Summary
Этот протокол демонстрирует подготовку фотореологического материала, который обладает твердой фазой, различными жидкокристаллическими фазами и изотропной жидкой фазой за счет повышения температуры. Здесь представлены методы измерения структуры-вязкости отношения материала.
Abstract
Интеллектуальные вязкоупругие материалы, которые реагируют на специфические стимулы, являются одним из наиболее привлекательных классов материалов, важных для будущих технологий, таких как технологии комплаенсировки по требованию, приводы, молекулярные сцепления и нано-/микроскопическая масса Транспортеры. Недавно было установлено, что благодаря специальному твердо-жидкому переходу, реологические свойства могут проявлять значительные изменения, обеспечивая тем самым подходящие интеллектуальные вязкоэлные материалы. Тем не менее, проектирование материалов с таким свойством является сложным, и вперед и назад переключения раз, как правило, долго. Поэтому важно изучить новые рабочие механизмы для реализации твердо-жидких переходов, сократить время переключения и усилить контраст реологических свойств при переключении. Здесь наблюдается свето-индуцированный кристально-жидкий фазовый переход, который характеризуется поляризующей световой микроскопией (POM), фотореометрией, фотодифференцированной сканирующей калории (фото-DSC) и рентгеновской дифракцией (XRD). Свето-индуцированный кристально-жидкий переход фазы представляет ключевые характеристики such as (1) быстрое переключение кристалл-жидких фаз для обоих передних и обратных реакций и (2) высокое коэффициент контрастности вязкости. В характеристике POM выгодно предлагать информацию о пространственном распределении молекулярных ориентаций LC, определять тип жидкокристаллических фаз, появляющихся в материале, и изучать ориентацию LCs. Фотореометрия позволяет измерять реологические свойства материала при световых стимулах и может выявить фотореологические переключения свойств материалов. Photo-DSC - это метод исследования термодинамической информации материалов в темноте и при облучении света. Наконец, XRD позволяет изучать микроскопические структуры материалов. Целью данной статьи является четкое представление о том, как подготовить и измерить обсуждаемые свойства фотореологического материала.
Introduction
Умные механические материалы, способные изменять свои вязкоупругие свойства в ответ на изменение окружающей среды, вызвали огромный интерес у исследователей. Switchability считается наиболее важным материальным фактором, который обеспечивает надежность повторяющихся механических реакций в живых организмах. На сегодняшний день искусственные коммутируемые материалы с универсальными функциями разработаны с использованием мягкой материи (т.е. фоточувствительные гидрогели1,2,3,полимеры4,5, 6,7,8,9,10,11,жидкие кристаллы (LCs)9,10,11, 12,13,14,15,16,17,рН-реакционные микулы18,19,20 ,21,22, и сурфактанты23). Однако эти материалы страдают от более чем одной из следующих проблем: отсутствие обратимости, низкое коэффициент контрастности переключения вязкости, низкая адаптивность и медленная скорость переключения. В обычных материалах существует компромисс между коэффициентом контрастности переключения вязкости и скоростью переключения; таким образом, проектирование материалов, охватывающих все эти критерии с высокой производительностью является сложной задачей. Для реализации материалов с вышеупомянутой всемогущестью необходимо выбрать или проектировать молекулы, которые несут возникающие природы как высокой текучести (вязкое свойство), так и жесткости (эластичное свойство).
Кристаллы жидкости являются идеальными системами с потенциально большим количеством жидкокристаллических и твердых фаз, которые могут быть настроены с помощью молекулярной конструкции. Это позволяет самостоятельно собирать структуры в разных масштабах длины в определенных фазах LC. Например, в то время как высокосимметричные нематические LCs (NL) обладают низкой вязкостью и эластичностью из-за их пространственного порядка на малой дальности, низкосимметричные колобики или smectic LCs демонстрируют высокую вязкость и эластичность из-за одно- и двухмерного дальнего периодиики. Ожидается, что если LC материалы могут быть переключены между двумя фазами с большими различиями в их вязкоупругих свойств, то вязкоупругий смарт-материал с высокой производительностью может быть достигнуто. Несколько примеров были зарегистрированы9,10,11,12,13,14,15.
