Summary
Detta protokoll visar utarbetandet av ett photorheological material som uppvisar en solid fas, olika flytande kristallina faser, och en isotrop flytande fas genom att öka temperaturen. Presenteras här är metoder för att mäta struktur-viskoelasticiteten förhållandet av materialet.
Abstract
Smarta viskoelastiska material som reagerar på specifika stimuli är en av de mest attraktiva klasserna av material som är viktiga för framtida teknologier, såsom on-demand-omkopplingsbar vidhäftnings teknik, ställdon, molekyl kopplingar och nano-/mikroskopisk massa Transportörer. Nyligen konstaterades det att genom en speciell solid-Liquid övergång, reologiska egenskaper kan uppvisa betydande förändringar, vilket ger lämpliga smarta viskoelastiska material. Men att designa material med en sådan egenskap är komplicerat, och framåt och bakåt kopplingstider är oftast långa. Därför är det viktigt att utforska nya arbetsmekanismer för att förverkliga flytande övergångar, förkorta växlingstiden och förstärka kontrasten av reologiska egenskaper vid växling. Här observeras en ljus-inducerad kristall-flytande fasövergång, som kännetecknas med hjälp av polariserande ljusmikroskop (POM), photorheometry, Foto-differential skanning calorimetri (Photo-DSC), och röntgendiffraktion (XRD). Den ljus-inducerad Crystal-Liquid fasövergång presenterar viktiga funktioner som (1) snabb växling av kristall-flytande faser för både framåt och bakåt reaktioner och (2) ett hög kontrastförhållande av viskoelasticiteten. I karaktäriseringen, POM är fördelaktigt att erbjuda information om den rumsliga fördelningen av LC molekyl riktlinjer, bestämma vilken typ av flytande kristallina faser som förekommer i materialet, och studera orientering LCs. Photorheometry möjliggör mätning av ett materials reologiska egenskaper underlätta stimuli och kan avslöja fotorheologiska växlings egenskaper hos material. Photo-DSC är en teknik för att undersöka termodynamisk information om material i mörker och under ljus bestrålning. Slutligen tillåter XRD studier av mikroskopiska material strukturer. Målet med denna artikel är att tydligt presentera Hur man förbereder och mäter de diskuterade egenskaperna hos ett photorheological material.
Introduction
Smarta mekaniska material med förmåga att ändra sina viskoelastiska egenskaper som svar på miljö variationer har genererat ett enormt intresse bland forskarna. Switchability anses vara den viktigaste material faktorn, som ger robusthet av repetitiva mekaniska svar i levande organismer. Till datum, konstgjorda omkopplingsbara material med mångsidiga funktioner har utformats genom att använda mjuka materia (dvs, photoresponsive hydrogeler1,2,3, polymerer4,5, 6,7,8,9,10,11, flytande kristaller [LCS]9,10,11, 12,13,14,15,16,17, pH-mottaglig miceller18,19,20 ,21,22och tensider23). Men dessa material lider av mer än ett av följande problem: brist på reversibilitet, låg växling kontrastförhållande av viskoelasticiteten, låg adaptivitet, och långsam växling hastighet. I konventionella material finns en kompromiss mellan växling kontrastförhållandet av viskoelasticiteten och växling rusar; Därför är det utmanande att designa material som täcker alla dessa kriterier med hög prestanda. Att förverkliga material med ovan nämnda omnicapability, välja eller designa molekyler som bär framväxande naturens av både hög smidighet (trögflytande egendom) och styvhet (elastisk egendom) är viktigt.
Flytande kristaller är idealiska system med ett potentiellt stort antal flytande kristallina och fasta faser som kan stämmas av molekylär design. Detta möjliggör självmonterade strukturer vid olika längdskalor i synnerhet LC faser. Till exempel, medan hög symmetri nematic LCs (NLCs) uppvisar låg viskositet och elasticitet på grund av deras korta räckvidd rumslig ordning, låg symmetri kolumnar eller smectic LCs visar hög viskositet och elasticitet på grund av en-och två-dimensionell lång räckvidd periodiciteter. Det förväntas att om LC-material kan växlas mellan två faser med stora skillnader i deras viskoelastiska egenskaper, då ett viskoelastiskt Smart material med hög prestanda kan uppnås. Några exempel har rapporterats9,10,11,12,13,14,15.
