Yapısal Photoresponsive sıvı kristaller dinamikleri gözlemlemek için yeni teknikleri

Bu yöntem, sıvı kristal araştırmalarında yaygın bir sorunun ele alınmasına yardımcı olabilir. Bu, fotoyanıt sırasındaki en yüksek moleküler hareketin geleneksel yöntemlerle belirlenememesidir. Bu tekniklerin ana avantajı, foto-uyarılmış sıvı kristalin yapısının ve ultra hızlı dinamiklerinin hem diferansiyel IR spektrumundan hem de diferansiyel elektron kırınım modellerinden elde edilmesidir.

Zamana bağlı IR titreşim spektroskopisini göstereceğim. Zamanla çözülen IR titreşim spektroskopisi için bir çözelti fazı numunesi hazırlamak için, litre başına 1 milimol çözelti elde etmek için 0.025 milimol pi-COT'u 25 mililitre diklorometan içinde çözün. Bir sıvı kristal faz numunesi hazırlamak için, 3 milimetre kalınlığında bir kalsiyum florür substratını pi-COT tozu ile kaplayın.

Alt tabakayı sıcak bir tabağa yerleştirin ve tozu 100 santigrat derecede eritin. Sıcak plakayı kapatın ve numunenin oda sıcaklığına soğumasını bekleyin. Numuneyi hazırladıktan sonra, titanyum-safir lazeri ve cıvıl cıvıl nabız amplifikatörünü açın ve termal olarak stabilize olmalarına izin verin.

Darbe süresini 120 femtosaniyeye, tekrarlama oranını 500 Hertz'e ve olay akıcılığını santimetre kare başına 1 milijoule olarak ayarlayın. UV pompasının ve orta IR prob darbelerinin gücünü ve kararlılığını kontrol edin ve optik yolları gerektiği gibi yeniden hizalayın. Cıva-kadmiyum-tellür IR dedektörünü sıvı nitrojen ile soğutun.

Spektrometreyi optik yol ile aynı hizada konumlandırın ve spektrometreyi kalibre edin. Ardından, test numunesi olarak numune tutucuya 1 milimetre kalınlığında bir silikon gofret monte edin. Pompa probu gecikmesini pozitif bir değere ayarlayın.

Maksimum geçici sinyal yoğunluğunu elde etmek için pompa ışınını numuneye yönlendiren aynayı ayarlayarak pompa-prob örtüşmesini optimize edin. Eksi 100 pikosaniyeden başlayıp 1000 pikosaniyede biten ve 5 pikosaniyelik bir adım süresiyle bir tarama ayarlayın. Test örneğini tarayın ve geçici sinyalin ortaya çıkmaya başladığı veya sıfır zamanının olduğu zamansal konumu belirleyin.

Ardından, bir çözelti fazı numunesi kullanılıyorsa, cihaza baryum florür pencereli bir akış hücresi monte edin ve numuneyi akış hücresinden pompalamaya başlayın. Sıvı kristal faz numunesi kullanılıyorsa, lazer kaynaklı hasarı en aza indirmek için numune üzerindeki lazer spot konumunun sürekli hareketine izin vermek için numuneyi motorlu bir tablaya monte edin. Numune ile sıfır zamansal konumunu onaylayın ve başlangıç, bitiş ve adım zamanlarını ayarlayın.

Veri dosyası için bir dizin seçin ve veri alma işlemini çalıştırın. İlk olarak, silikon nitrür pencereli bir alt tabaka elde etmek için silikon nitrür kaplı bir gofreti aşındırın ve temizleyin. Alt tabakayı, silikon nitrür pencereler yukarı bakacak şekilde bir spin kaplayıcı ayna üzerine yerleştirin.

Alt tabakayı kloroformda mililitre başına 10 miligram pi-COT çözeltisi ile kaplayın. Spin kaplı alt tabakayı sıcak bir plakaya yerleştirin ve pi-COT'u eritmek için sıcak plakayı 100 santigrat dereceye ısıtın. 100 santigrat dereceye ulaştığında sıcak plakayı kapatın ve bir pi-COT sıvı kristal film elde etmek için numuneyi yerinde soğumaya bırakın.

Ölçüme başlamak için, numuneyi cihaz numune tutucusuna monte edin. Numune tutucuyu vakum odasına yerleştirin ve hazneyi kapatın. Hazneyi 1000 paskal veya 10 milibardan daha düşük bir seviyeye boşaltmak için döner bir pompa kullanın.

Ardından, elektron tabancası odasını yaklaşık 10 ila eksi 6 paskal'a boşaltmak için bir turbomoleküler pompa kullanın. Ardından, titanyum-safir lazeri ve cıvıl cıvıl nabız amplifikatörünü açın ve bir saat boyunca termal olarak stabilize olmalarına izin verin. Tekrarlama oranını 500 hertz olarak ayarlayın.

