Нанотехнологическое сообщество Нанометр, все о нанотехнологиях
на первую страницу Новости Публикации Библиотека Галерея Сообщество Объявления Олимпиада ABC О проекте
 
  регистрация
помощь
 
Анизотропное ориентирование жидкого кристалла вокруг помещенной в него частицы в зависимости от формы частицы (A-C, E, G, K). Снимки полученные поляризационной (D, F, H) и конфокальной лазерной (I, J) микроскопией отражающие локальное изменение структуры ЖК вокруг помещенной в него частицы.
Эластичные "диполь-дипольные" взаимодействия частиц треугольной формы в матрице ЖК. Схематически изображенные сонаправленные (A, D) и антипараллельные (B, C) взаимодействия и результаты их деятельности приводящие к различным типам агрегации частиц (F и E соответственно). На графике изображена временная зависимость расстояния между частицами для случая изображенного на рисунке D, красным - теоретическая модель.
Четырехполюсное взаимодействие частиц квадратной формы (A, C - оптическая, B, D - поляризационная микроскопия). График E - относительные смещения квадратных частиц во времени, изначально находившихся на расстоянии 12.3 мкм друг от друга. Два графика на F - изменение расстояния во времени для частиц находившихся на расстоянии 14.3 и 12.9 мкм соответственно.

Анизотропные взаимодействия коллоидных частиц в жидких кристаллах

Ключевые слова:  жидкие кристаллы, наноструктура

Опубликовал(а):  Баранов Дмитрий Александрович

25 ноября 2009

Среди работ посвященных самоорганизации коллоидных частиц (нано- и микро) в последнее время начал выделяться класс публикаций, посвященных концептуальным проблемам самоорганизации анизотропных частиц [1]. С одной стороны жажда разведывания новых ниш подстегивается прогрессом в коллоидном синтезе (нанопалочки полупроводников и металлов, тетраподы, нанопластинки, всевозможные треугольнички-призмочки), а с другой ученые задумываются о потаенных перспективах и свойствах, которые могут обнаружиться если собрать такие частицы в материалы (несомненно новые) [2]. Обобщая, если раньше обзоры были посвящены больше техническим деталям (наношарики золота пакуются в ГЦК, двухкомпонентные смеси наночастиц в NaZn13 и т.д. [3,4]), то последние обзоры больше посвящены рационализации экспериментальных фактов и попыткам их структурирования в разнообразные, порой до изощренности, системы [5].

В свою очередь, уже эти "идейные" работы провоцируют эксперименталистов обращать более пристальное внимание на самоорганизацию или даже специально планировать и разрабатывать модельные системы для экспериментального изучения этого феномена. Как раз о таком случае спешат сообщить в свежем Science группа ученых из США (Университет Колорадо и Университет Калифорнии в Лос-Анжелесе) [6].

Объект исследования - поведение 2D микрочастиц разной геометрической формы (треугольник, пятиугольник, квадрат) помещенных в жидкий кристалл 5CB (ЖК, 4-циано-4'-пентилбифенил). Задумка - спровоцировать анизотропные взаимодействия со стороны дисперсанта на коллоидные анизотропные частицы. Нематический ЖК 5CB представляет собой подходящий дисперсант, т.к. он жидкий при комнатной температуре и структурирован внутри (в отличии от воды и прочих обычных растворителей, на то он и жидкий кристалл). Молекулы ЖК ориентированы в одном направлении но как только мы помещаем внутрь него какой-то объект значительного размера (далее - коллоидная частица), который эти молекулы не могут игнорировать, то создается дефект. А раз есть дефект, то значит появляется сила со стороны системы который этот дефект пытается устранить, и в случае ЖК, эта сила анизотропна (имеет направление). Ее величина зависит от размера коллоидной частицы, ее формы и всяческих внешний факторов. Оказывается, даже для сферических частиц помещенных в такую жидкую анизотропную среду возникающая сила, направленная на как бы выталкивание этой частицы и возвращение прежнего порядка, анизотропна. В результате чего сферы собираются в цепочки. В зависимости от формы частицы, характера взаимодействия поверхности частицы с молекулами дисперсанта, эта сила может дробиться на компоненты, которые своим поведением напоминают диполи. А если есть диполи, значит есть новые взаимодействия уже этих диполей! Манипулируя этими соображениями, микрочастицами разной формы, конфокальной и поляризационной микроскопией ученым удалось наблюдать направленную агрегацию микрочастиц внутри жидкого кристалла. Что более важно, было предложено изящное физическое описание, согласно которому под действие этих сил попадают объекты в диапазоне размеров от десятков нм до десятков мкм.

