基于双硫对称二聚体液晶分子的扭转弯曲向列液晶相的粘弹性性质
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基于双硫对称二聚体液晶分子的扭转弯曲向列液晶相的粘弹性性质
发布时间:2020-05-06        浏览次数:17

液晶是我们生活中常见的一类材料,它既表现出晶体的各向异性,又具有液体的流动性,我们使用的手机、电视等电子设备中的液晶显示屏(LCD)就充斥着液晶。向列相是最常见的液晶相,一般表现为取向有序位置无序的棒状分子排列结构,但当分子对称性降低,液晶基元由棒状变为液晶二聚体(长度和奇偶性不同的低聚亚甲基间隔共价连接两个介晶核而形成)时,有可能会出现一种特殊的向列相——扭转弯曲向列相(Twisted-bend NematicNTB)。过去十年里,人们对扭转弯曲向列相的分子排列结构进行了深入的研究,但定量研究NTB相里的粘弹性的工作甚少,大量工作仅通过N相去定性推测NTB相粘弹性的变化趋势。

近日,华南理工大学Satoshi Aya研究员团队在Physical Chemistry Chemical Physics上发表了有关扭转弯曲向列相的有效弹性和旋转粘度的研究成果。在此研究中,我们首次报道了七亚甲基双硫醚氰基联苯二聚体(CBS7SCB)在N相和NTB相中的弹性常数和旋转粘度,该结果对更好的理解NTB相的拓扑和流体特性有积极重要的意义。

1(a) CBS7SCBN相和NTB相中的展曲弹性常数K11(b)光固化后NTB相的扫描电镜图片以及NTB相中分子排列示意图 

研究人员首先通过DSC确定了CBS7SCB的相变温度,并通过偏光显微镜观察到了NTB相变点附近的相变过程以及NTB相的绳状织构拓扑图案。在不同厚度cell样品中发现,条纹织构波动周期与cell厚度有关,当cell厚度超过40µm,条纹织构被焦锥织构代替。该现象表明NTB相中锚定在边界的分子限制了相邻层分子的旋转,说明条纹织构与液晶的弹性有一定关联。进一步地,通过定制的动态压缩流变仪(customized compressive rheometer),我们得到变温下材料的储能模量,并根据Helfrich-Hurault模型计算出了NTB相中材料的有效弹性常数,该值比N相中高数千倍,同时旋转粘度在NTB相也有相近数量级的增加。此外,研究人员采用光固化技术在扫描电子显微镜下观察到了CBS7SCB分子在NTB相中绳索织构“伪层”的取向排列,层与层之间分子取向角度为40°左右,直观地展示了NTB相中展曲变形弹性的来源。

 

Viscoelastic properties of a thioether-based heliconical twist–bend nematogen

Junchen Zhou, Wentao Tang, Yuki Arakawa*, Hideto Tsuji and Satoshi Aya* 

https://doi.org/10.1039/C9CP06861A

 

论文链接:

https://pubs.rsc.org/en/Content/ArticleLanding/2020/CP/C9CP06861A#!divAbstract

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