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

 

Фуллерит
Фуллерит

Участники очного тура Олимпиады среди школьников
Завершена апелляция, и подведены итоги отборочного тура по школьным конкурсам: Физика, Химия, Математика, Биология, "Гениальные мысли" и "Юный эрудит". Опубликованы списки участников очного тура олимпиады среди школьников. Доступны дипломы участников заочного тура.

Ведущие игроки инновационной сферы консолидируют усилия по развитию коммуникаций на площадке клуба «Сумма технологий»
В рамках мероприятий Национальной премии «Серебряный Лучник» состоялся круглый стол Экспертного клуба «Сумма технологий» - «Коммуникационная поддержка российских инноваций».

Апелляция решений школьных конкурсов наноолимпиады
Жюри завершило проверку ответов по школьным конкурсам "Физика", "Химия", "Математика", "Биология", "Гениальные мысли", "Юный эрудит". Ответы по всем конкурсам, кроме творческих, опубликованы, Вы можете сравнить их со своими решениями и провести апелляцию в случае, если Вы не согласны с выставленными оценками. Большое спасибо за Ваши решения и Вашу активность! Жюри всегда максимально доброжелательно ко всем участникам, обязательно участвуйте в апелляции! После завершения апелляции изменение оценок проводиться не будет, они станут окончательными и определят Ваше дальнейшее участие в завершающем, очном, туре Олимпиады.

Измерение неоднородности оптических свойств наночастиц PbSe в растворе при помощи двумерной фемтосекундной спектроскопии
Баранов Дмитрий Александрович
Заметка о статье в которой удалось измерить неоднородность оптических свойств квантовых точек селенида свинца в растворе методом двумерной оптической спектроскопии и увязать эту неоднородность с распределением квантовых точек по размерам.

Андрей Свинаренко: учеба должна длиться всю жизнь
ТАСС
Интервью Генерального директора ФИОП А.Г.Свинаренко ТАСС.

Концепция Образовательного центра «Сириус», принципы отбора на смены
Ларин В.В.
Цикл лекций в рамках XI Всероссийской Интернет-олимпиады по нанотехнологиям для всех желающих – школьников, студентов, аспирантов, молодых ученых, учителей и преподавателей: Концепция Образовательного центра «Сириус», принципы отбора на смены. Владимир Владимирович Ларин, учитель физики, Лицей «Вторая школа» г. Москвы, методист первой проектной смены Образовательного центра «Сириус».

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.

Проектная деятельность с точки зрения учителя

Это специальный опрос для учителей и представителей школ, которых мы просим оценить значимость предлагаемых материалов, мероприятий и перспективы их дальнейшего совершенствования на пути эффективного взаимодействия школ и ВУЗов. В опросе могут также участвовать школьники, студенты и аспиранты, особенно со своими критическими замечаниями в комментариях.



 
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.