Orienterande övergång i ett flytande kristall utlöst av den termodynamiska tillväxten av gränsvärda vätskeark

Engineering

Your institution must subscribe to JoVE's Engineering section to access this content.

Fill out the form below to receive a free trial or learn more about access:

Welcome!

Enter your email below to get your free 10 minute trial to JoVE!





We use/store this info to ensure you have proper access and that your account is secure. We may use this info to send you notifications about your account, your institutional access, and/or other related products. To learn more about our GDPR policies click here.

If you want more info regarding data storage, please contact gdpr@jove.com.

 

Summary

Här presenterar vi ett protokoll för att utlösa en orienterande övergång av en flytande kristall som svar på temperaturen. Metoder beskrivs för att framställa ett prov för att observera övergången och den detaljerade övergångsutvecklingen.

Cite this Article

Copy Citation | Download Citations

Aya, S., Araoka, F. Orientational Transition in a Liquid Crystal Triggered by the Thermodynamic Growth of Interfacial Wetting Sheets. J. Vis. Exp. (123), e55729, doi:10.3791/55729 (2017).

Please note that all translations are automatically generated.

Click here for the english version. For other languages click here.

Abstract

I flytande kristall (LC) fysisk kemi spelar molekyler nära ytan en stor roll vid kontroll av bulkorientering. Hittills, huvudsakligen för att uppnå önskade molekylär orienteringstillstånd i LC-skärmar har den "statiska" ytegenskapen hos LC, så kallad ytförankring, studerats intensivt. Som en tumregel, när den ursprungliga orienteringen av LC är "låst" genom specifika ytbehandlingar, såsom gnidning eller behandling med ett specifikt anpassningsskikt, ändras det knappast med temperaturen. Här presenterar vi ett system som uppvisar en orienterande övergång vid temperaturvariation, vilket strider mot konsensusen. Riktigt vid övergången upplever bulk-LC-molekylerna orienteringsrotationen med 90 ° mellan den plana (P) orienteringen vid höga temperaturer och den vertikala (V) orienteringen vid låga temperaturer i första ordningens övergångs-sätt. Vi har spårat termodynamiskt ytförankringsbeteende med hjälp av polariserande optisk mikroskopi (POM), dielektrisk spektroskopi (DS), högupplösande differentialscanningskalorimetri (HR-DSC) och beteckningsröntgendiffraktion (GI-XRD) och uppnådde en trovärdig fysisk förklaring: att övergången utlöses av en tillväxt av ytan Vätningsark, som påför V-orienteringen lokalt mot P-orienteringen i bulk. Detta landskap skulle ge en generell länk som förklarar hur jämviktsmassororienteringen påverkas av yt lokaliserad orientering i många LC-system. I vår karaktärisering är POM och DS fördelaktiga genom att erbjuda information om den rumsliga fördelningen av orienteringen av LC-molekyler. HR-DSC ger information om exakt termodynamisk information om övergångar, vilket inte kan hanteras av konventionella DSC-instrument på grund av begränsad upplösning. GI-XRD ger information om ytspecifik molekylär orientering och kortdistansbeställningar. Målet med detta papper är att presentera ett protokoll för att förbereda ett prov som uppvisar transiOch visa hur den termodynamiska strukturvariationen, både i bulk och på ytor, kan analyseras genom ovan nämnda metoder.

Introduction

Under de senaste åren har det ökat intresse för att lära sig hur dynamiska molekylära egenskaper och strukturer av ytmolekyler som svar på yttre stimuli kan påverka massorienteringen av material i LC-tillstånd. Ett exempel är att använda LC biosensorer som en ny applikation av LCs 1 , 2 . För att kvantifiera hur många målbiologiska arter detekteras är det viktigt att veta hur de gränsvärdena LC som kontaktar vidhäftande målmolekyler förändras och utvecklas samtidigt som de upptäcker och hur de överför / översätter deras egenskaper i bulk.

