Ett team av forskare under ledning av assisterande professor Yuki Arakawa (Toyohashi University of Technology, Japan) har framgångsrikt utvecklat svavelhaltiga flytande kristaller (LC) dimermolekyler) med motsatt riktade esterbindningar, som uppvisar en spiralformad flytande kristallfas, nämligen. twist-bend nematic (N _T B) fas) över ett brett temperaturområde, inklusive rumstemperatur. Samarbete med ett team vid forskningsanläggningen Advanced Light Source (Lawrence Berkeley National Laboratory, USA) avslöjade att esterbindningsriktningen i de molekylära strukturerna till stor del påverkar stigningslängderna för spiralformade nanostrukturer i N _T B-fas. Det förväntas att denna molekylära design kan användas för att ställa in de resulterande fysikaliska egenskaperna hos LC-material som skulle bidra till ny LC-teknik, som LC-laser, fotojustering, och displayteknik.

N _T B är en nyligen identifierad flytande LC-fas, som har en spiralformad nanostruktur med en stigning som sträcker sig från flera till tiotals nanometer, blir ett hett ämne i LC:s vetenskapsgemenskap. Nyligen, olika tillvägagångssätt undersöktes för att tillämpa N _T B-material till våglängdsavstämbara LC-laser- och fotojusteringsteknologier. När det gäller det praktiska, LC-material måste utformas genom att bilda LC-faser över ett brett temperaturområde och vid rumstemperatur. Dock, molekyler som uppvisar N _T B-fas över ett brett temperaturområde, inklusive rumstemperatur, förbli exceptionellt sällsynt. Detta har hindrat djupa utvärderingar av olika fastigheter och utvecklingen av nya applikationer.

Biträdande professor Yuki Arakawa och hans team vid Toyohashi University of Technology har intresserat sig för att utveckla nya svavelhaltiga LC-material, speciellt för högdubbelbrytande material och vridböjande nematiska LC:er, baserat på tioeter (R-S-R) bindningar som innehåller svavel, som är en del av varma källor och en av få överskottsresurser i Japan. Svavel- eller tioeterbindningar har hög polariserbarhet och förväntas vara användbara funktionella delar för att förbättra fysikaliska egenskaper, såsom brytningsindex och dubbelbrytning, jämfört med andra bindningar baserade på konventionella atomer, såsom metylen (kol) och eter (syre).

Tidigare, Biträdande professor Yuki Arakawa och hans team hade framgångsrikt utvecklat tioeterbaserade böjda molekyler som uppvisar N _T B-fas. I den här studien, vi försökte ta fram nya LC-dimerer genom att introducera motsatt riktade esterbindningar (dvs. -C=OO- och -O=CO-) till de tioeterbaserade böjda dimera molekylerna och belyser inverkan av esterbindningsriktningen på N _T B -fas beteenden. Teamet lyckades utveckla nya molekyler som uppvisar N _T B-faser över ett brett temperaturområde, inklusive rumstemperatur.

Vidare, teamet observerade ett fenomen, där spiraldelningarna (6-9 nm) för molekylerna med O=CO-ester var ungefär dubbla (11-24 nm) av de med C=OO-ester (Figur 1). Detta beror på att C =OO-ester-dimererna har fler böjda molekylgeometrier än O =CO-ester-dimererna, vilket resulterar i förbättrad molekylär precession i den spiralformade strukturen för den förra än för den senare. Finjustera den molekylära designen (dvs. esterbindningsriktningen) möjliggör manipulering av spiralformade nanostrukturer, vilket är särskilt viktigt för optiska tillämpningar.

Enligt biträdande professor Arakawa, "LC-molekyler som uppvisar det spiralformade N _T B-fas över ett brett temperaturområde, inklusive rumstemperatur, förbli sällsynt. Inga studier har tydligt avslöjat struktur-egenskapsförhållandet mellan molekylär design och den resulterande spiralformade strukturen, d.v.s. hur de spiralformade nanostrukturerna kan styras genom molekylär design. Vi tror att våra studier ger insikt i det. "