Denna artikel visar utarbetandet av en photorheological LC material med en fas sekvens av isotrop (I)-nematic (N)-twist-Bend nematic (TB)24-Crystal (Cry) vid kylning (och vice versa vid uppvärmning), som uppvisar snabb och reversibel viskoelastiska växling som svar på ljus. Presenteras här är metoderna för att mäta viskoelasticiteten och en illustration av den mikroskopiska struktur-viskoelasticiteten relation. Detaljerna beskrivs i de representativa resultaten och diskussions avsnitten.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
1. beredning av gnisslar ytor för att rikta LC molekyler planarly
- Förbered rena glas substrat.
- Skära glas substrat med hjälp av en diamant-baserade glas Cutter (tabell över material) i små fyrkantiga bitar med medelvärden storlekar av 1 cm x 1 cm. tvätta dem med ultraljudsbehandling vid 38 khz eller 42 kHz i ett alkaliskt tvättmedel (tabell över material, utspädd i vatten vid en tvättmedel: vattenvolym förhållandet 1:3) och skölj med destillerat vatten upprepade gånger (typiskt, mer än 10X med 5 min av ultraljudsbehandling för varje skölj).
- Ämne substrat till ultraviolett-ozon (UV-O3) renare (tabell över material) för mer än 10 min.
- Coat planar Alignment skikt på rena glas substrat.
- Droppa 20 μl av 1 ml av en polyimid planarlösning (tabell över materialsom används som den är) med en pipett på de rengjorda glas substrat. Omedelbart spinn-Coat lösningen, med hjälp av en spinn bestrykare (tabell över material) vid 3 000 rpm och rumstemperatur (RT) för 70 s.
Anmärkning: den typiska tjockleken på justerings skiktet är ca 20 nm. - Baka de belagda glas substrat vid 80 ° c för 60 min för att ta bort lösningsmedlet och vid 180 ° c för > 60 min för härdning. Gnugga substrat med en Rayon-trasa gnugga maskin (tabell över material) med följande parametrar: rotationshastighet = 300 rpm, tallrik hastighet = 20 mm/s, och intryck = 0,3 mm för att realisera enaxiell anpassning av LC material.
- Droppa 20 μl av 1 ml av en polyimid planarlösning (tabell över materialsom används som den är) med en pipett på de rengjorda glas substrat. Omedelbart spinn-Coat lösningen, med hjälp av en spinn bestrykare (tabell över material) vid 3 000 rpm och rumstemperatur (RT) för 70 s.
2. beredning av LC-celler
- Placera ett glas substrat belagd med justerings skiktet på ett annat substrat, med justeringslagren ansikte mot ansikte, och se till att de är 80% överlappade för att bilda en cell.
Obs: de 20% icke överlappade ytorna ska användas för att introducera LC-material i cellen. - Placera 100 μL av ett fotoreaktivt lim (tabell över material) och 0,1 mg mikrometerstora glaspartiklar (diameter = 5 μm) på ett rent glas substrat och blanda dem manuellt med hjälp av spetsen på ett gem. Flytta det blandade materialet till fyra hörn av cellen för att justera cell gapet och belysa cellen med hjälp av en lågtrycks kort båg lampa för kvicksilverånga (tabell över material) med en våglängd på 365 nm (1,1 W/cm2). Placera cellen under LED-lampan på ett avstånd av 1 cm i 5 min.
- Efter belysningen placerar du cellen på ett hett Stadium och ställer in måltemperaturen på scenen för att värma upp cellen till en temperatur över den isotropiska vätskan (I)-nematic (N)-fas övergången (typiskt vid 160 ° c). Överför LC-material (1-[4-butoxyazobenzene-4 '-yloxy]-6-[4cyanobiphenyl-4 ' yl] hexan; CB6OABOBu; 0,2 − 10,0 μL) på en öppen yta av cellen och skjut in materialen mot cell ingången med en mikrospatel för att få kontakt mellan LC-materialet och cellens ingång. Vänta på LC material som ska fyllas i cellen genom kapillärkraft.
Anmärkning: CB6OABOBu har en fas sekvens: Cry 100,3 ° c TB 105,2 ° c N 151,7 ° c I på uppvärmning och I 151,4 ° c N 104,5 ° c TB 83 ° c rop på kylning. Introducera inte CB6OABOBu i N-fas-eller TB-fasen eftersom flödesinducerad justering främjas.