Genom att använda modeller för att följa dessa svar började vi med system som har sin ytmolekylära orientering och kortdistansbeställningar som varierar termodynamiskt. Dessa system tillåter oss att korrelera förändringarna i ytorientering och ordering med den resulterande bulkorienteringen på ett systematiskt sätt. Nyligen fann vi flera LC-system som uppvisar oRationella övergångar, där en spontan bulkmolekylär orientering förändras med temperaturen. I princip kan orienterande övergångar kategoriseras i antingen kvasi-andra ordning 3 , 4 eller kvasi-första orderövergång 5 , 6 , 7 , 8 . Den förra åtföljs av en kontinuerlig massmolekylärororientering vid temperaturförändringar, medan den senare visar en diskontinuerlig. I den här artikeln beskriver vi en orienterande övergång på kvasi-första ordningens sätt mellan P och V orienteringslägena. Den fortsätter i den enkla nematiska (N) -fasen genom att ändra temperaturen. Detaljer kommer att ges i representativa resultat och diskussionen.

Eftersom orienterande förändring i bulk bör regleras av en förändring i ytmolekylär orientering och kort-rangerande beställningar är det uppenbart att detta system potentiellt kan ge insikt i hur den termodynamiska variationen i ytmolekylär orientering och kortdistansbeställningar påverkar bulkorienteringen. I den här artikeln behandlade vi tre problem med hjälp av fyra kompletterande metoder ( dvs. POM, DS, HR-DSC och GI-XRD) för att förstå ovanstående problem: (1) Hur ser orienteringsövergången ut? (2) Är orienteringsövergången termiskt detekterbar? (3) Varför och hur sker orienteringsövergången?

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

1. Framställning av flytande kristalljusteringsskiktet av en perfluorpolymer på glasunderlag

  1. Framställning av perfluorpolymerlösningen
    1. Förbered 1 ml av perfluorpolymerlösningen genom att lösa en perfluorpolymerlösning (9 viktprocent polymer) i ett kommersiellt lösningsmedel i ett förhållande av 1: 2; Detta garanterar likformiga filmer 0,5-1 μm tjocka för att vara spin-coated.
      OBS! Se materiallistan för lösning och lösningsmedel som används.
  2. Beläggning av perfluorpolymeren på rena glasunderlag
    1. Tvätta glasunderlagen (typisk storlek: 1 cm x 1 cm) genom sonikering vid 38 eller 42 kHz i ett alkaliskt rengöringsmedel. Skölj dem upprepade gånger med destillerat vatten. Skölj typiskt mer än 10 gånger, med 5 min ljudbehandling varje gång.
    2. Utsätt substraten för UV-O 3- rengöringsmedel under 10 min.
    3. Dropp 20 μl av lösningen från steg 1.1 på det rengjorda glasunderlagettes. Omedelbart spin-coat lösningen vid 3 500 rpm och rumstemperatur i 70 s. Baka filmen vid 80 ° C i 60 minuter för att avlägsna lösningsmedlet och vid 200 ° C i 60 minuter för härdning.

2. Framställning av LC-celler

  1. Lim två glasunderlag belagda med film tillsammans med ett fotohärdbart harts och en LED-lampa med en våglängd på 365 nm (1,1 W / cm 2 ). Justera klyftans tjocklek mellan de två substraten inom intervallet 2-100 μm genom att använda glaspartiklar av mikrometerstorlek eller polyetylennaftalatfilmer.
  2. Introducera ett LC-material, 4'-butyl-4-heptyl-bicyklohexyl-4-karbonitril (CCN47; 0,2-10 μl) 9 till de framställda LC-cellerna med användning av en spatel under kapillärkraft vid en temperatur högre än den isotropa vätskan (I) -nematisk (N) fasövergångstemperatur.
    OBS: CCN47 har en negativ dielektrisk anisotropi, och fassekvensen är Cry 298,6 K SmA 301,3 KN 331.3 KI, där Cry och SmA står för kristall och smektiska A-faser. Introducera inte CCN47 i N-fasen eller SmA-fasen, eftersom flödesinducerad inriktning skulle främjas.

