वृत्त), और 59.6 MW/ (नीले हीरे). (ख)चयनित तापमान पर अपरूपण तनाव में वृद्धि के एक समारोह के रूप में प्रभावी कतरनी श्यानता। काले भरे हलकों (100 डिग्री सेल्सियस) और हरे भरे हीरे (102 डिग्री सेल्सियस) पहले स्कैन पर मापा डेटा कर रहे हैं, जबकि काले खुले हलकों (100 डिग्री सेल्सियस) और हरे खुले हीरे (102 डिग्री सेल्सियस) दूसरे स्कैन पर मापा डेटा कर रहे हैं। (ग)59.6 उउधब 2विकिरण पर प्रभावी कतरनी श्यानता की पुनरावर्तक फोटो स्विचन। प्रत्येक तापमान में उच्च और निम्न मान यूवी-ऑफ और यूवी-ऑन राज्यों के अनुरूप हैं। (घ)टीबी चरण में 97 डिग्री सेल्सियस और क्राई चरण में 90 डिग्री सेल्सियस पर लॉग स्केल पर दिखाए गए प्रभावी कतरनी चिपचिपापन की तस्वीरें। टीबी चरण के लिए नीले और लाल ठोस लाइनों यूवी-ऑन और यूवी-ऑफ राज्यों पर सरल घातीय समारोह का उपयोग कर सबसे अच्छा फिट घटता हैं। यूवी तीव्रता 59.6 mW/cm2है। यह आंकड़ा संशोधित किया गया है और अया एट अल26से अनुमति के साथ अनुकूलित. कृपया इस चित्र का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहाँ क्लिक करें.
चित्र 3: रो चरण में विभिन्न क्रिस्टल संरचनाओं के साथ सूक्ष्म अलग डोमेन के अस्तित्व का साक्ष्य। (क, ख) 50 mW/cm2 यूवी विकिरण के तहत नीले फिल्टर के माध्यम से पोम बनावट क्षेत्र आईरिस डायाफ्राम के आकार के एक अष्टकोणीय स्थान में बीच में (क) 80 डिग्री सेल्सियस और (इ) 60 डिग्री सेल्सियस। (ग) प्रतिदर्श के ऊष्मा प्रवाह पर यूवी (काले बिंदुओं) के बिना 10 डिग्री सेल्सियस/मिनट की दर से तथा यूवी (नीले बिंदु) के अंतर्गत ठंडा करने के दौरान ताप निर्भरता। (घ)यूवी के बिना 2 डिग्री सेल्सियस मिनट और 10 डिग्री सेल्सियस/न्यूनतम दरों (काले और नीले वक्र, क्रमशः) पर तापन के दौरान पार-रिच नमूने के ऊष्मा प्रवाह की तापमान निर्भरता, और सिस समृद्ध प्रतिदर्श की 2 डिग्री सेल्सियस/न्यूनतम दर (लाल वक्र)। (ई, च) विस्तृत कोण एक्स-रे विवर्तन तीव्रता की डी-स्पेसिंग निर्भरता दिखाई गई है। (च)पैनल के छोटे डी-मान क्षेत्र का शानदार दृश्य ई. ब्लू डैश्ड, लाल ठोस, और काले लंबे समय से धराए लाइनों यूवी रोशनी के बिना एक्स-रे विवर्तन प्रोफाइल का संकेत देते हैं, 10 mW/cm2 के तहत 1 मिनट और 10 मिनट के लिए विकिरण। ऊपर की ओर खुला और भरा नीचे त्रिकोण बढ़ जाती है और प्रत्येक चोटी के diffracted तीव्रता में कम हो जाती है दिखा. यह आंकड़ा संशोधित किया गया है और अया एट अल26से अनुमति के साथ अनुकूलित. कृपया इस चित्र का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहाँ क्लिक करें.
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Discussion
जैसा कि चित्र 1में पता चला, CB6OABOBu ठंडा करने पर मैं, एन, टीबी, और रो चरण दृश्यों के साथ एक फोटो-प्रतिक्रियात्मक सामग्री है। चूंकि इन चरणों के स्थानीय आदेश काफी अलग है, rheological गुणों की फोटो चालित स्विचन अच्छा विस्कोलोचिक विपरीत प्रदर्शन की उम्मीद है. मात्रात्मक इस की जांच करने के लिए, फोटो-रीलॉजी माप प्रदर्शन किया गया।
सबसे पहले, हम अंधेरे में मापे गए रूलॉजिकल डेटा पर विचार करते हैं(चित्र 2क, लाल खुले वृत्त).। I-N प्रावस्था संक्रमण पर प्रभावी श्यानता (र् े)घट जाती है, जो अपरूपण-प्रेरित प्रवाह संरेखण के लिए जिम्मेदार है। छ प्रावस्था में श्यानता अपरूपण प्रतिबल से व्यावहारिक रूप से स्वतंत्र होती है, जो न्यूटनी द्रव व्यवहार को इंगित करती है(चित्र 2ख)। टीबी चरण में संक्रमण के परिणामस्वरूप परिमाण के एक क्रम द्वारा प्रभावी कतरनी चिपचिपापन में वृद्धि होती है। यह देखते हुए कि टीबी चरण एक स्थानीय nematic आदेश है, लेकिन smectic आदेश के अनुरूप छद्म परत संरचना दर्शाती है, प्रभावी कतरनी चिपचिपापन की वृद्धि छद्म परत संरचनाओं के गठन के लिए जिम्मेदार ठहराया है.