3. textur karakterisering genom polariserande optisk mikroskopi
- Observera LC-cellerna som placeras på den varma scenen för att kontrollera provtemperaturen (40 − 180 ° c) med ± 0,1 K noggrannhet under ett polariserande ljusmikroskop (POM, tabell av material) med 4x − 100x objektiv objektiv. Spela in texturer med en digital färgkamera sekventiellt under kylning och uppvärmning.
- Använd en UV EPI-illuminator (tabell över material) utrustad på Pom med en våglängd på 365 nm (50 mW/cm2).
4. fotorheologiska mätningar
- Beredning av reologiska mätningar.
- Innan ett prov placeras på stadiet av rheometern (tabell över material), utför geometri tröghets kalibrering och nollgap kalibrering styrs av en programvara enligt tillverkarens anvisningar för att säkerställa riktigheten av den rheologiska studien . Väg in 250 mg av CB6OABOBu pulver provet och fyll på den på rheometerns bas kvarts platta.
Anmärkning: för den aktuella studien används en platta med en diameter på 50 mm. - Ställ in prov kammarens temperatur på ett värde över övergångspunkten I-N för fas (> 160 ° c). Ställ in ett gap-värde för att närma sig Mät plattan till bas kvarts plattan för att smörgås provet (typiskt gap värde använt = 20 μm). Trimma överflödigt prov (t. ex. genom att använda pappersservetter) som ligger utanför gapet när Mät plattan stannar vid trimnings positionen, vilket är 25 μm över den riktade klyftan.
Obs: Tillåt inte att överflödig mängd CB6OABOBu introduceras i provkammaren, eftersom det gör mätningarna felaktiga.
- Innan ett prov placeras på stadiet av rheometern (tabell över material), utför geometri tröghets kalibrering och nollgap kalibrering styrs av en programvara enligt tillverkarens anvisningar för att säkerställa riktigheten av den rheologiska studien . Väg in 250 mg av CB6OABOBu pulver provet och fyll på den på rheometerns bas kvarts platta.
- Utföra reologiska mätningar.
- Bestråla UV-ljus vid 365 nm (1 − 100 mW/cm2), mätning av fotorheologiska byte av CB6OABOBu med hjälp av den korta båg lampan med högtrycks kvicksilverånga.
Obs: ljuset kommer att styras från under provbehållaren genom basen kvarts plattan. - Utför mätningar i 1) oscillerande läge för extrahering av dynamisk återställningsinformation för materialet och 2) stabilt rotationsläge för att erhålla effektiv rotations viskositet. För mätningar i rotationsläge, tillämpa en konstant skjuvning stress på 13 pa till provet för att säkerställa att mätningen görs i den newtonska regimen.
Obs: valet av lägena utförs av en programvara enligt tillverkarens instruktioner.
- Bestråla UV-ljus vid 365 nm (1 − 100 mW/cm2), mätning av fotorheologiska byte av CB6OABOBu med hjälp av den korta båg lampan med högtrycks kvicksilverånga.
5. foto-differential skanning calorimetri
- Väg 10 mg CB6OABOBu pulver prov och ladda den i en guld differential skanning kalorimetri (DSC) Pan. Värm provet till 170 ° c i isotropisk fas och se till att det inte finns någon inhomogen prov fördelning i DSC-pannan som observeras av blotta ögat. Täck DSC-pannan med en kvarts platta.
- Utför foto DSC-mätningar enligt tillverkarens anvisningar (tabell över material). Mät DSC-data vid en genomsökning av 10 ° c/min.
Obs: Photo-DSC-maskinen är utrustad med en UV-ljusintensitet på 50 mW/cm2.
6. karaktärisering av röntgendiffraktion
- Värm pulvret CB6OABOBu provet med hjälp av den varma scenen vid 170 ° c och suga provet i en XRD kapillär (diameter = 0,5 mm) med kapillärkraft.
- Fäst kapillär till en provhållare utrustad med en temperaturregulator. Ställ in kammartemperaturen (60 ° c, 70 ° c, 80 ° c, 90 ° c, 100 ° c, 110 ° c, 120 ° c, 130 ° c, 140 ° c, 150 ° c, 160 ° c och 170 ° c för varje röntgen diffraktions mätning).
- Bestråla provet med röntgen och detektera de diffragerade röntgen strålarna av en detektor utan UV-bestrålning och under en UV-ljusintensitet på 10 mW/cm2 under 1 min och 10 min.