3. Provkarakterisering

  1. Texturobservation genom polariserande optisk mikroskopi (POM) 10
    1. Observera LC-cellerna under POM med 4-100X objektivlinser i samband med ett hett steg för att styra provtemperaturen med ± 0,1-K noggrannhet. Spela in texturerna i mer än 5 bilder, med jämna mellanrum per Kelvin. Använd en digital färgkamera i följd, både vid kylning och uppvärmning i intervallet 291-343 K.
  2. Dielektrisk spektroskopi (DS) 11
    1. Förbered LC-celler, med ITO-elektroder - som kan ha en fyrkantig eller cirkulär form och kan köpas kommersiellt - på båda substraten. Löd en ledning till varje substrat.
      OBS! Se materiallistan för de använda substraten.
    2. Mät kapacitans eller dielektricitetskonstanten hos LC-cellerna, exakt som används för POM, med hjälp av en kommersiell impedans / förstärkningsanalysator. Se till att provets tillstånd är jämvikts före varje mätning. Mät tidsberoende av kapacitans eller dielektricitetskonstanten hos LC-cellerna genom mätning av LC-cellernas kapacitans manuellt var 5: e minut.
    3. Starta DS-mätningen endast om kapacitans- eller dielektriska konstanten hos LC-cellerna blir icke-tidsberoende.
  3. High-resolution differential scanning calorimetry (HR-DSC) 12
    1. Sätt LC-cellerna i en hemmagjord HR-DSC som ska undersökas, precis som i POM (använd aldrig DSC-pannor). Se Referens 12 för att designa och bygga en HR-DSC och lära dig hur du använder den. Utför mätningar med skanningsfrekvenser på 0,05-0,10 K / min för att förbättra minsta temperaturupplösande power.
  4. Beteendehändelse Röntgendiffraktion (GI-XRD) 13
    1. Sätt antingen LC-cellen (används för POM eller DSC) eller ett prov med en 2 till 5 μl droppe CCN47 på ett belagt substrat på GI-XRD provsteget, som ska vara utrustad med en temperaturregulator.
    2. Ekvilibrera provet i mer än 10 minuter vid önskad temperatur inom området 291-343 K, både vid kylning och uppvärmning.
    3. Använd en röntgenstråle på provet med en minutinspektionsvinkel på runt 0,05-0,10 °, för att extrahera information om molekylär orientering och beställningar / strukturer. Sväng röntgenstrålens infallsvinkel för att hitta den optimala infallsvinkeln vid vilken diffraktionens styrka är störst. Ta mätningarna i optimal höjdvinkel.
      OBSERVERA: Tänk på att GI-XRD gör det möjligt att sätta gränssnitt på nanometerskala, vilket maximerar signalen från tunn lAyers medan man minimerar signalen från bulk. Observera att normala XRD-geometrier, andra än GI-XRD, inte är ytkänsliga metoder, eftersom röntgenstrålningsstrålen har ett stort penetrationsdjup i material.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

POM-bilder, DS-data, HR-DSC-data och GI-XRD-mönster uppsamlades under temperaturvariationen, särskilt i närheten av orienteringsövergången vid både kylning och uppvärmning.

Figur 1 representerar utvecklingen av strukturen framställd av POM och DS-mätningar under POM-observationen av orienteringsövergången från P (V) till V (P) orienteringsläget under kylning (uppvärmning). Omorienteringsprocessen under orienteringsövergången baserat på POM-observationen ( Figur 1a ) visas. Vid kylning är P-orienteringen i massan strax under IN-övergångstemperaturen, gjord avgränsad av utseendet av två- (i majoriteten) och fyra borste Schlieren-texturer. Det är värt att notera att tvåborste Schlieren (disklinering med en topologisk styrka s = ± 1/2) är en av resuLuta strukturer med en linjefel, som topologiskt inte tillåter förspänning i ytan direktören 14 . Å andra sidan har fyra-borste Schlieren (disklinering med en topologisk hållfasthet s = ± 1) en punkt singularitet som kan existera antingen på ytor eller i bulk. Till skillnad från två-borste Schlieren tillåts en yta av ytregissören enligt symmetri-argument. Genom att sänka temperaturen ner till 321,5 K, kärnar mörka domäner (V-orienteringen) huvudsakligen från punkten singulariteterna i ± 1-disklinationen och sprids med tiden. Genom att annea provet i flera minuter eller genom att tillåta ytterligare kylning blir hela synfältet helt mörkt, vilket föreslår slutförandet av övergången från P till V-orienteringen i bulk. Vid uppvärmning sker den reverserande orienteringsövergången från V till P-orienteringen i massan med en viktig olikhet med kylning: en hysteres runt 5 K, suggestiNg en stark första orderövergång, hittades. Observera att de typiska hysteresintervallen för LC-LC-övergångar ( t.ex. IN- och N-Smectic-fasövergångarna) är mindre än 1 K.

Figur 2 visar HR-DSC-data som representerar värmeflödet genom provet som en funktion av temperaturen ( Figur 2a ) och tid (insatsen i figur 2b ) uppmätt av HR-DSC. Data i insatsen i figur 2b användes för analys av Avrami-exponent efter orienteringsövergången ( Figur 2b ).