[1]. S. C. Glotzer and M. J. Solomon, Nat. Mater., 2007, 6, 557-562
[2]. K. J. Stebe, E. Lewandowski and M. Ghosh, Science, 2009, 325, 159-160
[3]. http://www.nanometer.ru/2009/02/06/12339394438424_57021.html
[4]. http://www.nanometer.ru/2007/12/15/samosborka_5415.html
[5]. S. Mann, Nat. Mater., 2009, 8, 781-792
[6]. C.P. Lapointe, T.G. Mason, I.I. Smalyukh, "Shape-Controlled Colloidal Interactions in Nematic Liquid Crystals" Science, 2009, 326, 1083-1086


Источник: Science



Комментарии
Добрый вечер.
Хороший материал, только жаль, что на отечественные исследования и разработки не ссылаются.
Мы занимаемся структурированием ЖК уже давно, лет 10 как минимум. Несколько, не совсем давних работ, наиболее ярко показывают эффекты самоорганизации, изменения параметра порядка, изменения локальной поляризации единицы объема среды, дипольного момента - при введение в ЖК-мезофазу фуллеренов, нанотрубок, комплексов с переносом заряда, др.:
1. N.V. Kamanina, “Optical investigations of a C70-doped 2-cyclooctylamino-5-nitropyridine–liquid crystal system”, Journal of Optics A: Pure and Applied Optics, v. 4, no. 4, pp. 571–574 (2002).
2. N.V. Kamanina, “Photoinduced phenomena in fullerene-doped PDLC: potentials for optoelectronic applications”, Opto-Electronic Review, v. 12, no. 3, pp. 285-289 (2004).
3. Н.В.Каманина, Фуллеренсодержащие диспергированные нематические жидкокристаллические структуры: динамические характеристики и процессы самоорганизации, Успехи физических наук, т. 175, № 4, с.445-454 (2005).
4. Н.В.Каманина, А.В.Комолкин, Н.П.Евлампиева, Изменение параметра ориентационного порядка в структуре композита нематический жидкий кристалл–COANP–С70, Письма в ЖТФ, т.31, № 11, с.65-70 (2005).
5. N.V. Kamanina, Yu.M. Voronin, I.V. Kityk, A. Danel, E. Gondek “Spectroscopy of PVK-phenyl derivatives disturbed the long-range ordering of liquid crystalline phase”, Spectrochimica Acta Part A 66, pp. 781–785 (2007)
6. N.V. Kamanina, P.Ya. Vasilyev, A.I. Vangonen, V.I. Studeonov, Yu.E. Usanov, F. Kajzar, Andre-Jean Attias Photophysics of organic structures doped with nanoobjects: Optical limiting, switching and laser strength, Mol. Cryst. Liq. Cryst., Vol. 485, pp. 197=[945]–206=[954], p. 197=[945]–206=[954], 2008
7. N.V. Kamanina, A.H. Reshak, P.Ya. Vasilyev, A.I. Vangonen, V.I. Studeonov, Yu.E. Usanov, J. Ebothe, E. Gondek, W. Wojcik, A. Danel, Nonlinear absorption of fullerene- and nanotubes-doped liquid crystal systems, Physica E, Vol. 41, p.391-394 (2009).
8. N.V. Shurpo, S.V. Serov, A.V. Shmidt, H.L. Margaryan, N.V. Kamanina, “Futures of fullerenes and carbon nanotubes for nonlinear optics and display application”, Diamond and Related Materials, Vol.18, p.931-934 (2009).

Прошу прощения за популизацию разработок своего коллектива, но как-то неловко читать о достижениях только зарубежных исследователей на русско-язычном "нанометре", когда в самом Отечестве много групп, в том числе мой коллектив, ведущий планомерные исследования в данном направлении.

P.S. Недавно, в МГУ, моя студентка и молодая сотрудница лаборатории ГОИ рассказывала о структурировании ЖК квантовыми точками (расширяем класс наносенсибилизаторов), что мы стали проводить год назад. Работа Наташи Шурпо вызвала интерес, плодотворное обсуждение и была отмечена дипломом.
Наталия Владимировна,
спасибо за подборку ссылок на ваши работы. Вы очень
правильно делаете что их популяризируете. Я думаю что
было бы очень хорошо если бы, например, один из ваших
студентов/аспирантов сделал бы популярный обзор по
работам вашей группы и опубликовал бы его на нанометре.
Тема интересная и актуальная и лично мне было бы
интересно разобраться что происходит на стыке
самоорганизации коллоидов и взаимодействий/
структурирований в жидких кристаллах.
Между прочим, у нас есть специальный раздел "Интервью с лидером научной группы" Может, действительно, расскажете о своих работах? Правда о собственно жидких кристаллах материал в прошлый раз и был...
Ай, как приятно, что вы доброжелательно относитесь!!!
Спасибо Баранову Дмитрию Александровичу. Это хорошая идея: сделать обзор аспиранту или студенту, этакий взгляд молодого исследователя...Может быть. Но, здесь, подумаю, ещё не все сделали, что хотела бы, посему..., посмотрю. Тем не менее, за мысль - спасибо.