Obs: den aktuella studien genomfördes i riken fd BL45XU. Ljuskällan var våren-8 standard i-vakuum undulator. En flytande kvävgaskyld si dubbel kristall monokromator användes för att monochromatize balken. Våglängden var 1 Å.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
POM-bilder, fotorheometriska data, Foto-DSC-data och XRD-intensitetsprofiler samlades in i mörker under temperaturvariationer och samtidigt lysande UV-ljus. Figur 1a, b representerar strukturen hos CB6OABOBu, med dess fassekvens och möjliga konformationer optimerade av mm2 ForceField i modellerings programmet (t. ex. ChemBio3D).
När CB6OABOBu är i trans-State, två energi-trovärdiga överensstämmande stater visas, och den vridna konformation är den mest stabila en som främjar bildandet av TB fas. När CB6OABOBu är upphetsad att CIS-staten när de utsätts för UV-ljus, en kink-konformation realiseras. Även om den nuvarande överensstämmande optimering som gjorts av modellerings programmet är användbart för att fastställa konformation av en enda molekyl, det kan inte användas för simulering av konformationell tillstånd av flera molekyler som interagerar, eller ens för själv sammansättningar av större molekylära kluster.
Figur 1c, d visar de Pom texturer i mörker och under 30 MW cm− 2 UV irradians, under kylning av provet i en 2 μm-tjock LC cell med jämnt gnuggade planar justering. I N-fasen realiseras enaxiell uppriktning av molekyler (figur 1c, topp). När du minskar temperaturen till TB i mörker, en randig mönster former, där ränderna löper parallellt med gnidning riktning LC-cellen (figur 1c, mitten). Detta randmönster uppstår som ett resultat av buckling instabilitet och erkänns som en symbol för TB-fasen, först rapporteras av Panov et al.25. Ytterligare minskning av temperaturen leder till kristallisation (figur 1c, botten). Bestrålning av UV-ljus förändrar konformation från trans-till CIS-stat, vilket resulterar i fas variation och därmed textur variation. Om start från TB-fasen omvandlar UV-ljuset den randiga konsistensen till det enaxiellt justerade tillståndet i N-fasen (figur 1d, övre mitten). Om du stänger av UV-ljuset kan molekylerna slappna av och gå tillbaka till transstaten och den randiga strukturen i TB-fasformulären igen.
Figur 2 visar den effektiva viskositeten hos CB6OABOBu under olika förhållanden mätt med rheometern. Figur 2a visar temperaturberoendet hos den effektiva skjuvviskositeten. Anledningen till att anropa den uppmätta viskositeten den effektiva skjuvviskositeten är att de verkliga komponenterna i viskositeten i flytande kristaller är orienterings beroende, och den uppmätta viskositeten är ett orienterat medelvärde i den aktuella studien. Figur 2b visar skjuvspänningen beroende av den effektiva skjuvviskositeten vid olika temperaturer under första och andra körningar. Figur 2c uppvisar variation bland den effektiva skjuvviskositeten som utlöses av UV-strålning vid olika temperaturer. Figur 2d visar kopplings kurvor för den effektiva skjuvviskositeten i en loggskala vid två olika temperaturer (dvs. en i N-fasen och den andra i TB-fasen). Det specificerade temperaturberoendet av växling tiderna resumeras i bordlägga 1.
Figur 3a, b visar texturer av CB6OABOBu i ett icke-justerat prov under 50 mW/cm2 UV irradians vid 80 ° c (figur 3a) och efter kylning till 60 ° c (figur 3b). Foto-DSC kurvor av figur 3c visar att vid kylning, i-N fasövergångar av trans-och CIS-isomerer är olika. Även om Photo-DSC är användbart för att upptäcka skillnader mellan de mörka och ljus-stimulerade stater, bör det noteras att Photo-DSC vanligtvis gör det svårt att kvantitativt jämföra det verkliga värmeflödet av skillnaderna, eftersom baslinjen för DSC kurvor ändras avsevärt på grund av ljus absorption av provet och metallytan av DSC Pan. Figur 3d visar att vid upphettning är smält fasen för trans-och CIS-isomererna olika, mätt med konventionell DSC. Figur 3e, f visar XRD diffraktions diagram av den diffragerade intensiteten som en funktion av d-avstånd utan och med UV-strålning, respektive. Det kan ses att intensiteten vid varje topp ändras drastiskt när UV-ljus är bestrålade, främst hänföras till den kristallina strukturella omvandlingen och lokal smältning.
