Een team van onderzoekers onder leiding van universitair docent Yuki Arakawa (Toyohashi University of Technology, Japan) heeft met succes zwavelhoudende vloeibaar-kristal (LC)-dimeermoleculen) met tegengesteld gerichte esterbindingen ontwikkeld, die een spiraalvormige vloeibaar-kristalfase vertonen, namelijk twist-bend nematic (N _t B) fase) over een breed temperatuurbereik, inclusief kamertemperatuur. Samenwerking met een team van de onderzoeksfaciliteit Advanced Light Source (Lawrence Berkeley National Laboratory, USA) onthulden dat de richting van de esterbinding in de moleculaire structuren grotendeels de toonhoogtelengten van helixvormige nanostructuren in de N beïnvloedt. _t B-fase. Verwacht wordt dat dit moleculaire ontwerp kan worden gebruikt om de resulterende fysieke eigenschappen van LC-materialen af ​​te stemmen die zouden bijdragen aan nieuwe LC-technologieën, zoals LC-laser, foto-uitlijning, en weergavetechnologieën.

Dan _t B is een nieuw geïdentificeerde vloeibare LC-fase, die een spiraalvormige nanostructuur bezit met een toonhoogte variërend van enkele tot tientallen nanometers, steeds een hot topic in de LC wetenschappelijke gemeenschap. Onlangs, verschillende benaderingen werden onderzocht om de N . toe te passen _t B-materialen tot golflengte-afstembare LC-laser- en foto-uitlijningstechnologieën. Op het gebied van praktisch LC-materialen moeten worden ontworpen door LC-fasen te vormen over een breed temperatuurbereik en bij kamertemperatuur. Echter, moleculen die de N . vertonen _t B-fase over een breed temperatuurbereik, inclusief kamertemperatuur, blijven uitzonderlijk zeldzaam. Dit heeft diepgaande evaluaties van verschillende eigenschappen en de ontwikkeling van nieuwe toepassingen belemmerd.

Universitair docent Yuki Arakawa en zijn team aan de Toyohashi University of Technology hebben interesse getoond in de ontwikkeling van nieuwe zwavelhoudende LC-materialen, speciaal voor materialen met een hoge dubbele breking en twist-bend nematische LC's, op basis van thioether (R-S-R) bindingen die zwavel bevatten, dat een onderdeel is van warmwaterbronnen en een van de weinige overtollige hulpbronnen in Japan. Zwavel- of thioetherbindingen hebben een hoge polariseerbaarheid en zullen naar verwachting bruikbare functionele groepen zijn voor het verbeteren van fysische eigenschappen, zoals brekingsindex en dubbele breking, vergeleken met andere bindingen op basis van conventionele atomen, zoals methyleen (koolstof) en ether (zuurstof).

Eerder, Universitair docent Yuki Arakawa en zijn team hadden met succes op thioether gebaseerde gebogen moleculen ontwikkeld die de N . vertonen _t B-fase. In dit onderzoek, we probeerden nieuwe LC-dimeren te bedenken door tegengesteld gerichte esterbindingen te introduceren (d.w.z. -C=OO- en -O=CO-) aan de op thioether gebaseerde gebogen dimere moleculen en verduidelijken de invloed van de esterbindingsrichting op de N _t B-fase gedrag. Het team slaagde erin nieuwe moleculen te ontwikkelen die N . vertonen _t B-fasen over een breed temperatuurbereik, inclusief kamertemperatuur.

Verder, het team observeerde een fenomeen, waarbij de helixafstanden (6-9 nm) van de moleculen met O=CO-ester ongeveer het dubbele waren (11-24 nm) van die met C=OO-ester (Figuur 1). Dit komt omdat de C=OO-esterdimeren meer gebogen moleculaire geometrieën hebben dan de O=CO-esterdimeren, wat resulteert in een verbeterde moleculaire precessie in de helixstructuur voor de eerstgenoemde dan voor de laatstgenoemde. Fijnafstemming van het moleculaire ontwerp (d.w.z. de richting van de esterbinding) maakt de manipulatie van spiraalvormige nanostructuren mogelijk, wat vooral belangrijk is voor optische toepassingen.

Volgens assistent-professor Arakawa, "LC-moleculen die de spiraalvormige N . vertonen _t B-fase over een breed temperatuurbereik, inclusief kamertemperatuur, zeldzaam blijven. Geen enkele studie heeft duidelijk de structuur-eigenschap relatie tussen moleculair ontwerp en de resulterende spiraalvormige structuur onthuld, d.w.z. hoe de spiraalvormige nanostructuren kunnen worden gecontroleerd door moleculair ontwerp. Wij geloven dat onze onderzoeken daar inzicht in geven."