Figur 3 visar GI-XRD-mönster i två provgeometrier vid olika temperaturer: droppgeometri ( Figur 3a , topp) och in situ LC-cellgeometri ( Figur 3a </ Strong>, botten). Båda visar kortdistansbeställning av kvasi-SmA-fuktark, med skiktstrukturer (nedan förkortade som SSWS) bildade i närheten av ytan. Storleken på SSWS beräknades från full bredd vid halvmaximum (FWHM) av GI-XRD topparna ( Figur 3b ). Det finns två viktiga observationer som bekräftar att SSWS ska vara den ytspecifika strukturen: (1) SmA-ordering saknas i större delen av CCN47, vilket bekräftas av XRD (ej visad här). (2) Isotropa diffraktionsmönster, både vid SAD (svagare och bredare än de i perfluorpolymerytan) och vid WAD, bekräftades på ett konventionellt P-alignmentskiktmaterial, vilket bekräftar de speciella molekylära interaktionerna mellan perfluorpolymeren och CCN47. Eftersom argumenten om molekylära interaktioner går utöver omfattningen av den aktuella diskussionen kommer de att rapporteras någon annanstans i framtiden. Överraskande, även i temperaturområdet för P-orienteringsläget (se GI-XRD-mönster vid 328 och 322 K), fortsätter SSWS, vilket indikerar att ytan orienterande tillståndet är frustrerat. Vissa delar av ytan ligger under kåpan av SSWS, som uppvisar V-anpassningsförmågan för bulk-LC-molekylerna, medan resten är exponerade för att uppvisa P-anpassningsförmågan. Om storleken eller täckningen av SSWS ändras med temperaturen förväntar vi oss att LC orienteringsstatus kan varieras, eftersom förhållandet mellan V-anpassningsförmågan och P-anpassningsförmågan ändras i enlighet därmed. För att bekräfta denna möjlighet beräknades temperaturberoende av SSWS-korrelationslängden ( dvs. den genomsnittliga långlivade längden för SmA-kortdistansordningen i riktningen normal mot ytan) från FWHM för SAD-trupperna. Figur 3b bekräftar den förväntade trenden som visar en ökning i SSWS-korrelationslängden över N-fasen, liksom en underliggande hysteres. Hysteresen betyder att när SSWS bildas på thE yta vid kylning, det är termodynamiskt stabilt och hållbart även vid höga temperaturer. Huvudfunktionen är att hysteresintervallet överensstämmer med hysteresintervallet bekräftat av POM och DS ( Figur 1 ). Detta tyder på att orienteringsövergången utlöses av tillväxten av SSWS.

Figur 1
Figur 1: Utveckling av orienteringsövergången från orienteringsläget P till V, både vid kylning och vid uppvärmning. Texturvariation på ( a ) kyla (blå nedåtpilar) och ( b ) uppvärmning (röda uppåtpilar). ( A ) Överst: P-orienteringen visas strax under IN-övergången. ( A ) Mellan: Vid T C ( dvs orienterande övergångstemperatur vid kylning) kommer V-orienteringen från punktfelT av den övervägande fyra-borste Schlieren-strukturen (röda streckade cirklar). ( A ) Bottom: Domänerna med V-orienteringen expanderar och täcker hela synfältet, kompletterat med en insats av en konoskopisk bild. Observera att den korsformade konoskopiska bilden visar liten förändring vid låga temperaturer. ( B ) Bottom: Vid T H ( dvs. orienterande övergångstemperatur vid uppvärmning), framträder de mörka och ljusa Schlieren-texturerna från V-orienteringsdomänen, vilket föreslår samexistensen av tunna och tjocka skikt med P-orienteringen. ( B ) Mellan: Mörka domäner omvandlas till ljusa domäner. ( B ) Top: Regissören över hela fältet synsfält är P-orienteringen, som uppvisar en tunn Schlieren-textur med fyra borstar. ( C ) Temperaturberoende av den dielektriska konstanten mätt på både kylning (öppna cirklar) och uppvärmning (tvärmärken). Den blå linjen är experimentellData av den dielektriska konstanten av CCN47, mätt i en homeotrop LC-cell. Denna siffra har ändrats och anpassats med tillstånd från Referens 15. Copyright 2012, The American Physical Society. Vänligen klicka här för att se en större version av denna figur.