टीबी चरण में, छद्म परत संरचनाओं के पुन: संरेखण के परिणामस्वरूप स्पष्ट सीमा मानों के साथ मजबूत कतरनी thinning मनाया जाता है (चित्र 2ख)। नमूना के बाद ठोसीकरण के परिणामस्वरूप परिमाण
के पाँच आदेशों द्वारा ( कतरनी प्रतिबल यदि कतरनी दर स्थिर रखी जाती है) में तीव्र छलांग होती है। क्रिस्टल प्रावस्था में कतरनी श्यानता डेटा का बड़ा प्रकीर्णन घूर्णन शंकु पर लगाए गए नमूने के बड़े प्रतिरोध का परिणाम है। इस शासन में नमूना, एक ठोस है जो चिपचिपापन की विशेषता वाले तरल पदार्थ के बजाय भंडारण मापांक द्वारा विशेषता है। 32.7 mW/cm2 और 59.6 mW/cm2 की यूवी तीव्रता के तहत परिणाम काले भरे हलकों और नीले खुले हीरे के रूप में दिखाए जाते हैं। इस डेटा के बीच तीन मुख्य अंतर देखे जाते हैं और जो अंधकार में मापे जाते हैं: 1) संक्रमण तापमान की एक डाउनशिफ्ट, 2) प्रत्येक चरण में फ़्ट में कमी, और 3) मूल N-TB संक्रमण के बीच कोई महत्वपूर्ण चिपचिपापन भिन्नता नहीं है प्रबुद्ध नमूनों के लिए तापमान, जो यूवी प्रकाश के तहत टीबी चरण के गायब होने से समझाया गया है।
यह स्पष्ट है कि rheological गुण वास्तव में विभिन्न चरणों में काफी अलग हैं. फोटो चालित rheological स्विचन का परीक्षण करने के लिए, rheological माप नमूने पर यूवी प्रकाश चमक द्वारा प्रदर्शन किया गया. चित्र 2ग से पता चलता है कि फोटो चालित rheological स्विचिंग अलग अलग तापमान पर अलग विपरीत मूल्यों है: मैं और एन चरणों में लगभग 1, टीबी चरण में 10, और रो चरण में 106. पर और बंद स्विचन बार भी बहुत कम कर रहे हैं ($100 s, पर और बंद स्विचन बार तालिका 1में दिखाया गया है ) दोनों टीबी और रो चरणों में. स्विचिंग समय प्रभावी चिपचिपापन की भिन्नता के लिए क्षणिक समय के रूप में परिभाषित किया गया है 90% से 10% अपने मूल मूल्य (कि यूवी विकिरण से पहले). चूंकि विभिन्न चरणों में इसके विपरीत अलग है, स्विचन समय काफी विभिन्न चरणों के बीच तुलना नहीं किया जा सकता है. यह ध्यान देने योग्य बात है कि अन्य पिघला हुआ तरल पदार्थ के लिए, प्रारंभिक क्रिस्टल चरण आम तौर पर कई दिनों के लिए कई घंटे के भीतर ठीक हो, क्योंकि उनके उच्च चिपचिपापन थोक में पिछड़े प्रतिक्रिया से बचाता है, यहां तक कि उच्च तापमानपर 9,14.
धीमी नाभिकीय के अभाव के कारण का निर्धारण करने के लिए, पोम अवलोकन, फोटो-डीएससी, और XRD माप आयोजित किए गए. चित्रा 3 में पोम छवियों के रूप में दिखाने के लिए, रो चरण में यूवी चमक 80 डिग्री सेल्सियस (सिस राज्य अमीर) पर मैं चरण के लिए पिघलने से चलाता है। यूवी विकिरण को बनाए रखने जबकि तापमान को कम करने के लिए cis राज्य अणुओं के क्रिस्टलीकरण का कारण बनता है ट्रांस राज्य के उन लोगों की तुलना में अलग अलग तापमान पर होने के लिए। यह ट्रांस और सिस-राज्यों के सूक्ष्म पृथक्करण का सुझाव देता है। फोटो-डीएससी डेटा इसके लिए प्रत्यक्ष सबूत देते हैं। चित्र ांवह 3ग,घ के अनुसार, आई-एन (शीतन पर) और क्रिस्टल पिघलने (गर्मी पर) दोनों के लिए चरण संक्रमण चोटियों के विभाजन में यूवी प्रकाश परिणामों के संपर्क में। ये इस बात की पुष्टि करते हैं कि पार-तथा सिस-अवस्था के अणु विभिन्न प्रावस्था संरचनाओं का निर्माण करते हैं। इस प्रकार अब तक, पता लगाया फोटो तरलगुटी के अधिकांश कांच संक्रमण के फोटो प्रेरित तापमान बदलाव के लिए अपने मूल देना है. इसके विपरीत, यह कार्य हाल की कुछ खोजों27,28को छोड़कर तेजी से फोटो द्रवीकरण प्रक्रियाओं को साकार करने में एक उपन्यास कार्य तंत्र को दर्शाता है।
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Disclosures
लेखकों को खुलासा करने के लिए कुछ भी नहीं है.
Acknowledgments
इस कार्य को एएस-जेपीएस द्विपक्षीय संयुक्त अनुसंधान परियोजना द्वारा समर्थित किया गया था। अनुदान NKFIH पीडी 121019 और FK 125134 से वित्तीय सहायता स्वीकार किया है.
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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