Search

Optical transmission and optical microscopy studies have been carried out for dispersions of organomodified laponite in cholesteric liquid crystal (CLC) matrices. Laponite samples with different degree of exfoliation, obtained by different treatment procedures, were used, with laponite concentration in the dispersions varying from 0.05 to 0.4 %. The results obtained were compared to previously reported data on dispersions of carbon nanotubes in similar experimental conditions. As a general tendency, at low concentrations the nanoparticles tended to accumulate at the CLC texture defects, while at higher concentrations they became dispersed in the anisotropic liquid crystalline structure, with the degree of homogeneity and particle aggregation features depending upon specific features of each case.

In mixtures of nematic liquid crystals with opposite signs of dielectric anisotropy (alkylcyanobiphenyls and azoxybenzenes), a possibility of photoinduced Freedericks-type transition was realized, which could be observed both by optical transmission in a standard geometry and by changes in electric conductivity. UV irradiation leads to lowering of the planar-to-homeotropic transition threshold, and at a certain bias voltage a photoinduced transition could be realized. Trans-cis isomerization of azoxy component decreases the anisometry of its molecules, resulting in higher positive dielectric anisotropy of the material. Prospects of application of the reported effect in optoelectronic devices are discussed.

Optical transmission and selective reflection data are reported for dispersions of single-walled carbon nanotubes (SWCNT) in cholesteric liquid crystals comprising a mixture of cholesterol esters and azoxy nematic ZhK-440. The optical density was shown to be essentially non-linear with SWCNT concentration, with a minimum ascribed to formation of "stacked" aggregates of nanotubes. The location of this minimum, as well as the selective reflection maximum (helical pitch), are sensitive to partially reversible UV-induced trans-cis-trans isomerisation effects. The UV-controlled helical pitch variation was shown to be only slightly affected by introduction of carbon nanotubes. Application prospects of such materials in optoelectronic devices are considered.

In mixtures of nematic liquid crystals with opposite signs of dielectric anisotropy (4-n-pentyl-4'-cyanobiphenyl (5CB), Δε>>0, and azoxy nematic ZhK440, Δε << 0), anomalous behavior of optical transmission and electrophysical properties was observed at concentrations close to the compensation point. The observed features, which could be ascribed to enhancement of the director fluctuations, were suppressed by addition of small amounts (~0.04 %) of dispersed carbon nanotubes. In such systems, it is possible to realize the Freedericks transition at relatively small (~15 %) concentration of 5CB, preserving the possibility of UV-induced effects due to trans-cis isomerization of azoxy nematics.

Effect of guests molecules on phase transitions of model lipid membranes was studied by differential scanning calorimetry. Membranotropic action of guest molecules was estimated from the shift of "gel - liquid crystal" phase transition temperature of lipid membranes. Relationships between membranotropic action and molecular parameters of guest molecules (volume, surface area, dipole moment, anisometry, lipophilicity coefficient, fraction of the polar area, etc.) were examined. For most of the lipophilic substances studied a high linear correlations between membranotropic action and lipophilicity coefficient (r = 0.86), as well as fraction of polar molecular area (r = -0.83) were established. For hydrophilic substances such correlations were not found. For groups of substances with similar chemical nature (glycerol derivatives, ammonium compounds), high linear correlations (r > 0.8) were established between membranotropic action and such molecular parameters as surface area, volume, dipole moment.