Figur 2
Figur 2: Termiskt spår av orienteringsövergången med hjälp av HR-DSC. ( A ) HR-DSC-diagram i en cell belagd med perfluorpolymeren efter både kylning och uppvärmning. Resultatet i en LC-cell belagd med ett konventionellt planriktningsskiktmaterial AL1254 efter kylning visas också som en kontrollmätning. Baslinjerna för tre HR-DSC-diagram övergår korrekt. En dubbelpilad skala bar motsvarar 1 mW / g. Streckade linjer dras för att betonaAtt värmeflödet i V-orienteringen är mindre än de i både P-orienteringen och i I-fasen i cellen med perfluorpolymerytan. ( B ) Avrami passar för kärnbildningsutvecklingsprocessen av domäner, varvid V-orienteringen uppkommer från domäner med P-orienteringen efter kylning. Variationen i värmeflödet med tiden visas i insatsen, som användes för Avrami-montering. Denna siffra har ändrats och anpassats med tillstånd från referenser 7,8 . Copyright 2012, The American Physical Society, Copyright 2016, American Chemical Society. Vänligen klicka här för att se en större version av denna figur.

Figur 3
Figur 3: Analys av den termodynamiska variationen av den interfaciala LC-strukturen. a ) Variationen i GI-XRD-mönstret med avseende på temperatur med användning av en CCN47-droppe på perfluorpolymerytan och en LC-cell på perfluorpolymerytan. GI-XRD-mönstret av CCN47-droppen på en yta med P-alignmentskiktmaterialet AL1254 visas som en referens. ( B ) Temperaturberoende av den smektiska korrelationslängden, ξ, vid både kylning och uppvärmning, beräknad från den fulla bredden vid halvmängden av lilla vinkeldiffraktionsmönstret för GI-XRD. Denna siffra har ändrats och anpassats med tillstånd från referenser 7 , 8 . Copyright 2012, The American Physical Society; Copyright 2016, American Chemical Society. Vänligen klicka här för att se en större version av denna figur.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

De 10x POM-bilderna som tas med användning av en 5 μm LC-cell (figurerna la och b ) visar tydligt att orienteringsläget hos bulk-LC-molekylerna övergår mellan P- och V-orienteringarna vid temperaturvariation på ett första ordningens sätt. Detta markeras av domänkärnbildnings- och tillväxtprocesserna, med en ny orientering som skiljer sig från den ursprungliga orienteringen med 90 °. Övergångstemperaturerna vid kylning och uppvärmning är 321,5 K respektive 325,3 K. Eftersom CCN47 har en dubbelbrytning på ~ 0,02 9 är synligheten hos Schlieren-konsistensen bra när tjockleken hos LC-cellerna är i intervallet 5-20 um. Om tjockleken är mindre än detta intervall blir överföringen av Schlieren-konsistensen lägre, vilket leder till sämre synlighet. Å andra sidan, om tjockleken är större än detta intervall, resulterar störning och spridning av ljus i avvikelser i POM-bilderna, vilket sänker viSibility och till och med den effektiva optiska upplösningen.

För att kvantitativt undersöka LC-regissorns lutningsvinkel i förhållande till den normala ytan ( dvs. polärvinkeln) i massan utfördes DS-mätningen vid en fast frekvens på 1 kHz (långt ifrån det ledande frekvensområdet) samtidigt med POM som funktion av temperaturen ( Figur 1c ). Eftersom den dielektriska anisotropin hos den använda LC-enheten i förväg mäts som en funktion av temperaturen med hjälp av celler med både P- och V-inriktningsskikt, kan förändringen i den dielektriska permittiviteten (ℇ) vid orienteringsövergången översättas till förändringen i polären LC-vinkeln i bulk. I figur 1c visar spåret av ℇ vid både kylning och uppvärmning uttryckligen att orienteringsövergången från P (V) till V (P) sker abrupt, med stort hopp i spåret. Det framgår av den stora diskontinuiteten i ℇ attOrienterande övergång har en första ordningens natur som överensstämmer med POMs observation. Även om DS-mätningen är tillräckligt kraftfull för att uppskatta den polära vinkeln för anisotropa material i genomsnitt saknar den djupupplösningen och kan inte ge någon information om azimuthal orientering i planen.

