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。
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この記事について
サマリー
要約
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。
概要
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
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プロトコル
1. LC分子を平面に位置合わせするためのこすり面の調製
- きれいなガラス基板を準備します。
- ダイヤモンドベースのガラスカッター(材料表)を使用してガラス基板を1cm×1cmの平均サイズの小さな正方形にカットし、アルカリ性洗剤で38kHzまたは42kHzで超音波処理して洗浄する(材料の表、水で希釈洗剤:水量比1:3)と蒸留水で繰り返しすすぐる(通常、各リンスに対して5分間の超音波処理で10倍以上)。
- 基板を紫外線オゾン(UV-O3)クリーナー(材料表)に10分以上入る。
- きれいなガラス基板に平面の位置合わせ層をコート。
- ポリイミド平面アライメント溶液の20 μLの滴下20°L(材料表、現在使用)を、洗浄ガラス基板上にピペットで取り込みます。直ちに溶液をスピンコートし、3,000rpmのスピンコーター(材料テーブル)、70sの室温(RT)を使用する。
注:アライメント層の典型的な厚さは約20nmです。 - コーティングされたガラス基板を80°Cで60分焼き、180°Cで180°Cで硬化させます。レーヨンクロスこすり機(材料表)を使用して基板を、回転速度=300rpm、プレ....
- ポリイミド平面アライメント溶液の20 μLの滴下20°L(材料表、現在使用)を、洗浄ガラス基板上にピペットで取り込みます。直ちに溶液をスピンコートし、3,000rpmのスピンコーター(材料テーブル)、70sの室温(RT)を使用する。
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結果
POM画像、フォトレオメトリックデータ、フォトDSCデータ、およびXRD強度プロファイルは、温度変動中およびUV光を照らしながら暗闇の中で収集されました。図1a,bは、CB6OABOBuの構造を表し、その位相配列とモデリングプログラムにおけるMM2力場によって最適化された可能な立体構造(例えば、ChemBio3D)を示す。
CB6OABOBuがトランス状態にあると、2つのエネルギーもっともらしい立体構造状態が現れ、ねじれた立体構造がTB相の形成を促進する最も安定した状態である。CB6OABOBuがUV光にさらされるとシス状態に励起されると、キンクコンフォラフォメーションが実現されます。モデリングプログラムによって行われた現在の立体構造最適化は、単一分子の立体構造を決定するのに役立ちますが、相互作用している複数の分子の立体構造状態をシミュレートしたり、次の場合に使用することはできません。より大きな分子クラスターの自己集合体。
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ディスカッション
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(図2a、赤い開いた円)。I-N相転移では、効果的な粘度(εeff)が減少し、せん断誘発流配向に起因する。N相において、粘度はせん断応力と実質的に独立しており、ニュートン流体挙動を示す(図2b)。TB相に移行すると、有効せん断粘度が1桁増加します。TB相は局所的なネマティック順序付けを有するが、スメクティック順序に類似した擬似層構造を示すことを考えると、有効せん断粘度の増加.......
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開示事項
著者たちは何も開示する必要はない。
謝辞
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。
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材料
| 名前 | 会社 | カタログ番号 | コメント |
|---|---|---|---|
| 21-401-10 | AS ONE | マイクロスパチュラ | |
| AL1254 | JSR | 液晶用平面配向剤 | |
| BX53P | オリンパス | 透過/落射照明ユニット付き偏光顕微鏡 | |
| Discovery DSC 25P | TI機器 | Photo-DSC機器 | |
| ガラスカッター PRO-1A | 三共 | Aダイヤモンドベースのガラスカッター | |
| HS82 | メトラー・トレド | ホットステージ | |
| MCR502 | アントンパール | 業務用レオメーター | |
| MRJ-100S | EHC | 摩擦機 | |
| ノーランド 光学接着剤 65, 81 | ノーランド製品 | 光反応性接着 | |
| オムニキュア S2000 | エクセリタス・テクノロジー | ズ商用の高圧水銀蒸気ショートアークランプ。最大 70 mW/cm^2。 | |
| PILATUS 6M | Dectris | X線回折検出器用ハイブリッド光子計数検出器 | |
| S1126 | 松波ガラス | 基板 | |
| SC-158H | EHC | スピンコーター | |
| SCAT-20X | DKS | アルカリ洗浄機 | |
| SLUV-4 | AS ONE | 低圧水銀蒸気ショートアークランプ | |
| UV-208 | テクノビジョン | 紫外線オゾン(UV-O3)クリーナー |
参考文献
- 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.
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再版と許可