Данная статья демонстрирует подготовку фотореологического LC-материала с фазовой последовательностью изотропного (I)-нематического (N)-твист-изгиба нематического (ТБ)24-кристалла(Cry) при охлаждении (и наоборот при нагревании), который демонстрирует быструю и обратимую вязкая переключается в ответ на свет. Здесь представлены методы измерения вязкости и иллюстрация микроскопической структуры-вязкости отношений. Подробности описаны в репрезентативных результатах и разделах обсуждения.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
1. Подготовка потертых поверхностей для выравнивания молекул LC попланарно
- Подготовьте чистые стеклянные субстраты.
- Вырезать стеклянные субстраты с помощью стеклореза на основе алмазов(Таблица материалов) на мелкие квадратные кусочки со средними размерами 1 см х 1 см. Вымойте их путем звукоизоляции при 38 кГц или 42 кГц в щелочном мореническом уборщике (Таблица Материалов, разбавленных в воде при моющее средство: коэффициент объема воды 1:3) и промыть дистиллированной водой повторно (как правило, более 10x с 5 мин sonication для каждого промыть).
- Обязать субстраты ультрафиолетового озона (UV-O3)чище(Таблица материалов)более 10 мин.
- Слой планарного выравнивания на чистые стеклянные субстраты.
- Капаните 20 л 1 мл полиимидного планарового выравнивания(Таблица Материалов,используется как есть) с пипеткой на очищенные стеклянные субстраты. Сразу же спин-слой решения, используя спин пальто (Таблица материалов) при 3000 об/мин и комнатной температуры (RT) для 70 с.
ПРИМЕЧАНИЕ: Типичная толщина слоя выравнивания составляет около 20 нм. - Выпекать покрытые стеклянные субстраты при температуре 80 градусов по Цельсию в течение 60 минут, чтобы удалить растворитель и при температуре 180 градусов по Цельсию для лечения. Руб субстратов с помощью rayon-ткани трения машины (Таблица материалов) со следующими параметрами: скорость вращения 300 об/мин, пластина скорость 20 мм / с, и впечатление 0,3 мм для реализации однооаксовой выравнивания LC материалов.
- Капаните 20 л 1 мл полиимидного планарового выравнивания(Таблица Материалов,используется как есть) с пипеткой на очищенные стеклянные субстраты. Сразу же спин-слой решения, используя спин пальто (Таблица материалов) при 3000 об/мин и комнатной температуры (RT) для 70 с.
2. Подготовка LC-клеток
- Поместите стеклянный субстрат, покрытый слоем выравнивания, на другой субстрат, с выравниванием слоев лицом к лицу, и убедитесь, что они 80% перекрываются, чтобы сформировать ячейку.
ПРИМЕЧАНИЕ: 20% неопровержимых поверхностей должны быть использованы для введения материалов LC в ячейку. - Поместите 100 qL фотореактивного клея(Таблица материалов)и 0,1 мг частиц стекла размером с микрометр (диаметр ю 5 мкм) на чистый стеклянный субстрат и смешайте их вручную, используя кончик скрепки. Переместите смешанный материал в четыре угла клетки, чтобы отрегулировать разрыв ячейки и осветить клетку с помощью низконапорного пара ртути короткой дуговой лампы (Таблица Материалов) с длиной волны 365 нм (1,1 Вт/см2). Поместите ячейку под светодиодную лампу на расстоянии 1 см в течение 5 мин.
- После освещения поместите клетку на горячую стадию и установите целевую температуру стадии, чтобы нагреть клетку до температуры выше изотропной жидкости (I)-нематический (N) фазовый переход (обычно при температуре 160 градусов по Цельсию). Передача LC материала (1-4-butoxyazobenzene-4'-yloxy-6-4-цианобифенил-4' yl'hexane; CB6OABOBu; 0,2-10,0 л) на одной открытой поверхности клетки и толкают материалы к входу в ячейку с помощью микроспатула, чтобы получить контакт между LC-материалом и входом в ячейку. Подождите, пока материалы LC будут заполнены в ячейке капиллярной силой.
ПРИМЕЧАНИЕ: CB6OABOBu имеет фазовую последовательность: Плачь 100.3 C Tb 105.2 C N 151.7 C I на нагреве и я 151.4 C N 104.5 C TB 83 C Плач при охлаждении. Не вводите CB6OABOBu в фазу N или ТБ, потому что выравнивание, вызванное потоком, поощряется.
