Transizione orientativa in un cristallo liquido innescata dalla crescita termodinamica delle lastre di interfaccia
Summary
Qui presentiamo un protocollo per attivare una transizione orientazionale di un cristallo liquido in risposta alla temperatura. Sono descritte metodologie per la preparazione di un campione per osservare la transizione e l'evoluzione transizionale dettagliata.
Abstract
Nella chimica fisica a cristalli liquidi (LC), le molecole vicine alla superficie svolgono un grande ruolo nel controllo dell'orientamento di massa. Finora, principalmente per ottenere gli stati di orientamento molecolare desiderati nelle esposizioni LC, è stata studiata intensamente la proprietà superficiale "statica" di LC, cosiddetta anchoring a superficie. Come regola generale, una volta che l'orientamento iniziale di LCs viene "bloccato" da trattamenti superficiali specifici, come ad esempio lo sfregamento o il trattamento con uno specifico livello di allineamento, difficilmente cambia con la temperatura. Qui presentiamo un sistema che mostra una transizione orientazionale sulla variazione di temperatura, che è in conflitto con il consenso. Proprio al momento della transizione, le molecole di massa LC sperimentano la rotazione orientazionale, con 90 ° tra l'orientamento planare (P) alle alte temperature e l'orientamento verticale (V) a basse temperature nel modo transitorio del primo ordine. Abbiamo monitorato il comportamento di ancoraggio termodinamico mediante la polarizzazione della microscopia ottica (pOM), la spettroscopia dielettrica (DS), la calorimetria di scansione differenziale ad alta risoluzione (HR-DSC) e la diffrazione a raggi X di incidenza di pascolo (GI-XRD) e raggiunto una spiegazione fisica plausibile: che la transizione è innescata da una crescita della superficie Fogli di bagnatura, che impongono l'orientamento V localmente contro l'orientamento P nella massa. Questo paesaggio fornirà un collegamento generale che spiega come l'orientamento bulk dell'equilibrio sia influenzato dall'orientamento localizzato localizzato in molti sistemi LC. Nella nostra caratterizzazione, POM e DS sono vantaggiose offrendo informazioni sulla distribuzione spaziale dell'orientamento delle molecole LC. HR-DSC fornisce informazioni sulle informazioni termodinamiche precise sulle transizioni, che non possono essere affrontate con strumenti convenzionali DSC a causa della risoluzione limitata. GI-XRD fornisce informazioni sull'orientamento molecolare specifico della superficie e sulle ordinazioni a corto raggio. L'obiettivo di questo documento è quello di presentare un protocollo per la preparazione di un campione che mostra i transiE dimostrare come la variazione strutturale termodinamica, sia in massa sia su superfici, possa essere analizzata attraverso i suddetti metodi.
Introduction
Negli ultimi anni, è cresciuto interesse ad apprendere come le caratteristiche molecolari dinamiche e le strutture delle molecole superficiali in risposta a stimoli esterni potrebbero influenzare l'orientamento di massa dei materiali negli stati LC. Un esempio è quello di utilizzare biosensori LC come una nuova applicazione di LC 1 , 2 . Per quantificare quante specie bio-target vengono rilevate, è importante sapere come i LC interfacciali che contattano le molecole target aderenti cambiano e si evolvono, pur rilevando e come trasferiscono / traducono le proprie proprietà in massa.
Utilizzando modelli per perseguire queste risposte, abbiamo cominciato con sistemi che hanno il loro orientamento molecolare di superficie e ordinazioni a corto raggio che variano termodinamicamente. Questi sistemi ci permettono di correlare in modo sistematico i cambiamenti dell'orientamento e delle ordinazioni di superficie con l'orientamento bulk risultante. Recentemente, abbiamo trovato diversi sistemi LC che mostrano oTransizioni rientazionali, dove un orientamento molecolare spontaneo di massa cambia con la temperatura. In linea di principio, le transizioni orientazionali possono essere classificate in transizioni di 5 , 6 , 7 e 8 quasi secondi di 3 , 4 o quasi-ordine. Il primo è accompagnato da una reorientazione molecolare continua continua sui cambiamenti della temperatura, mentre quest'ultima dimostra una discontinuità. In questo articolo descriviamo una transizione orientazionale nel modo quasi ordinario tra gli stati P e gli orientamenti V. Si procede nella singola fase nematica (N) cambiando la temperatura. I dettagli saranno forniti nei risultati rappresentativi e nella discussione.
Poiché la modifica orientazionale della massa deve essere governata da una modifica dell'orientamento molecolare della superficie e breve- ordini di ordinamento, è evidente che questo sistema può potenzialmente offrire approfondimenti su come la variazione termodinamica dell'orientamento molecolare di superficie e delle ordinazioni a corto raggio influenzino l'orientamento di massa. In questo articolo, con l'obiettivo di comprendere i problemi sopra citati, abbiamo affrontato tre problemi utilizzando quattro metodi complementari ( cioè POM, DS, HR-DSC e GI-XRD): (1) Cosa sembra la transizione orientazionale? (2) La transizione orientazionale è riscontrabile termicamente? (3) Perché e come avviene la transizione orientazionale?
Protocol
Representative Results
Discussion
Le immagini POM 10x usate utilizzando una cella LC da 5 μm ( Figura 1a e b ) mostrano chiaramente che lo stato di orientamento delle molecole di massa LC trascorre tra gli orientamenti V e V sulla variazione di temperatura in modo di primo ordine. Questo è caratterizzato da processi di nucleazione e di crescita del dominio, con un nuovo orientamento diverso dall'orientamento iniziale di 90 °. Le temperature di transizione dopo raffreddamento e riscaldamento sono rispettivamente 3…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Questo lavoro è stato supportato da JSPS KAKENHI con il numero 16H06037. Ringraziamo sinceramente il dottor Yuji Sasaki presso l'Università di Hokkaido per l'assistenza tecnica per HR-DSC.
Materials
| 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 |
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