I figur 2a bekräftar HR-DSC-spåret i en 25 pm LC-cell en stegvis förändring i värmeflödet, korsning vid orienteringsövergången vid kylning vid ~ 318 K (upphettning vid ~ 328 K), vid vilken punkt bulk orienteringstillståndet Ändras från P till V-tillståndet. Också värmen avviker vid övergången IN-fas vid ~ 332 K och vid bulk-N-SmA-fasövergången vid ~ 303 K. En avsökningshastighet högre än 0,05-0,10 K / min skulle resultera i sämre temperaturupplösande effekt och brus I värmeflödet och skulle bringa målprovet ur jämvikt. Den kvasi-stegvisa förändringen i värmeflödet vid orienteringsövergången följer inteY mätbar latent värme, vilket representerar den potentiella energi som lagras i bindningarna mellan molekylerna. Detta skiljer sig från de normala LC- och kristallina fasövergångarna som innebär en väsentlig latent värme. Det betyder att värmeflödet per volym, d Q / d t d V , är direkt kopplad till den specifika värmekapaciteten C p ( dvs d Q / d t d V ~ C p ). Denna konsekvens gör det möjligt att bestämma fraktionen av bulkmolekylerna ( X ) som har slutfört orienteringsövergången från P till V. Detta ger en förståelse för kärnbildnings- och tillväxtprocesserna för orienteringsövergången genom Kolmogorov-Johnson- Mehl-Avrami, (KJMA eller Avrami) -analys 16 , 17 , 18 . Figur 2b presenterar Avrami-montering baserat på ekvationen EkvationX , K , t och n är volymfraktionen av de nya domänerna, den temperaturberoende Avrami-koefficienten, tiden och Avrami-exponenten ). N bekräftades vara ~ 2,6, vilket antyder en heterogen kärnbildning och efterföljande 2D-tillväxtflödesvätningsprocesser. Detta resultat kommer i skarp kontrast till Avrami-exponenten för den isotropiska-nematiska övergången (n ≈ 3,6) i vanliga bulk-NLC (se supportinformationen i Referens 8). Observera att den nuvarande KJMA-analysen är möjlig tack vare både den utmärkta temperaturupplösande effekten och det goda signal-brusförhållandet i vår HR-DSC. Detta kan inte uppnås med konventionella DSC-instrument. Eftersom denna teknik är känslig för små variationer i värmeflödet ( t.ex. även kärnbildnings- / tillväxtprocesser av nanofilament är detekterbara 19 ) har den potential att mäta liten chanGes i strukturer och faser av vilket material som helst, allt från (i) organiska material till metaller. Dessutom betonar vi att denna teknik har färre begränsningar i provgeometrin ( t.ex. LC-cellerna som inte kan mätas med konventionella DSC-instrument).

GI-XRD-mönstren för proverna med en perfluorpolymeryta ( Figur 3a ) bekräftar både SAD- och WAD-topparna med direktivitet vid andra temperaturer än 332 K i I-fasen. Den förra, som representerar orderingen längs LC-molekylernas långa axlar, löper parallellt med ytan. Den senare, som representerar beställningarna längs LC-molekylernas korta axlar, ligger i positioner vinkelräta mot den tidigare. Intensiteten av SAD-toppar är starkare än WAD-topparna, och FWHM för SAD-toppar är också smalare än WAD-topparna. Eftersom FWHM av diffraktionstoppar är det principiella måttet på graden av styrkan hos positionskorrelationen mellan molCules, visar sig att starkare positionskorrelation längs LC-molekylernas långa axlar, snarare än längs de korta, är närvarande. Detta visar förekomsten av ovan nämnda SSWS i närheten av ytan. Såsom framgår av figur 3b ligger den smektiska korrelationslängden av flera molekylära längder i nanometerskalan. Sådan information, i den nanoskopiska till mesoskopiska skalan, lokaliserad i gränsområdet kan endast extraheras med ytkänslig XRD-geometri, såsom i GI-XRD, men inte genom konventionella överförings- och reflektionsgeometrier. Om incidensvinkeln för GI-XRD är för stor (~> 0,1 °), kommer det totala reflektionsförhållandet att brytas och de ytspecifika strukturerna kan inte längre undersökas.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Författarna har ingenting att avslöja.

