Transition orientale dans un cristal liquide déclenché par la croissance thermodynamique des feuilles de mouillage interfaciales
Summary
Ici, nous présentons un protocole pour déclencher une transition d'orientation d'un cristal liquide en réponse à la température. Des méthodologies sont décrites pour préparer un échantillon afin d'observer la transition et l'évolution de transition détaillée.
Abstract
Dans la chimie physique à cristaux liquides (LC), les molécules proches de la surface jouent un rôle important dans le contrôle de l'orientation en masse. Jusqu'à présent, principalement pour atteindre les états d'orientation moléculaire souhaités dans les écrans LC, la propriété de surface "statique" des LC, appelée ancre de surface, a été étudiée de manière intensive. En règle générale, une fois que l'orientation initiale des LC est "verrouillée" par des traitements de surface spécifiques, comme le frottement ou le traitement avec une couche d'alignement spécifique, elle change à peine avec la température. Ici, nous présentons un système présentant une transition d'orientation sur la variation de température, qui est en contradiction avec le consensus. Juste à la transition, les molécules LC en vrac connaissent la rotation d'orientation, avec 90 ° entre l'orientation planaire (P) à haute température et l'orientation verticale (V) à basses températures de première transition. Nous avons suivi le comportement d'ancrage de la surface thermodynamique par microscopie optique polarisante (POM), la spectroscopie diélectrique (DS), la calorimétrie à balayage différentiel à haute résolution (HR-DSC) et la diffraction des rayons X d'incidence du pâturage (GI-XRD) et ont atteint une explication physique plausible: que la transition est déclenchée par une croissance de la surface Feuilles mouillantes, qui imposent l'orientation V localement contre l'orientation P dans la masse. Ce paysage fournirait un lien général expliquant comment l'orientation en vrac à l'équilibre est affectée par une orientation localisée dans de nombreux systèmes LC. Dans notre caractérisation, POM et DS sont avantageux en proposant des informations sur la répartition spatiale de l'orientation des molécules LC. HR-DSC donne des informations sur les informations thermodynamiques précises sur les transitions, qui ne peuvent être abordées par les instruments DSC conventionnels en raison d'une résolution limitée. GI-XRD fournit des informations sur l'orientation moléculaire spécifique de la surface et les commandes à courte portée. Le but de cet article est de présenter un protocole pour la préparation d'un échantillon qui présente le transiEt de démontrer comment la variation structurelle thermodynamique, à la fois en vrac et sur les surfaces, peut être analysée selon les méthodes susmentionnées.
Introduction
Au cours des dernières années, il s'est intéressé de plus en plus à apprendre comment les caractéristiques moléculaires dynamiques et les structures des molécules de surface en réponse aux stimuli externes pourraient affecter l'orientation en masse des matériaux dans les états LC. Un exemple est d'utiliser les biosensors de LC comme nouvelle application de LC 1 , 2 . Pour quantifier le nombre de bio-espèces cibles, il est important de savoir comment les LC interfaciales qui entrent en contact avec les molécules cibles adhérentes changent et évoluent, tout en détectant et comment elles transmettent / traduisent leurs propriétés dans la masse.
En utilisant des modèles pour poursuivre ces réponses, nous avons commencé avec des systèmes dont l'orientation moléculaire de surface et les commandes à courte portée varient thermodynamiquement. Ces systèmes nous permettent de corréler systématiquement les changements dans l'orientation de la surface et les commandes avec l'orientation en vrac résultante. Récemment, nous avons trouvé plusieurs systèmes LC qui présententTransitions rientales, où une orientation moléculaire spontanée en vrac change avec la température. En principe, les transitions d'orientation peuvent être catégorisées en transition quasi-second ordre 3 , 4 ou quasi-premier ordre 5 , 6 , 7 , 8 . Le premier s'accompagne d'une réorientation moléculaire globale en vrac lors des changements de température, alors que la seconde démontre une discontinuité. Dans cet article, nous décrivons une transition d'orientation de manière quasi-première entre les états d'orientation P et V. Il se déroule dans la phase unique de Nematic (N) en changeant la température. Des détails seront fournis dans les résultats représentatifs et dans la discussion.
Étant donné que le changement d'orientation dans le volume doit être régi par une modification de l'orientation moléculaire de surface et de courte durée-range orderings, il est évident que ce système peut potentiellement donner un aperçu de la façon dont la variation thermodynamique de l'orientation moléculaire de surface et des commandes à courte portée affecte l'orientation en masse. Dans cet article, dans le but de comprendre les problèmes susmentionnés, nous avons abordé trois problèmes en utilisant quatre méthodes complémentaires (pOM, DS, HR-DSC et GI-XRD): (1) À quoi ressemble la transition d'orientation? (2) La transition d'orientation est-elle thermiquement détectable? (3) Pourquoi et comment se produit la transition d'orientation?
Protocol
Representative Results
Discussion
Les images 10x POM prises en utilisant une cellule LC de 5 μm ( figures 1a et b ) montrent clairement que l'état d'orientation des molécules LC en vrac transite entre les orientations P et V lors de la variation de température d'une manière de premier ordre. Ceci est marqué par les processus de nucléation et de croissance du domaine, avec une nouvelle orientation différente de l'orientation initiale de 90 °. Les températures de transition lors du refroidissemen…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Ce travail a été soutenu par JSPS KAKENHI numéro de concession 16H06037. Nous remercions sincèrement le Dr Yuji Sasaki à l'Université de Hokkaido pour une assistance technique pour 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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