3. Текстурная характеристика путем поляризации оптической микроскопии
- Наблюдайте за lc-клетками, размещенными на горячей стадии, чтобы контролировать температуру образца (40–180 градусов по Цельсию) с точностью 0,1 K под поляризационным световым микроскопом (POM, Таблица материалов)с помощью объективных линз 4x-100x. Запись текстур с помощью цифровой цветовой камеры последовательно во время охлаждения и нагрева.
- Используйте ультрафиолетовый эпи-иллюминатора(Таблица материалов),оборудованный на POM с длиной волны 365 нм (50 мВт/см2).
4. Фотореологические измерения
- Подготовка реологических измерений.
- Перед размещением любого образца на стадии реометра(Таблица материалов),выполните геометрическую калибровку и нулевую калибровку зазора, контролируемую программным обеспечением в соответствии с инструкциями производителя для обеспечения точности реологического исследования . Взвесьте 250 мг порошкового образца CB6OABOBu и загрузите его на базовую кварцевую пластину реометра.
ПРИМЕЧАНИЕ: Для настоящего исследования используется пластина диаметром 50 мм. - Установите температуру камеры образца к значению выше точки перехода фазы I-N (Зgt;160 c). Установите значение разрыва для приближения измерительной пластины к базовой кварцевой пластине, чтобы сэндвич образца (типичное значение разрыва используется 20 мкм). Обрезка избыточного образца (например, с помощью бумажных салфеток), что находится за пределами разрыва, когда измерительная пластина останавливается в положении обрезки, что на 25 мкм выше целевого зазора.
ПРИМЕЧАНИЕ: Не допускайте избыточного количества CB6OABOBu, которое будет введено в камеру выборки, так как это делает измерения неточными.
- Перед размещением любого образца на стадии реометра(Таблица материалов),выполните геометрическую калибровку и нулевую калибровку зазора, контролируемую программным обеспечением в соответствии с инструкциями производителя для обеспечения точности реологического исследования . Взвесьте 250 мг порошкового образца CB6OABOBu и загрузите его на базовую кварцевую пластину реометра.
- Выполняйте реологические измерения.
- Облучение ультрафиолетовым светом на 365 нм (1-100 мВт/см2),измерение фотореологического переключения CB6OABOBu с использованием паров ртути высокого давления короткой дуговой лампы.
ПРИМЕЧАНИЕ: Свет будет направляться из-под контейнера образца через базовую кварцевую пластину. - Выполняйте измерения в 1) осцилляторном режиме для извлечения динамической восстанавливающей информации материала и 2) устойчивого режима вращения для получения эффективной вративности вязкости. Для измерений в режиме вращения, применить постоянный стресс сдвига 13 Pa к образцу, чтобы убедиться, что измерения производится в ньютоновском режиме.
ПРИМЕЧАНИЕ: Выбор режимов осуществляется программным обеспечением в соответствии с инструкциями производителя.
- Облучение ультрафиолетовым светом на 365 нм (1-100 мВт/см2),измерение фотореологического переключения CB6OABOBu с использованием паров ртути высокого давления короткой дуговой лампы.
5. Фото-дифференцирующее сканирование калории
- Взвесьте 10 мг порошкового образца CB6OABOBu и загрузите его в кастрюлю с сканированием калорийности золота (DSC). Нагрейте образец до 170 градусов по Цельсию в изотропной фазе и убедитесь, что нет неоднородного распределения образцов в кастрюле DSC, как это наблюдается невооруженным глазом. Обложка сковороды DSC с кварцевой пластиной.
- Выполняйте фото-DSC измерения в соответствии с инструкциями производителя(Таблица материалов). Измерьте данные DSC при сканировании 10 кв/мин.
ПРИМЕЧАНИЕ: Фото-DSC машина оснащена интенсивностью УФ-излучения 50 мВт/см2.
6. Рентгеновская дифракционная характеристика
- Нагрейте образец порошка CB6OABOBu, используя горячую стадию при температуре 170 градусов по Цельсию и сосать образец в капилляр XRD (диаметр 0,5 мм) с помощью капиллярной силы.
- Прикрепите капилляр к держателю образца, оборудованному регулятором температуры. Установите температуру камеры (60 градусов по Цельсию, 70 градусов по Цельсию, 80 градусов по Цельсию, 90 градусов по Цельсию, 100 градусов по Цельсию, 110 градусов по Цельсию, 140 градусов по Цельсию, 160 градусов по Цельсию и 170 градусов по Цельсию при каждом рентгеновском измерении дифракции).