Acknowledgments

Detta arbete stöddes av JSPS KAKENHI bidrag nr 16H06037. Vi tackar verkligen Dr Yuji Sasaki i Hokkaido University för tekniskt stöd till HR-DSC.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
CYTOP Asahi Glass Co. Ltd. CTX-809A
Solvent for CYTOP Asahi Glass Co. Ltd. CT-180 Sol.
Alkaline detergent Merck KGaA Extran MA01
NOA61 Norland Products, Inc. #37-322 Purchasable from Edmund Optics
AL1254 JSR Corporation Planar alignment material in self-made cells
4’-butyl-4-heptyl-bicyclohexyl-4-carbonitrile Nematel GmbH & Co. KG Custom-made
UV-O3 cleaner Technovision Inc. UV-208
Hot-stage system Mettler Toledo HS82
High-Definition Color Camera Head Nikon DS-Fi1
Impedance/gain-phase analyzer Solartron Analytical 1260
Indium Tin Oxide (ITO)-coated substrate GEOMATEC Co. Ltd. Custom-made

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Woltman, S. J., Jay, G. D., Crawford, G. P. Liquid-Crystal Materials Find a New Order in Biomedical Applications. Nat. Mater. 6, (12), 929-938 (2007).
  2. Carlton, R. J., et al. Chemical and Biological Sensing Using Liquid Crystals. Liq. Cryst.Rev. 1, (1), 29-51 (2013).
  3. Patel, J. S., Yokoyama, H. Continuous Anchoring Transition in Liquid Crystals. Nature. 362, 525-527 (1993).
  4. Senyuk, B., et al. Surface alignment, anchoring transitions, optical properties, and topological defects in the nematic phase of thermotropic bent-core liquid crystal A131. Phys Rev E. 82, (4 Pt 1), 041711 (2010).
  5. Bechhoefer, J., et al. Critical Behavior in Anchoring Transitions of Nematic Liquid Crystals. Phys. Rev. Lett. 64, (16), 1911-1914 (1990).
  6. Dhara, S., et al. Anchoring Transitions of Transversely Polar Liquid-Crystal Molecules on Perfluoropolymer Surfaces. Phys. Rev. E. 79, (6 Pt 1), 60701 (2009).
  7. Aya, S., et al. Stepwise heat-capacity change at an orientation transition in liquid crystals. Phys. Rev. E. 86, (2), 022512 (2014).
  8. Aya, S., et al. Thermodynamically Anchoring-Frustrated Surface to Trigger Bulk Discontinuous Orientational Transition. Langmuir. 32, (41), 10545-10550 (2016).
  9. Dhara, S., Madhusudana, N. V. Physical characterisation of 4'-butyl-4-heptyl-bicyclohexyl-4-carbonitrile. Phase Trans. 81, (6), 561-569 (2008).
  10. Dierking, I. Textures of Liquid Crystals. Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA. Weinheim, FRG. (2003).
  11. Perkowski, P., et al. Technical aspects of dielectric spectroscopy measurements of liquid crystals. Opto-Electronics Review. 16, (3), 271-276 (2008).
  12. Inaba, H. Nano-watt stabilized DSC and ITS applications. J Therm Anal Calorim. 79, (3), 605-613 (2005).
  13. Leveiller, F., Boehm, C., Jacquemain, D. Two-dimensional crystal structure of cadmium arachidate studied by synchrotron X-ray diffraction and reflectivity. Langmuir. 10, (3), 819-829 (1994).
  14. de Gennes, P. G., Prost, J. The Physics of Liquid Crystals (Second Edition). Oxford University Press. (1993).
  15. Aya, S., et al. Critical Behavior in an Electric-Field-Induced Anchoring Transition in a Liquid Crystal. Phys. Rev. E. 86, (1 Pt 1), 10701 (2012).
  16. Avrami, M. Kinetics of Phase Change. I General Theory. J. Chem. Phys. 7, 1103-1112 (1939).
  17. Avrami, M. Kinetics of Phase Change. II Transformation-Time Relations for Random Distribution of Nuclei. J. Chem. Phys. 8, (2), 212-224 (1939).
  18. Avrami, M. Granulation Phase Change, and Microstructure Kinetics of Phase Change. III. J. Chem. Phys. 9, 177-184 (1941).
  19. Sasaki, Y., et al. Distinctive Thermal Behavior and Nanoscale Phase Separation in the Heterogeneous Liquid- Crystal B4 Matrix of Bent-Core Molecules. Phys. Rev. Lett. 107, (23), 237802 (2011).

Comments

0 Comments


    Post a Question / Comment / Request

    You must be signed in to post a comment. Please or create an account.

    Usage Statistics