Figur 1: kemisk struktur av CB6OABOBu och utvecklingen av texturer på kylning. (a) kemisk struktur för CB6OABOBu och dess fassekvens. (b) platsfyllande molekylära modeller av CB6OABOBu optimerade av mm2 ForceField i modellerings programmet. (c) Pom texturer av CB6OABOBu under korsade polarisatorer i en 2 μm-tjock cell med jämnt gnuggade planar anpassning; under kylning utan UV-belysning. Överst: i N-fasen vid 140 ° c; mitten: i TB-fasen vid 104 ° c; botten: vid TB-Cry fasövergång. dPom-texturer vid 90 ° c som illustrerar photoswitchprocessen. Överst: före UV; mitten: samexistens av N och TB faser strax efter 30 mW/cm2 UV irradians vid 365 nm; nederst: avslappnad TB-textur efter avstängning av UV-belysningen. Skalstreck representerar 100 μm. Denna siffra har anpassats med tillstånd från Aya et al.26. Vänligen klicka här för att se en större version av denna siffra.
Figur 2: reologiska egenskaper och fotodynamik av photoswitching av de reologiska egenskaperna hos CB6OABOBu. a) temperaturberoende av den effektiva skjuvviskositeten uppmätt vid en konstant skjuvbelastning på 13 pa i rotationsläge med olika UV-irradianser: 0 MW/cm2 (röda cirklar), 32,7 MW/cm2 (svarta cirklar) och 59,6 MW/cm2 (blå diamanter). b) den effektiva skjuvviskositeten som en funktion av att öka skjuvspänningen vid valda temperaturer. Svartfyllda cirklar (100 ° c) och gröna fyllda diamanter (102 ° c) är data som mäts vid den första genomsökningen, medan svarta öppna cirklar (100 ° c) och gröna öppna diamanter (102 ° c) är de data som mäts på den andra skanningen. c) repeterbar foto växling av den effektiva skjuvviskositeten vid 59,6 MW/cm2 irradians. Kicken och lowen värderar i varje temperatur motsvarar till UV-OFF och UV-på påstår. dfoto växling av den effektiva skjuvviskositeten som visas på en timmer skala vid 97 ° c i TB-fasen och 90 ° c i Cry-fasen. Blå och röda heldragna linjer för TB-fasen är bäst passande kurvor med enkel exponentialfunktion vid UV-på-och UV-OFF-tillstånd. UV-intensiteten är 59,6 mW/cm2. Denna siffra har modifierats och anpassats med tillstånd från Aya et al.26. Vänligen klicka här för att se en större version av denna siffra.
Figur 3: bevis på förekomst av mikro-segregerade domäner med olika kristallstrukturer i Cry-fasen. (a, b) POM texturer genom blått filter under 50 mW/cm2 UV irradians i en åttkantig plats av formen på fältet Iris membran i mitten på (a) 80 ° c och (b) 60 ° c. c) temperatur beroenden för provets värmeflöde under kylning med en hastighet av 10 ° c/min utan UV-(svarta prickar) och UV-(blå prickar). d) temperatur beroenden för det Trans-rika provets värmeflöde vid upphettning med 2 ° c/min och 10 ° c/min (svarta och blå kurvor) utan UV, och av CIS-rikt prov vid 2 ° c/min (röd kurva). (e, f) Visas är d-avstånd beroende av vidvinkel X-ray diffraktion intensitet. f) förstorade vyer av det lilla d-värde-området i panelen e. blå streckad, röd solid och svart lång streckade linjer indikerar röntgen diffraktions profilerna utan UV-belysning, under 10 MW/cm2 irradians under 1 min respektive 10 min. Öppna uppåtgående och fyllda nedåt trianglar visar ökningar och minskningar i mängder intensitet av varje topp. Denna siffra har modifierats och anpassats med tillstånd från Aya et al.26. Vänligen klicka här för att se en större version av denna siffra.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Som framgår av figur 1är CB6OABOBu ett fotoresponsivt material med I, N, TB och Cry-fassekvenser vid kylning. Eftersom lokala beställning av dessa faser skiljer sig avsevärt, Foto-driven växling av reologiska egenskaper förväntas uppvisa bra viskoelastiska kontrast. För att kvantitativt undersöka detta, Foto-reologi mätningar utfördes.
