Transición orientativa en un cristal líquido desencadenada por el crecimiento termodinámico de las húmedas interfaciales
Summary
Aquí, presentamos un protocolo para desencadenar una transición de orientación de un cristal líquido en respuesta a la temperatura. Se describen metodologías para preparar una muestra con el fin de observar la transición y la evolución de transición detallada.
Abstract
En la química física del cristal líquido (LC), las moléculas cerca de la superficie desempeñan un papel importante en el control de la orientación masiva. Hasta ahora, principalmente para conseguir los estados de orientación molecular deseados en las pantallas LC, se ha estudiado intensamente la propiedad de superficie "estática" de LCs, el llamado anclaje superficial. Como regla general, una vez que la orientación inicial de LCs está "bloqueada" por tratamientos superficiales específicos, tales como el frotamiento o tratamiento con una capa de alineación específica, apenas cambia con la temperatura. Aquí, presentamos un sistema que exhibe una transición de orientación sobre la variación de la temperatura, que está en conflicto con el consenso. Justo en la transición, las moléculas LC a granel experimentan la rotación orientativa, con 90 ° entre la orientación planar (P) a altas temperaturas y la orientación vertical (V) a bajas temperaturas en la transición de primer orden. Hemos seguido el comportamiento de anclaje superficial termodinámico por medio de microscopía óptica polarizante (POM), espectroscopía dieléctrica (DS), calorimetría de barrido diferencial de alta resolución (HR-DSC) y difracción de rayos X de incidencia de pastoreo (GI-XRD) y alcanzó una explicación física plausible: que la transición es desencadenada por un crecimiento de superficie Que imponen la orientación V localmente contra la orientación P en la masa. Este paisaje proporcionaría un vínculo general que explicaría cómo la orientación en masa de equilibrio se ve afectada por la orientación localizada en la superficie en muchos sistemas LC. En nuestra caracterización, POM y DS son ventajosos al ofrecer información sobre la distribución espacial de la orientación de las moléculas LC. HR-DSC proporciona información sobre la información termodinámica precisa sobre las transiciones, que no pueden ser tratadas por instrumentos DSC convencionales debido a una resolución limitada. GI-XRD proporciona información sobre la orientación molecular específica de la superficie y ordenamientos de corto alcance. El objetivo de este trabajo es presentar un protocolo para la preparación de una muestra que muestre el transiY demostrar cómo la variación estructural termodinámica, tanto en la masa como en las superficies, puede ser analizada a través de los métodos antes mencionados.
Introduction
En los últimos años, ha habido un interés creciente en aprender cómo las características moleculares dinámicas y las estructuras de las moléculas superficiales en respuesta a estímulos externos podrían afectar la orientación masiva de los materiales en los estados LC. Un ejemplo es el uso de biosensores LC como una nueva aplicación de las LC 1 , 2 . Para cuantificar cuántas especies biológicas objetivo se detectan, es importante saber cómo cambian y evolucionan las LCs interfaciales que se ponen en contacto con las moléculas objetivo adheridas, al mismo tiempo que detectan y cómo transfieren / traducen sus propiedades en la masa.
Usando modelos para obtener estas respuestas, comenzamos con sistemas que tienen su orientación molecular superficial y ordenamientos de corto alcance que varían termodinámicamente. Estos sistemas nos permiten correlacionar de una manera sistemática los cambios en la orientación superficial y ordenamientos con la orientación en masa resultante. Recientemente, hemos encontrado varios sistemas LC que exhiben oTransiciones rientacionales, donde una orientación molecular masiva espontánea cambia con la temperatura. En principio, las transiciones de orientación pueden clasificarse en transiciones de cuasi-segundo orden 3 , 4 o cuasi-primer orden 5 , 6 , 7 , 8 . La primera se acompaña de una reorientación molecular a granel continua sobre los cambios de temperatura, mientras que la segunda demuestra una reorientación discontinua. En este artículo, describimos una transición orientacional en la forma de cuasi-primer orden entre los estados orientativos P y V. Procede en la fase nematic (N) sola cambiando la temperatura. Los detalles serán proporcionados en los Resultados Representativos y en la Discusión.
Dado que el cambio de orientación en el volumen debe ser gobernado por un cambio en la orientación molecular superficial y corto, Es evidente que este sistema puede ofrecer perspectivas potenciales sobre cómo la variación termodinámica en la orientación molecular superficial y ordenamientos de corto alcance afecta a la orientación masiva. En este artículo, con el objetivo de comprender los problemas mencionados anteriormente, abordamos tres problemas utilizando cuatro métodos complementarios ( es decir, POM, DS, HR-DSC y GI-XRD): (1) ¿Cómo se ve la transición de orientación? (2) ¿Es la transición orientativa térmicamente detectable? (3) ¿Por qué y cómo ocurre la transición de orientación?
Protocol
Representative Results
Discussion
Las 10 imágenes de POM tomadas usando una célula LC de 5 μm ( Figuras 1a yb ) muestran claramente que el estado de orientación de las moléculas de LC a granel transita entre las orientaciones P y V sobre la variación de temperatura de una manera de primer orden. Esto está marcado por los procesos de nucleación y crecimiento del dominio, con una nueva orientación que difiere de la orientación inicial en 90 °. Las temperaturas de transición al enfriar y calentar son 321,5 K y …
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Este trabajo fue apoyado por la concesión JSPS KAKENHI número 16H06037. Agradecemos sinceramente al Dr. Yuji Sasaki en la Universidad de Hokkaido por la asistencia 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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