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

 

Цветок гексаферрита стронция
Цветок гексаферрита стронция

MAPPIC 2019. Первый день
14 октября 2019 года успешно открылась I Московская осенняя международная конференция по перовскитной фотовольтаике (Moscow Autumn Perovskite Photovoltaics International Conference – MAPPIC-2019). В сообщении приведены темы докладов и небольшой фоторепортаж.

В Москве начинается MAPPIC - 2019
14-15 октября 2019 года состоится I Московская осенняя международная конференция по перовскитной фотовольтаике (Moscow Autumn Perovskite Photovoltaics International Conference – MAPPIC-2019)

РИА Новости: Нобелевскую премию по химии присудили за разработку литий-ионных батарей
РИА Новости: Джон Гуденаф, Стенли Уиттингхем и Акира Йошино стали лауреатами Нобелевской премии в области химии за 2019 год за разработку литий-ионных батарей.

Лекция про Дмитрия Ивановича и Наномир на Фестивале науки
Е.А.Гудилин и др., Фестиваль науки
В дни Фестиваля науки «NAUKA 0+» на Химическом факультете МГУ ведущие ученые познакомили слушателей с самыми современными достижениями химии. Ниже приводится небольшой фоторепортаж 1 дня и расписание лекций.

Как правильно заряжать аккумулятор?
Д. М. Иткис
Химик Даниил Иткис о том, как правильно заряжать аккумуляторы гаджетов и почему телефон выключается на холоде

Постлитийионные аккумуляторы
В. А. Кривченко
Физик Виктор Кривченко о перспективных видах аккумуляторов, фундаментальных проблемах в производстве литий-серных источников тока и преимуществах постлитийионных аккумуляторов

Технонано

Технопредпринимательство - идея, которая принесет свои плоды при бережном культивировании и взращивании. И наша наноолимпиада, и Наноград от Школьной Лиги РОСНАНО, и проект Стемфорд, и другие замечательные инициативы - важные шаги на пути реализации этой и других идей, связанных с развитием новых высоких технологий в нашей стране и привлечением молодых талантов в эту вполне стратегическую область. Ниже приведен небольшой опрос, который позволит и нам, и вам понять, а что все же значит этот модный термин, и какова его суть.

Технопредпринимательство на марше

Мы традиционно просим вас высказать свои краткие суждения по вопросу технопредпринимательства и проектной деятельности школьников. Для нас очевидно, что под технопредпринимательством и под проектной деятельностью школьников каждый понимает свое, но нам интересно ваше мнение, заодно вы сможете увидеть по мере прохождения опроса, насколько оно совпадает или отличается от мнения остальных. Ждем ваших ответов!

О наноолимпиаде замолвите слово...

Прошла XII Всероссийская олимпиада "Нанотехнологии - прорыв в Будущее!" Мы надеемся, что нам для улучшения организации последующих наноолимпиад поможет электронное анкетирование. Мы ждем Ваших замечаний, пожеланий, предложений. Спасибо заранее!



 
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.