ツイストベンドネマティック液晶の高コントラストと高速フォトレオロジースイッチング
Summary
このプロトコルは、温度を上げることによって固相、種々の液晶相、および等方性液相を示す光レオロジー材料の調製を示す。ここで提示する材料の構造粘弾性関係を測定する方法である。
Abstract
特定の刺激に反応するスマート粘弾性材料は、オンデマンド切り替え可能接着技術、アクチュエータ、分子クラッチ、ナノ/顕微鏡質量など、将来の技術に重要な材料の最も魅力的なクラスの一つです。トランスポーター。近年、特殊な固液転移を通じて、レオロジー特性が大きな変化を示すことができ、適切なスマート粘弾性材料を提供することが分かった。ただし、このような性質を持つ材料の設計は複雑であり、順方向および後方切り替え時間は通常長いです。したがって、固液転移を実現し、切り替え時間を短縮し、切り替え時のレオロジー特性のコントラストを高めるための新しい作業メカニズムを探求することが重要です。ここで、光誘起結晶液相転移が観察され、これは偏光顕微鏡(POM)、光レオメトリー、光差動走査熱量測定(フォトDSC)、およびX線回折(XRD)を特徴とする。光誘起結晶液相転移は、(1)前後反応の両方の結晶液相の高速切り替え、(2)粘弾性の高コントラスト比などの主要な特徴を提示する。特性評価において、POMはLC分子配向の空間分布に関する情報を提供し、材料に現れる液晶相の種類を決定し、LCの向きを研究する上で有利である。光刺激の下で材料のレオロジー特性の測定を可能にし、材料の光レオロジー切り替え特性を明らかにすることができます。フォトDSCは、暗闇や光照射下の物質の熱力学的情報を調べる技術です。最後に、XRDは材料の顕微鏡構造の研究を可能にする。この記事の目的は、フォトレオロジー材料の議論された特性を準備し、測定する方法を明確に提示することです。
Introduction
環境変動に応じて粘弾性特性を変化させる能力を持つスマートメカニカル材料は、研究者の間で大きな関心を生み出しています。切り替え性は、生物の反復的な機械的応答の堅牢性を提供する最も重要な材料因子であると考えられています。現在までに、多目的な機能を持つ人工切り替え可能な材料は、ソフトマター(すなわち、光応答性ヒドロゲル1、2、3、ポリマー4、5、5、を利用して設計されています。6,7,8,9,10,11, 液晶 [LC]9,10,11, 12、13、14、15、16、17、pH応答性ミセル18、19、20 、21、22、界面活性剤23)。しかしながら、これらの材料は、可逆性の欠如、粘弾性の低いスイッチングコントラスト比、低い適応性、および低速スイッチング速度の複数の問題に苦しんでいます。従来の材料では、粘弾性のスイッチングコントラスト比とスイッチング速度の間にトレードオフが存在します。したがって、これらの基準のすべてを高性能でカバーする材料の設計は困難です。前述のオムニビジティを持つ材料を実現するためには、高い流動性(粘性)と剛性(弾性特性)の両方の創発性を運ぶ分子の選択や設計が不可欠です。
液晶は、分子設計によって調整できる、潜在的に多数の液晶性と固相を持つ理想的なシステムです。これにより、特定の LC フェーズで異なる長さのスケールで自己組み立て構造が可能になります。例えば、高対称ネマティックLC(NlC)は空間秩序が短いため粘度と弾力性が低いが、低対称柱やスメクティックLCは1次元および2次元の長距離による高い粘度と弾力性を示す周期。LC材料が粘弾性特性に大きな差を持つ2つの相間で切り替えることができれば、高性能の粘弾性スマート材料が達成できることが期待されます。いくつかの例が報告されています9,10,11,12,13,14,15.
この記事では、冷却時(および加熱時にその逆)を示す等方性(I)-ネマティック(N)-ツイストベンドネマティック(TB)24-crystal(Cry)の位相配列を有する光レオロジーLC材料の調製を示す。光に応答する粘弾性スイッチング。ここでは、粘弾性を測定する方法と、顕微鏡構造-粘弾性関係の図を示す。詳細については、代表的な結果とディスカッションのセクションで説明します。
Protocol
Representative Results
Discussion
図1に示すように、CB6OABOBuは、冷却時にI、N、TB、およびCry相配列を有する光応答性材料である。これらの相の局所的な順序は大きく異なるため、レオロジー特性の光駆動スイッチングは良好な粘弾性コントラストを示すことが期待される。これを定量的に調べるために、光体学測定を行った。
まず、暗闇で測定されたレオロジーデータを考える(<stro…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
この研究は、HAS-JSPS二国間共同研究プロジェクトによって支援されました。補助金NKFIH PD 121019およびFK 125134からの財政支援が認められます。
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 |
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