Transição Orientacional em Cristal Líquido Ativada pelo Crescimento Termodinâmico de Folhas Múltiplas Interfaciais
Summary
Aqui, apresentamos um protocolo para desencadear uma transição de orientação de um cristal líquido em resposta à temperatura. São descritas metodologias para a preparação de uma amostra, a fim de observar a transição ea evolução de transição detalhada.
Abstract
Na química física do cristal líquido (LC), as moléculas perto da superfície desempenham um grande papel no controle da orientação volumétrica. Até agora, principalmente para alcançar os estados de orientação molecular desejados em monitores LC, a propriedade de superfície "estática" de LCs, a chamada ancoragem superficial, tem sido intensamente estudada. Como regra geral, uma vez que a orientação inicial das LCs é "bloqueada" por tratamentos de superfície específicos, tais como a fricção ou o tratamento com uma camada de alinhamento específica, dificilmente muda com a temperatura. Aqui, apresentamos um sistema exibindo uma transição orientacional sobre a variação de temperatura, o que entra em conflito com o consenso. Logo na transição, as moléculas LC em massa experimentam a rotação orientativa, com 90 ° entre a orientação planar (P) a altas temperaturas e a orientação vertical (V) a baixas temperaturas na transição de primeira ordem. Nós seguimos o comportamento de ancoragem da superfície termodinâmica por meio da microscopia óptica polarizadora (POM), espectroscopia dielétrica (DS), calorimetria de varredura diferencial de alta resolução (HR-DSC) e difração de raios X de incidência de pasto (GI-XRD) e atingiu uma explicação física plausível: a transição é desencadeada por um crescimento de superfície Que impõem a orientação V localmente contra a orientação P na massa. Essa paisagem forneceria uma ligação geral explicando como a orientação em massa de equilíbrio é afetada pela orientação localizada na superfície em muitos sistemas LC. Em nossa caracterização, POM e DS são vantajosos oferecendo informações sobre a distribuição espacial da orientação das moléculas LC. HR-DSC fornece informações sobre as informações termodinâmicas precisas sobre transições, que não podem ser tratadas por instrumentos DSC convencionais devido à resolução limitada. GI-XRD fornece informações sobre orientação molecular específica de superfície e ordenações de curto alcance. O objetivo deste trabalho é apresentar um protocolo para a preparação de uma amostra que exiba o transiE demonstrar como a variação estrutural termodinâmica, tanto no volume quanto nas superfícies, pode ser analisada pelos métodos acima mencionados.
Introduction
Nos últimos anos tem havido um interesse crescente em aprender como as características moleculares dinâmicas e as estruturas das moléculas de superfície em resposta a estímulos externos podem afetar a orientação em massa de materiais em estados LC. Um exemplo é usar biossensores LC como uma nova aplicação das LCs 1 , 2 . Para quantificar quantas espécies-alvo são detectadas, é importante saber como as LCs interfaciais que entram em contato com as moléculas alvo aderentes mudam e evoluem, enquanto também detectam e como elas transferem / traduzem suas propriedades para o volume.
Usando modelos para perseguir essas respostas, começamos com sistemas que têm sua orientação molecular de superfície e ordens de curto alcance variando termodinamicamente. Estes sistemas permitem correlacionar as mudanças na orientação superficial e ordens com a orientação granel resultante de uma maneira sistemática. Recentemente, encontramos vários sistemas LC que exibemTransições rientacionais, onde uma orientação de massa molecular espontânea muda com a temperatura. Em princípio, as transições orientacionais podem ser categorizadas em transições de quase-segunda ordem 3 , 4 ou quase-primeira-ordem 5 , 6 , 7 , 8 . O primeiro é acompanhado por uma reorientação molecular contínua em massa sobre as mudanças de temperatura, enquanto que o último demonstra uma reutilização descontínua. Neste artigo, descrevemos uma transição orientacional na forma de quase-primeira ordem entre os estados orientativos P e V. Prossegue na fase nematic única (N) mudando a temperatura. Os detalhes serão fornecidos nos Resultados Representativos e na Discussão.
Como a mudança de orientação na massa deve ser governada por uma mudança na orientação molecular da superfície e, É evidente que este sistema pode potencialmente oferecer insights sobre como a variação termodinâmica na orientação molecular de superfície e ordens de curto alcance afeta a orientação em massa. Neste artigo, com o objetivo de compreender as questões acima mencionadas, abordamos três problemas usando quatro métodos complementares ( ie, POM, DS, HR-DSC e GI-XRD): (1) Como é a transição orientacional? (2) A transição orientacional é termicamente detectável? (3) Por que e como ocorre a transição orientacional?
Protocol
Representative Results
Discussion
As 10x imagens POM tiradas utilizando uma célula LC de 5 μm ( Figuras 1a e b ) mostram claramente que o estado de orientação das moléculas LC a granel transita entre as orientações P e V à variação de temperatura de uma maneira de primeira ordem. Isto é marcado pelos processos de nucleação e crescimento do domínio, com uma nova orientação diferindo da orientação inicial em 90 °. As temperaturas de transição após arrefecimento e aquecimento são 321,5 K e 325,3 K, r…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Este trabalho foi apoiado por JSPS KAKENHI concessão número 16H06037. Agradecemos sinceramente ao Dr. Yuji Sasaki na Universidade de Hokkaido pela assistência técnica para 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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