CCD kamera soğutucusunu açın ve cihazı 10 santigrat dereceye kadar soğutun. Ardından, elektrik güç kaynağını açın ve voltajı 75 kilovolta ayarlayın. Özel örtüşme yazılımını açın ve pozlama süresini 50 milisaniye olarak ayarlayın.

Prob elektron ışını konumunu bulmak için önce başlangıç tipini z-overlap olarak ayarlayın ve başlat'a tıklayın. Bu işlem tamamlandığında, y-overlap'i seçin ve yeniden başlat'a tıklayın. Ardından, elektron ışınını numune tutucu iğne deliği konumuna ayarlayın ve pompa lazerini iğne deliğinden yansıyan pompa ışığıyla hizalayın.

Ardından, zamanla çözülen elektron kırınım programına geçin. Başlangıç türünü zamana bağlı olarak ve pompa etkisini santimetre kare başına 2 milijoule olarak ayarlayın. Numune tutucuya sabitlenmiş inorganik standart bir malzemeye dayalı olarak sıfır zamanı konumunu ölçmek için başlat'a tıklayın.

Ardından, Faraday kabını elektron ışını yoluna yerleştirin ve pikoampermetre ile akıcılığı ölçün. Elektron ışını akışını 3 pikoampere ayarlamak için nötr yoğunluk filtresini döndürün. Pompa kiriş hattındaki dalga plakasını döndürerek pompa darbe akışını 1.67 miliwatt'a ayarlayın.

Ardından, zamanla çözülen elektron kırınım yazılımında numune konumuna geçin. CCD kamera pozlama süresini 1 saniyeye ayarlayın. Başlangıç türünü tek olarak ayarlayın ve statik bir elektron kırınım görüntüsü elde etmek için başlat'a tıklayın.

Ardından, CCD kameranın Peltier elemanını açın ve cihazı eksi 20 santigrat dereceye kadar soğutun. CCD kamera soğuduktan sonra, her adımda toplanacak desen sayısını ve zaman çözümlü ölçümler için adım sayısını ayarlayın. Başlangıç türünü zaman çözümlü olarak ayarlayın ve zaman çözümlü elektron kırınım görüntülerini toplamak için başlat'a tıklayın.

Deney bittiğinde, elektron hızlandırma güç kaynağını kapatın. Bir arka plan elde etmek için zamanla çözülen görüntüyü aynı şekilde toplayın. Pi-COT bazlı sıvı kristal ince bir filmin diferansiyel IR titreşim spektrumu, COT ve tiyazol halkalarının ve pi-COT'un düz T1 formunda güçlü bir şekilde IR aktif olan bifenil moyadların germe modlarına karşılık gelen tepe noktalarına sahipti.

En yüksek yoğunluğun zamana bağlı evrimi, karşılıklı 1338 santimetrelik bir dalga numarasına sahipti. Eyer ile 2 pikosaniye içinde düz onay değişikliği ile tutarlıdır. Ardından, tek moleküller için 10 ila 20 pikosaniye veya yığılmış moleküller için 150 pikosaniye içinde ilk eyer formuna gevşeme gelir.

Işığa duyarlı moyadlardan gelen elektron kırınım zirveleri, UV darbe radyasyonundan 500 pikosaniye sonra elde edilen bir modelden ilk kırınım modelinin çıkarılmasıyla, uzun karbon zincirlerinin hakim olduğu uzun modelden çıkarıldı. Pozitif ve negatif tepe noktaları, ışınlamadan sonra sırasıyla 500 pikosaniye ile yapısal özelliklerin oluşumunu ve kaybını gösterdi. Yeni düzenli bir yapının oluşumu, fotoeksitasyondan yaklaşık 200 pikosaniye sonra başladı, bu da yığılmış moleküllerdeki ilk eyer formundaki gevşeme ile tutarlı oldu.

300 pikosaniyelik bir zaman ölçeğinde pi-pi istifleme sırasının kaybı, sterik engeli en aza indirmek için bükülen, 300 ila 1000 pikosaniye ömrüne sahip az sayıda düz konformere bağlandı. Bu yöntem için ilk olarak, iyi elektron kırınım modelleri sağlamadıkları için genellikle kırınım zamanlarına göre incelenmeyen sıvı kristalleri tartıştığımızda aklımıza geldi. Metodolojimiz, sıvı kristal kırınım modellerindeki değişikliklerin tanımlanmasına izin vererek, önemli yapı bilgilerine ve ultra hızlı molekül dinamiklerine erişim sağlar.

Bir kez ustalaştıktan sonra, bu teknikler uygun şekilde uygulanırsa yarım günde yapılabilir. Bu teknikler, daha karmaşık biyomalzemelerin yapısı ve ultra hızlı dinamikleri hakkında daha fazla soruyu yanıtlamak için potansiyel olarak kullanılabilir.