Shape Effects on the Structure and Response of the Polymeric Particles Synthesized from Cholesteric Liquid Crystal Templates

Year 2021, Volume: 37 Issue: 1, 26 - 35, 28.04.2021

Deniz Avşar Emre Büküşoğlu

Abstract

Liquid crystals (LCs) have been shown to provide molecular templates for the synthesis of polymeric particles. Past studies have revealed the elastic effects to dominate internal configuration of the LC molecular templates for the sizes below 10 µm. Sacrificial microwells were used in this study to study the effect of shapes of the particles synthesized from the cholesteric liquid crystals on their structure and response. Specifically, mixtures of diacrylate based reactive (RM257) and non-reactive mesogens (E7), and chiral dopant (S811) were initially filled into circular, triangular, square and star shaped microwells made from polyvinyl alcohol. After photopolymerization followed by the extraction of the non-reactive part, the particles were obtained. Optical and responsive characterization of the particles showed that the inherent elasticity of the liquid crystals can also be observed within the particles of the sizes of 50 µm, significantly above the usually expected sizes. We found that the three-dimensional confinement, inhomogeneous surface anchoring and the cholesteric symmetry to play a critical role in the dominant effect of elasticity at larger sizes. The findings of this study will be used in the design of responsive polymeric particles used in the sensing of the vapors of volatile organic compounds.

Keywords

liquid crystals, particles, polymers, color, response

Supporting Institution

Scientific and Technological Research Council of Turkey

Project Number

217M268

Shape Effects on the Structure and Response of the Polymeric Particles Synthesized from Cholesteric Liquid Crystal Templates

Abstract

Sıvı kristal moleküler şablonları polimerik parçacıkların sentezine olanak sağlamaktadır. Geçmiş çalışmalar sıvı kristal elastik etkilerinin 10 µm boyutlarından küçük boyutlardaki parçacıkların içsel organizasyonlarına kritik rol oynadığını göstermiştir. Bu çalışmada mikrokuyucuk yöntemi kullanılarak kolesterik şablonlu sentezlenen parçacıkların şekilleri üzerinde hakimiyet sağlanmış, yapıları ve tepkisellikleri incelenmiştir. Diakrilat gruplu reaktif (RM257) mezojenler, reaktif olmayan (E7) mezojenler ve kiral katkı maddesi (S811) karışımları öncelikle yuvarlak, üçgen, kare ve yıldız şeklindeki polivinil alkol mikrokuyucuklara doldurulmuştur. Fotopolimerizasyon ve takip eden ekstraksiyon sonucunda polimerik parçacıklar elde edilmiştir. Parçacıkların optik ve tepki karakteristikleri incelendiğinde sıvı kristal elastik enerjilerinden kaynaklı düzenlerin 50 µm boyutlarında, daha önceki çalışmalarda gözlemlenen boyutlardan daha büyük boyutlarda, etkili olduğu gözlemlenmiştir. Üç boyutlu sıkıştırılmış ortamın varlığının, homojen olmayan yüzey yöneliminin ve kolesterik düzen simetrisinin bu etkide önemli rol oynadığı bulunmuştur. Bu çalışmanın bulguları sensörler veya tepkisel malzemelerin sentezinde kullanılacak bilgiler içermektedir.

Keywords

Sıvı Kristaller, parçacıklar, polimerler, renk, tepki

Project Number

217M268

References

• [1] P. G. de Gennes, J. Prost, The Physics of Liquid Crystals; Birman, J.; Edwards, S. F.; Llewellyn Smith, C. H.; Rees, M., Eds.; Second Edi.; Oxford: New York, 1993.
• [2] T. J. White, M. E. McConney, T. J. Bunning, J. Mater. Chem. 2010, 20, 9832.
• [3] E. Bukusoglu, M. A. Bedolla-Pantoja, P. C. Mushenheim, X. Wang, N. L. Abbott, Annu. Rev. Chem. Biomol. Eng. 2016, 7, 163.
• [4] Y. Bai, N. L. Abbott, Langmuir 2011, 27, 5719.
• [5] N. Herzer, H. Guneysu, D. J. D. Davies, D. Yildirim, A. R. Vaccaro, D. J. Broer, C. W. M. Bastiaansen, A. P. H. J. Schenning, J. Am. Chem. Soc. 2012, 134, 7608.
• [6] Y. Han, K. Pacheco, C. W. M. Bastiaansen, D. J. Broer, R. P. Sijbesma, J. Am. Chem. Soc. 2010, 132, 2961.
• [7] L. Sutarlie, H. Qin, K. L. Yang, Analyst 2010, 135, 1691.
• [8] S. Iamsaard, S. J. Aßhoff, B. Matt, T. Kudernac, J. J. L. M. Cornelissen, S. P. Fletcher, N. Katsonis, Nat. Chem. 2014, 6, 229.
• [9] A. H. Gelebart, D. Liu, D. J. Mulder, K. H. J. Leunissen, J. van Gerven, A. P. H. J. Schenning, D. J. Broer, Adv. Funct. Mater. 2018, 28, 1705942.
• [10] A. Kotikian, R. L. Truby, J. W. Boley, T. J. White, J. A. Lewis, Adv. Mater. 2018, 30, 1.
• [11] W. Feng, D. J. Broer, D. Liu, Adv. Mater. 2018, 1704970, 1704970.
• [12] T. J. White, D. J. Broer, Nat. Mater. 2015, 14, 1087.
• [13] X. Wang, E. Bukusoglu, D. S. Miller, M. A. Bedolla-Pantoja, J. Xiang, O. D. Lavrentovich, N. L. Abbott, Adv. Funct. Mater. 2016, 26, 7343.
• [14] F. Mondiot, X. Wang, J. J. de Pablo, N. L. Abbott, J. Am. Chem. Soc. 2013, 135, 9972.
• [15] Y. Li, C. Pruitt, O. Rios, L. Wei, M. Rock, J. K. Keum, A. G. Mcdonald, M. R. Kessler, Macromolecules 2015, 48, 2864.
• [16] S. Petsch, R. Rix, B. Khatri, S. Schuhladen, P. Müller, R. Zentel, H. Zappe, Sensors Actuators, A Phys. 2015, 231, 44.
• [17] E. K. Fleischmann, H. L. Liang, N. Kapernaum, F. Giesselmann, J. Lagerwall, R. Zentel, Nat. Commun. 2012, 3, 1178.
• [18] A. Karausta, E. Bukusoglu, ACS Appl. Mater. Interfaces 2018, 10, 33484.
• [19] B. Akdeniz, E. Bukusoglu, Langmuir 2019, 35, 13126.
• [20] L. T. De Haan, C. Sánchez-Somolinos, C. M. W. Bastiaansen, A. P. H. J. Schenning, D. J. Broer, Angew. Chemie - Int. Ed. 2012, 51, 12469.
• [21] T. J. White, S. V. Serak, N. V. Tabiryan, R. A. Vaia, T. J. Bunning, J. Mater. Chem. 2009, 19, 1080.
• [22] Y. Sawa, F. Ye, K. Urayama, T. Takigawa, V. Gimenez-Pinto, R. L. B. Selinger, J. V. Selinger, Proc. Natl. Acad. Sci. 2011, 108, 6364.
• [23] O. Batir, E. Bat, E. Bukusoglu, Soft Matter 2020, 16, 6794.
• [24] B. Akdeniz, E. Bukusoglu, Macromol. Rapid Commun. 2019, 40, 1900160.
• [25] D. I. Avşar, E. Bukusoglu, Soft Matter 2020, 16, 8683.