- Излучайте образец с помощью рентгеновского излучения и обнаруживайте диффракторные рентгеновские лучи с помощью детектора без ультрафиолетового облучения и при интенсивности УФ-света 10 мВт/см2 в течение 1 мин и 10 мин.
ПРИМЕЧАНИЕ: Текущее исследование было проведено в RIKEN луч BL45XU. Источником света был стандартный в вакуумный undulator SPring-8. Для монохроматизации луча использовался жидко-охлажденный си двойной кристаллический монохроматор. Длина волны была 1.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
PoM изображения, фотореометрические данные, данные фото-DSC, и XRD интенсивности профили были собраны в темноте во время изменения температуры и в то время как сияющий УФ-излучения. Рисунок 1a,b представляет структуру CB6OABOBu, с его фазовой последовательностью и возможными конформациями, оптимизированными силовым полем MM2 в программе моделирования (например, ChemBio3D).
Когда CB6OABOBu находится в транс-государстве, появляются два энергоправдоподобных конформации, и витая конформация является наиболее стабильной, которая способствует формированию фазы туберкулеза. Когда CB6OABOBu возбужденных к cis-государство при воздействии УФ-излучения, излом-конформации реализуется. Хотя текущая конформистиальная оптимизация, сделанная программой моделирования, полезна для определения конформации одной молекулы, она не может быть использована для имитации конформационного состояния нескольких молекул, которые взаимодействуют, или даже для самосборки более крупных молекулярных кластеров.
На рисунке 1c,d показаны текстуры POM в темноте и под 30 мВт смNo 2 УФ излучения, при охлаждении образца в 2 мкм толщиной LC ячейки с равномерно потер планар выравнивания. В фазе N реализуется однооаксиевое выравнивание молекул(рисунок 1c,сверху). При понижении температуры до ТБ в темноте образуется полосатый узор, при котором полосы проходят параллельно направлению трения LC-клетки(рисунок 1c,средний). Эта полоса картина возникает в результате пряжки нестабильности и признается в качестве символа фазы туберкулеза, впервые сообщил Панов и др.25. Дальнейшее понижение температуры приводит к кристаллизации(рисунок 1c,дно). Облучение уфимского света изменяет конформацию от транс-к цис-состояния, в результате чего фазовая вариация и, таким образом, изменение текстуры. Если, начиная с фазы ТБ, УФ-излучение преобразует полосатую текстуру в одноаксически выровненое состояние фазы N(рисунок 1d,топ-середина). Отключение ультрафиолетового света позволяет молекулам расслабиться и вернуться в транс-государство, и полосатая текстура фазы туберкулеза снова образуется.
На рисунке 2 показана эффективная вязкость CB6OABOBu при различных условиях, измеренных реометром. На рисунке 2показана температурная зависимость эффективной вязкости сдвига. Причина для вызова измеренной вязкости эффективной вязкости сдвига является то, что реальные компоненты вязкости в жидких кристаллах зависят от ориентации, а измеренная вязкость является ориентировообразной значениева в текущем исследовании. На рисунке 2b показана стрессовая зависимость от эффективной вязкости сдвига при различных температурах во время первого и второго пробежек. На рисунке 2c представлены различия между эффективной вязкостью сдвига, вызванной ультрафиолетовым облучением при различных температурах. На рисунке 2показано переключение кривых эффективной вязкости сдвига в шкале журнала при двух различных температурах (т.е. одна на этапе N, а другая на этапе ТБ). Подробная зависимость температуры от времени переключения обобщена в таблице 1.
Рисунок 3a,b показывает текстуры CB6OABOBu в неприсоединивом образце под 50 mW/cm2 УФ излучение при 80 градусах по Цельсию(рисунок 3a)и после охлаждения до 60 градусов по Цельсию(рисунок 3b). Кривые Фото-DSC на рисунке 3c демонстрируют, что при охлаждении фазовые переходы I-N транс- и цис-изомеров различны. Хотя фото-DSC полезно для обнаружения различий между темными и светостимулируемыми состояниями, следует отметить, что фото-DSC обычно затрудняет количественное сравнение реального теплового потока различий, так как базовый унификс DSC кривые значительно изменяются из-за поглощения света образцом и металлической поверхностью кастрюли DSC. Рисунок 3d показывает, что при нагревании, таяние кристаллической фазы транс- и цис-изомеров отличаются, как измеряется обычнымdD. На рисунке 3e,f показаны xRD дифракционные участки дифракционной интенсивности как функция d-spacing без и с УФ-облучением, соответственно. Видно, что интенсивность на каждом пике резко меняется при облучении ультрафиолетового света, главным образом связанных с кристаллической структурной трансформацией и локальным таянием.