Евгений Алексеевич, благодарю. Ваше предложение просто замечательное, но Вы правы, в предыдущем интервью, что сделал внимательный и деликатный Илья Гольдт, разговор и был о ЖК. Странички в интернете такие: http://www.n...l_3905.html
http://www.n...l_3905.html
Буду рада, если найдёте интересным и полезным этот материал.

О предложении буду помнить. Может о фоторефрактивных материалах с наноструктурами или о наноструктурированных покрытиях с высокой прозрачностью и высокой механической прочностью поговорим. Правда, и здесь: фоторефракция - статья в нанометре, написала и разместила статью совсем недавно, уже очень много обращений к этой статье, а по покрытиям помогает Богданов Константин Юрьевич своими красивыми расчетами с учетом сил упругости, др.
Так что, пока, охвачены все три направления работ моего коллектива. Подумаю. Благодарю ещё раз.

Для того чтобы оставить комментарий или оценить данную публикацию Вам необходимо войти на сайт под своим логином и паролем. Зарегистрироваться можно здесь

 

Снеговик растаял и очень расстроен
Снеговик растаял и очень расстроен

В мастерских «Нанограда» прошла апробацию модельная программа для каникулярных школ
В парке «Науки и искусства» Образовательного Центра «Сириус», в рамках форума «Наноград. Сириус. 2017» прошла апробация девяти образовательных модулей, разработанных в рамках программы дополнительного образования детей в каникулярный период, ориентированной на изучение естественных наук и основ нанотехнологий.

НАНОГРАД. СИРИУС. 2017
Молодежный форум Наноград-2017 пройдет в Образовательном центре «Сириус»

Визит Президента ИЮПАК в Образовательный центр "Сириус"
22 июля состоялся визит Президента Международного Союза теоретической и прикладной химии (IUPAC), члена - корреспондента РАН, директора Института химии и проблем устойчивого развития РХТУ имени Д.И.Менделеева, профессора Н.П.Тарасовой в Образовательный центр "Сириус", в ходе которого всемирно известный ученый выступила перед школьниками направлений "Нанотехнологии", "Новые материалы", "Микромир и микроскопия", "Агропромышленные и биотехнологии", "Беспилотный транспорт и логистические системы" с публичной лекцией "Устойчивое развитие: планетарные границы и зеленая химия".

Научно-исследовательская работа студентов в 7 семестре. Тезисы докладов на студенческой научной конференции.
Сафронова Т.В.
Научные конференции студентов на факультете наук о материалах Московского государственного университета имени М.В. Ломоносова (ФНМ МГУ) – являются многолетней традицией. Зимняя конференция в 7 семестре - как контрольная точка для студентов, неотрывно от учебного процесса выполняющих квалификационную работу бакалавра.

Система практик ФНМ МГУ
А.Б.Тарасов, А.В.Кнотько, Е.А.Гудилин

Опыт обучения в области нанотехнологического технопредпринимательства

В этом опросе мы просим поделиться опытом и Вашим отношением к нанотехнологическому технопредпринимательству и смежным областям. Заранее спасибо за Ваше неравнодушие!

Проектная работа

Сегодня становится все более популярной так называемая проектная работа школьников, однако на этот счет есть очень разные мнения. Мы были бы признательны, если бы Вы высказали кратко свое мнение по этому поводу путем голосования. Заранее благодарны!

Закон о реформировании РАН

В Совместном заявлении Совета по науке и членов Общественного совета Минобрнауки предлагается отозвать нынешний проект закона о "реформировании" РАН из Государственной думы и вернуться к его рассмотрению с соблюдением процедуры утвержденной постановлением Правительства РФ №851 от 25.08.2012, и указом Президента РФ №601 от 07.05.2012, которая была грубо нарушена. Мы предлагаем Вам высказать (анонимно) свое мнение в данном опросе, чтобы его статистические результаты были видны всем участникам опроса и общественности.



 
Сайт создан в 2006 году совместными усилиями группы сотрудников и выпускников ФНМ МГУ.
Сайт модернизирован для ресурсной поддержки проектной деятельности учащихся в рамках ГК 16.647.12.2059 (МОН РФ)
Частичное или полное копирование материалов сайта возможно. Но прежде чем это делать ознакомьтесь с инструкцией.