Optical transmission and electric conductivity were measured for dispersions of multiwalled carbon nanotubes (MWCNT), organomodified montmorillonite (MMT) and for hybrid dispersions of MWCNT+MMT in 5CB nematic liquid crystal (LC). The optical transmittance jump at the nematic-isotropic transition was observed in MMT+LC (~0.1 % wt. of MMT). This behaviour was qualitatively similar to that of reported earlier for MWCNT+LC (~0.1 % wt. of MWCNT) nanocomposites, suggesting exfoliation of the organoclay plate-like particles and their incorporation into the orientationally ordered nematic structure. In hybrid dispersions the effect of MWCNT and MMT on optical transmission was additive. Noticeable differences in the electric conductivity behaviour for composites filled with MWCNTs and organomodified MMT were observed. It was shown that MWCNTs facilitated and MMT hindered the electric field-induced transition from planar to homeotropic state in the LC cell. Досліджено оптичне пропускання та електропровідність дисперсій багатостінкових вуглецевих нанотрубок (НТ), органомодифікованого монтморилоніту (ММТ) та гібридних дисперсій НТ+ММТ у нематичному рідкому кристалі (РК) 5СВ. Спостерігали стрибок оптичного пропускання при нематико-ізотропному переході у ММТ+РК (~0.1 % ММТ). Така поведінка якісно подібна раніше описанії для нанокомпозитів НТ+ РК (~0.1 % НТ), що дозволяє припустити розшаровування пласких частинок органоглини та їх вбудовування в орієнтаційно впорядковану нематичну структуру. У гібридних дисперсіях вплив НТ та ММТ на оптичне пропускання був адитивним. Відзначено істотні відмінності у поведінці електропровідності між композитами, заповненими НТ та органомодифікованим ММТ. Показано, що НТ полегшують, а частинки ММТ утруднюють індукований електричним полем перехід від планарного до гомеотропного стану у рідкокристалічній комірці. Исследовано оптическое пропускание и электропроводность дисперсий многостеночных углеродных нанотрубок (НТ), органомодифицированного монтмориллонита (ММТ) и гибридных дисперсий НТ+ММТ в нематическом жидком кристалле (ЖК) 5СВ. Наблюдался скачок оптического пропускания при нематико-изотропном переходе в ММТ+ЖК (~0.1 % ММТ). Такое поведение качественно подобно ранее описанному для нанокомпозитов НТ+ЖК (~0.1 % НТ), что позволяет предположить расслаивание плоских частиц органоглины и их встраивание в ориентационно упорядоченную нематическую структуру. В гибридных дисперсиях влияние НТ и ММТ на оптическое пропускание аддитивно. Отмечены существенные различия в поведении электропроводности между композитами, заполненными НТ и органомодифицированным ММТ. Показано, что НТ облегчают, а частицы ММТ затрудняют индуцированный электрическим полем переход из планарного в гомеотропное состояние в жидкокристаллической ячейке.

Luminescence spectra in liquid crystalline (LC) solvents were measured for stilbene, p-terphenyl, o-POPOP, 2-(1-naphtyl)-5-phenyloxazole and other compounds commonly used as luminophores or scintillators. The choice of substances was prompted by the ability of their molecules to assume different predominant conformations in different phase states (e.g., standard organic solution vs. melt-grown single crystal). For each compound studied, the luminescence spectra were compared within the sequence "standard organic solution - solution in LC matrix - single crystal". Several distinct cases could be singled out, with the luminescence peak λmax shifted to longer wavelengths, to shorter wavelengths, remaining essentially unchanged, or being split into two separate peaks corresponding to two conformations with close distribution probabilities. For each compound, the observed luminescence behavior could be easily associated with the corresponding changes in the effective molecular shape supposedly induced by the LC and crystal ordering. The obtained data could serve as a basis for future search of efficient liquid crystalline scintillators. Для стильбену, п-терфенілу, о-РОРОР, 2-(1-нафтіл)-5-фенілоксазолу та інших речовин, що використовуються як люмінофори та сцинтилятори, отримано спектри люмінесценції у рідкокристалічних (РК) середовищах. Вибір об'єктів зумовлено можливістю їх молекул приймати різні конформації в залежності від фазового стану. Для кожного люмінофора спектри випромінювання порівняно у низці "стандартний органічний розчинник - РК матриця - монокристал". Знайдено декілька різних випадків у РК середовищах, коли відбувається зсув піка люмінесценції у довгохвильову чи короткохвильову область, положення λmax залишається незмінним, або пік розділяється на два окремих, які відповідають двом конформаціям люмінофора. Для кожної сполуки така поведінка може бути пов'язана з відповідними змінами ефективної форми молекули, які індукуються РК або кристалічним впорядкуванням. Отримані результати можуть служити основою для подальшого пошуку ефективних РК сцинтиляторів. Для стильбена, п-терфенила, о-РОРОР, 2-(1-нафтил)-5-фенилоксазола и других веществ, используемых в качестве люминофоров и сцинтилляторов, измерены спектры люминесценции в жидкокриствллических (ЖК) средах. Выбор объектов обусловлен возможностью их молекул принимать различные конформации в зависимости от фазового состояния. Для каждого люминофора спектры испускания сравнивали в ряду "стандартный органический растворитель - ЖК матрица - монокристалл". В ЖК средах отмечено несколько характерных случаев, когда пик люминесценции λmax сдвигается в длинноволновую область, в коротковолновую, остаётся неизменным или разделяется на два отдельных пика, которым соответствуют две конформации люминофора. Для каждого соединения такое поведение может быть связано с соответствующими изменениями эффективной формы молекулы, индуцируемыми ЖК или кристаллическим упорядочением. Полученные результаты могут служить основой для дальнейшего поиска эффективных ЖК сцинтилляторов.