Рисунок 1: Химическая структура CB6OABOBu и эволюция текстур по охлаждению. ()Химическая структура CB6OABOBu и его последовательность фазы. (b)Космические заполнения молекулярных моделей CB6OABOBu оптимизированы силовым полем MM2 в программе моделирования. (c)POM текстуры CB6OABOBu под скрещенными поляризаторами в ячейке толщиной 2 мкм с равномерно протертым планарным выравниванием; во время охлаждения без ультрафиолетового освещения. Вверху: в фазе N при 140 градусах Цельсия; середина: в фазе туберкулеза при 104 градусах Цельсия; дно: при переходе фазы Tb-Cry. (d)Текстуры POM при 90 градусах, иллюстрирующие процесс фотопереключения. Вверху: перед УФ; средняя: сосуществование фаз N и ТБ вскоре после 30 мВт/см2 УФ-излучения при 365 Нм; дно: расслабленная текстура ТБ после выключения УФ-освещения. Шкала баров представляют 100 мкм. Эта цифра была адаптирована с разрешения Айя и др.26. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть большую версию этой цифры.
Рисунок 2: реологические свойства и фотодинамика фотопереключения реологических свойств CB6OABOBu. ()Температурная зависимость эффективной вязкости сдвига измеряется при постоянном стрессе сдвига 13 Pa в режиме вращения с различными ультрафиолетовыми излучениями: 0 мВт/см2 (красные круги), 32,7 мВт/см2 (черные круги) и 59,6 мВт/см2 (голубые бриллианты). (b) Эффективная вязкость сдвига как функция увеличения напряжения сдвига при выбранных температурах. Черные заполненные круги (100 градусов по Цельсию) и зеленые алмазы (102 градуса по Цельсию) — это данные, измеренные на первом сканировании, в то время как черные открытые круги (100 градусов по Цельсию) и зеленые открытые бриллианты (102 градуса по Цельсию) — это данные, измеренные на втором сканировании. (c)Повторяемая фотосъемка эффективной вязкости сдвига на уровне 59,6 мВт/см2 излучения. Высокие и низкие значения в каждой температуре соответствуют состояниям UV-OFF и UV-ON. (d)Фотопереключение эффективной вязкости сдвига, показанной на шкале журнала на 97 градусов по Цельсию в фазе ТБ и 90 градусов по Цельсию в фазе Cry. Синие и красные сплошные линии для фазы ТБ являются наиболее подходящими кривыми с использованием простой экспоненциальной функции на состояниях UV-ON и UV-OFF. Интенсивность УФ-излучения составляет 59,6 мВт/см2. Эта цифра была изменена и адаптирована с разрешения Aya et al.26. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть большую версию этой цифры.
Рисунок 3: Доказательства существования микросегрегированных доменов с различными кристаллическими структурами в фазе Cry. (a,b) POM текстуры через синий фильтр под 50 мВт / см2 УФ излучения в восьмиугольном месте формы поля диафрагмы радужной оболочки в серединепри( a ) 80 c и (b) 60 градусов по Цельсию. (c)Температурные зависимости теплового потока образца во время охлаждения со скоростью 10 градусов по Цельсию/мин без УФ (черные точки) и под УФ (голубые точки). (d)Температурные зависимости теплового потока транс-богатых образца во время нагрева на 2 C /мин и 10 C/min ставки (черные и синие кривые, соответственно) без УФ, и cis-богатый образец на 2 C/min скорости (красная кривая). (е,f) Показана d-расстояние зависимость от интенсивности рентгеновской дифракции широкого угла. (f)Увеличенный вид небольшой d-стоимости области панели e. Синий пунктирные, красные твердые и черные длиннопанельные линии указывают на рентгеновские дифракционные профили без ультрафиолетового освещения, под 10 мВт/см2 излучения в течение 1 мин и 10 мин, соответственно. Открытые вверх и заполненные нисходящие треугольники показывают увеличение и уменьшение интенсивности каждого пика. Эта цифра была изменена и адаптирована с разрешения Aya et al.26. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть большую версию этой цифры.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Как показано на рисунке 1, CB6OABOBu является фото-отзывчивый материал с I, N, ТБ, и Cry фазовых последовательностей при охлаждении. Поскольку локальное упорядочение этих фаз значительно отличается, ожидается, что фотоприводное переключение реологических свойств будет проявлять хороший вязкоупрятный контраст. Для количественного изучения этого были проведены фоторелогические измерения.