Först betraktar vi de reologiska data som mäts i mörkret (figur 2a, röda öppna cirklar). Vid fas övergången I-N minskar den effektiva viskositeten (ηEFF), som tillskrivs en skjuvinducerad flödes justering. I N-fasen är viskositeten praktiskt taget oberoende av skjuvspänningen, vilket indikerar ett Newtoniskt vätske beteende (figur 2b). Övergår till TB-fasen resulterar i en ökning av den effektiva skjuvviskositeten med en storleksordning. Med tanke på att TB-fasen har en lokal nematic beställning men uppvisar pseudo-skiktstruktur motsvarande den smektiska ordning, är ökningen av den effektiva skjuvning viskositet tillskrivs bildandet av pseudo-skiktet strukturer.
I TB-fasen observeras stark skjuvning gallring med tydliga tröskelvärden som ett resultat av omjustering av pseudo-skiktet strukturer (figur 2b). Efterföljande stelning av provet resulterar i ett skarpt hopp i ηEFF (
skjuvning stress om skjuvning hastighet hålls konstant) med fem storleksordningar. Den stora spridningen av skjuvviskositetsdata i kristall fasen är ett resultat av provets stora motstånd som utövas på den roterande konen. Provet, i denna regim, är en solid kännetecknas av lagringsmodulus i stället för en vätska som kännetecknas av viskositet. Resultat under UV-intensiteter på 32,7 mW/cm2 och 59,6 MW/cm2 visas som svarta fyllda cirklar och blå öppna diamanter. Tre huvudsakliga skillnader observeras mellan dessa data och som mätt i mörker: 1) en nedväxling av övergångs temperaturer, 2) en minskning av ηEFF i varje fas, och 3) ingen signifikant viskositet variation bland den ursprungliga N-TB övergång temperatur för belysta prover, vilket förklaras av försvinnandet av TB-fasen under UV-ljus.
Det är tydligt att de reologiska egenskaperna verkligen skiljer sig avsevärt i olika faser. För att testa den foto drivna reologiska växlingen utfördes reologiska mätningar av lysande UV-ljus på provet. Figur 2c visar att den fotostyrda reologiska växlingen har olika kontrastvärden vid olika temperaturer: nästan 1 i i-och N-FASERNA, 10 i TB-fasen och 106 i Cry-fasen. Kopplings tiderna på och utanför är också mycket korta (~ 100 s, på och av kopplingstider som visas i tabell 1) både i TB-och Cry-faserna. Kopplings tiden definieras som den övergående tiden för variationen av effektiv viskositet från 90% till 10% av dess ursprungliga värde (som före UV-bestrålningen). Eftersom kontrasten i olika faser är olika, kan växlingstiden inte jämföras rättvist mellan olika faser. Det är värt att notera att för andra smälta vätskor, den initiala kristall fasen återhämtar sig normalt inom flera timmar till flera dagar, eftersom deras höga viskositet förhindrar bakåt reaktion i bulk, även vid höga temperaturer9,14.
För att fastställa orsaken till frånvaron av långsamma nukleation, POM observation, Foto-DSC, och XRD mätningar genomfördes. Som POM bilderna i figur 3 visar, lysande UV i Cry fas utlöser smältning till i-fasen vid 80 ° c (CIS-State Rich). Att bibehålla UV-bestrålningen samtidigt som temperaturen minskar gör att kristallisation av CIS-statmolekylerna uppträder vid olika temperaturer än i transstaten. Detta tyder på en mikrosegregering av trans-och CIS-stater. Photo-DSC-data ger direkt bevis för detta. Som figur 3c, d visar, exponering för UV-ljus resulterar i uppdelning av fas övergångs toppar för både i-N (på kylning) och kristall smältning (på värme). Dessa bekräftar att trans-och CIS-statliga molekyler bildar olika fas strukturer. Hittills har de flesta av de utforskade fotoliquefactions tacka för sitt ursprung till foto-inducerad temperatur förskjutning av glas övergången. I kontrast, detta arbete visar en ny fungerande mekanism i förverkliga snabba foto kondensering processer, med undantag för några nya upptäckter27,28.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Författarna har inget att avslöja.
Acknowledgments
Detta arbete stöddes av det bilaterala gemensamma forskningsprojektet HAS-JSPS. Finansiellt stöd från bidrag NKFIH PD 121019 och FK 125134 erkänns.
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).
