Troca fotorologia de alto contraste e rápida de um cristal líquido nematic de curvatura
Summary
Este protocolo demonstra a preparação de um material fotoreológico que exibe uma fase sólida, várias fases cristalinas líquidas e uma fase líquida isotrópica, aumentando a temperatura. Aqui são apresentados métodos para medir a relação estrutura-viscoelasticidade do material.
Abstract
Materiais viscoelásticos inteligentes que respondem a estímulos específicos são uma das classes mais atraentes de materiais importantes para tecnologias futuras, como tecnologias de adesão switchable demanda, atuadores, embreagens moleculares e massa nano-/microscópica Transportadores. Recentemente verificou-se que através de uma transição sólida-líquido especial, propriedades reológicas podem apresentar mudanças significativas, proporcionando assim materiais viscoelásticos inteligentes adequados. Entretanto, projetar materiais com tal propriedade é complexo, e os tempos de comutação para a frente e para trás são geralmente longos. Portanto, é importante explorar novos mecanismos de trabalho para realizar transições de líquido sólido, encurtar o tempo de comutação e aumentar o contraste de propriedades reológicas durante a mudança. Aqui, observa-se uma transição de fase cristal-líquido induzida pela luz, que se caracteriza por meio de microscopia luminosa polarizadora (POM), fotoreometria, calómetria de digitalização fotodiferencial (foto-DSC) e difração de raios-X (XRD). A transição de fase cristal-líquido induzida pela luz apresenta características-chave, como (1) comutação rápida de fases cristalinas e líquidas para reações para a frente e para trás e (2) uma alta relação de contraste de viscoelasticidade. Na caracterização, a POM é vantajosa ao oferecer informações sobre a distribuição espacial das orientações das moléculas LC, determinar o tipo de fases cristalinas líquidas que aparecem no material e estudar a orientação dos LCs. Photorheometry permite a medição das propriedades reológicas de um material estímulos leves e pode revelar as propriedades de comutação fotoreológicas dos materiais. Photo-DSC é uma técnica para investigar informações termodinâmicas de materiais na escuridão e irradiação de luz. Por fim, a XRD permite o estudo de estruturas microscópicas de materiais. O objetivo deste artigo é apresentar claramente como preparar e medir as propriedades discutidas de um material fotorheológico.
Introduction
Materiais mecânicos inteligentes com a capacidade de mudar suas propriedades viscoelásticas em resposta à variação ambiental geraram um enorme interesse entre os pesquisadores. A comutabilidade é considerada o fator material mais importante, que oferece robustez da resposta mecânica repetitiva em organismos vivos. Até à data, materiais artificiais com funções versáteis foram concebidos apelando à matéria mole (ou seja, hidrogéis fotoresponsivos1,2,3,polímeros4,5, 6,7,8,9,10,11, cristais líquidos [LCs]9,10,11, 12,13,14,15,16,17,micelles pH-responsivo18,19,20 ,21,22,e surfactants23). No entanto, esses materiais sofrem de mais de um dos seguintes problemas: falta de reversibilidade, baixa relação de contraste de comutação de viscoelasticidade, baixa adaptividade e velocidade de comutação lenta. Nos materiais convencionais, existe uma troca entre a relação de contraste de comutação de viscoelasticidade e velocidade de comutação; assim, a concepção de materiais que abrangem todos estes critérios com alto desempenho é um desafio. Realizar materiais com a oniscapacidade acima mencionada, selecionar ou projetar moléculas que carregam naturezas emergentes de alta fluidez (propriedade viscosa) e rigidez (propriedade elástica) é essencial.
Cristais líquidos são sistemas ideais com um número potencialmente grande de fases cristalinas e sólidas líquidas que podem ser afinadas pelo design molecular. Isso permite estruturas auto-montadas em diferentes escalas de comprimento em determinadas fases lc. Por exemplo, enquanto lcs neosos de alta simetria (NLCs) apresentam baixa viscosidade e elasticidade por causa de sua ordem espacial de curto alcance, LCs colunaares ou smíticos de alta simetria mostram alta viscosidade e elasticidade devido a um e bidimensional de longo alcance periodicidades. Espera-se que, se os materiais LC podem ser alternados entre duas fases com grandes diferenças em suas propriedades viscoelásticas, então um material inteligente viscoelástico com alto desempenho pode ser alcançado. Alguns exemplos foram relatados9,10,11,12,13,14,15.
Este artigo demonstra a preparação de um material lc fotorelelógico com uma sequência de fase de isotrópico (I)-nematic (N)-twist-bend nematic (TB)24-crystal (Cry) ao resfriamento (e vice-versa após o aquecimento), que exibe rápido e reversível comutação viscoelástica em resposta à luz. Aqui são apresentados os métodos de medição da viscoelasticidade e uma ilustração da relação estrutura-viscoelasticidade microscópica. Os detalhes são descritos nas seções representativas de resultados e discussão.
Protocol
Representative Results
Discussion
Conforme revelado na Figura 1,CB6OABOBu é um material foto-responsivo com eu, N, TB, e cry seqüências de fase após o resfriamento. Uma vez que a ordenação local destas fases difere significativamente, espera-se que a mudança foto-conduzida de propriedades reológicas exicupe um bom contraste viscoelástico. Para investigar quantitativamente isso, foram realizadas medições fotológicas.
Primeiro, consideramos os dados reológicos medidos no escuro (<strong…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Este trabalho foi apoiado pelo projeto bilateral de pesquisa conjunta HAS-JSPS. O apoio financeiro das subvenções NKFIH PD 121019 e FK 125134 é reconhecido.
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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