Во-первых, мы рассмотрим реологические данные, измеренные в темноте(рисунок 2a, красные открытые круги). При переходе фазы I-N эффективная вязкость(eeff)уменьшается, что объясняется выравниванием потока, вызванного сдвигами. В фазе N вязкость практически не зависит от стресса сдвига, что указывает на поведение ньютоновской жидкости(рисунок 2b). Переход к фазе туберкулеза приводит к увеличению эффективной вязкости сдвига на один порядок. Учитывая, что фаза ТБ имеет локальный нематический заказ, но обладает псевдослойной структурой, аналогичной smectic ordering, увеличение эффективной вязкости сдвига объясняется формированием псевдослойных структур.
На фазе туберкулеза сильное истончение сдвига наблюдается с четкими пороговыми значениями в результате перестройки псевдослойных структур(рисунок 2b). Последующее затвердевание образца приводит к
резкому скачку вэффе (стресс сдвига, если скорость сдвига остается постоянной) на пять порядков величины. Большое рассеяние данных вязкости сдвига в кристаллической фазе является результатом большого сопротивления образца, оказываемого на вращающийся конус. Образец, в этом режиме, является твердым характеризуется модуля хранения вместо жидкости характеризуется вязкостью. Результаты при ультрафиолетовой интенсивности 32,7 мВт/см2 и 59,6 мВт/см2 показаны в виде черных заполненных кругов и синих открытых бриллиантов. Три основных различия наблюдаются между этими данными и теми, которые измеряются в темноте: 1) снижение переходных температур, 2) снижение эфф на каждом этапе, и 3) нет значительных различий вязкости между первоначальным переходом N-TB температуры для подсвеченных образцов, что объясняется исчезновением фазы тб под ультрафиолетовым светом.
Понятно, что реологические свойства действительно значительно отличаются в разных фазах. Для проверки фотоуправляемого реологического переключения, реологические измерения были выполнены путем сияния УФ-излучения на образец. Рисунок 2c показывает, что реологическое переключение с фотоуправляемым имеет различные контрастные значения при различных температурах: почти 1 на фазах I и N, 10 на этапе ТБ и 106 на этапе Cry. Время переключения ON и OFF также очень короткое (100 с, ON и OFF время переключения показано в таблице 1)как в ТБ и Cry фаз. Время переключения определяется как переходное время для изменения эффективной вязкости от 90% до 10% от его первоначального значения (что до УФ облучения). Поскольку контраст в разных фазах отличается, время переключения не может быть справедливо сопоставлено между различными фазами. Стоит отметить, что для других расплавленных жидкостей начальная кристаллическая фаза обычно восстанавливается в течение нескольких часов-несколько дней, так как их высокая вязкость предотвращает обратную реакцию оптом, даже при высоких температурах9,14.
Для определения причины отсутствия медленного нуклеации были проведены poM-наблюдения, фото-DSC и XRD-измерения. Как показывают изображения POM на рисунке 3, сияющий УФ-излучение в фазе Cry вызывает таяние до фазы I при температуре 80 градусов по Цельсию (cis-state rich). Поддержание УФ-облучения при снижении температуры приводит к кристаллизации молекул цис-государства при различных температурах, чем у транс-государства. Это говорит о микросегрегации транс- и цис-государств. Данные Photo-DSC дают прямое доказательство этому. Как показано на рисунке 3c,d, воздействие УФ-излучения приводит к расщеплению пиков перехода фазы как для I-N (на охлаждение), так и для кристального плавления (при нагревании). Они подтверждают, что транс- и цис-государственные молекулы образуют различные фазовые структуры. До сих пор большинство исследованных фотосжижаний обязаны своим происхождением фото-индуцированного изменения температуры стеклянного перехода. В отличие от этого, эта работа демонстрирует новый рабочий механизм в реализации быстрых процессов сжижения фото, за исключением некоторых недавних открытий27,28.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Авторам нечего раскрывать.
Acknowledgments
Эта работа была поддержана двусторонним совместным исследовательским проектом HAS-JSPS. Подтверждена финансовая поддержка грантов NKFIH PD 121019 и FK 125134.
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
- 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).