Optical transmission was measured for pellets made of polycrystalline powders of stilbene and p-terphenyl subject to pressure compaction at temperatures close to the melting point. As compared with similar samples obtained by compaction at room temperature, the transparence was substantially higher, with this difference being more pronounced at higher treatment temperatures and smaller grain size of the initial powder; also, the effect observed was noticeably stronger for trans-stilbene than for p-terphenyl. The obtained results can be explained in terms of local melting and liquid crystalline ordering of the molecules in outer layers of neighboring grains, resulting in more uniform structuring. Since the measured transparence of the samples showed good correlation with the luminescence light yield for short-range alpha-radiation, this approach can also be used as a method for express analysis of the pellet quality in experimental optimization of preparation conditions of polycrystalline organic scintillators. Досліджено оптичне пропускання для зразків полікристалічних порошків стильбену та п-терфенілу, які було піддано пресуванню при температурах, близьких до точки плавлення. У порівнянні з аналогічними зразками, пресованими при кімнатній температурі, пропускання значно збільшувалося, причому ця різниця зростала з підвищенням температури пресування і зменшенням розміру зерен. Цей ефект був помітно сильнішим для транс-стильбену у порівнянні з п-терфенілом. Отримані результати можна пояснити у термінах локального плавлення та рідкокристалічного впорядкування молекул у зовнішніх шарах сусідніх зерен. Оскільки прозорість зразків добре корелювала з світловим виходом люмінесценції для короткопробіжного альфа-випромінювання, цей підхід може бути використаний для експрес-аналізу якості пресованих зразків полікристалічних органічних сцинтиляторів. Исследовано оптическое пропускание образцов поликристаллических порошков стильбена п-терфенила, подверженных прессованию при температурах, близких к точке плавления. По сравнению с аналогичными образцами, запрессованными при комнатной температуре, пропускание значительно увеличивалось, причем это различие возрастало с повышением температуры и уменьшением размеров зерен. Данный эффект был заметно более выражен для транс-стильбена по сравнению с п-терфенилом. Полученные результаты интерпретируются в терминах локального плавления и жидкокристаллического упорядочения молекул во внешних слоях соседних зерен. Поскольку прозрачность образцов хорошо коррелирует со световыходом люминесценции для короткопробежного альфа-излучения, данный подход можно использовать для экспресс-анализа качества прессованных образцов поликристаллических органических сцинтилляторов.

Recently, a Lehmann-type effect of rotation of small single crystals of chiral substances during their dissolution at the top of a nematic droplet has been reported, with the angular velocity of rotation of the dissolving crystals of the same size being proportional to the helical twisting power of the dopant and rotational viscosity of the nematic solvent. In this paper, an inverse effect is reported - rotation of small single crystals of non-chiral substances during their dissolution at the top of a cholesteric liquid crystal matrix. The most important feature, i.e., direct proportionality of the rotation angular velocity to the degree of helical twisting, remains the same in this variant of the experiments, thus further supporting the idea that we deal with a direct evidence of transformation of the energy of chiral interactions into the energy of molecular movement. An important note is that the anisometry of the dopant is not relevant for this effect, with essentially similar results obtained for trans-stilbene and imidazole. Нещодавно було виявлено ефект, подібний до ефекту Лемана, який полягає в обертанні кристаликів хіральних речовин при їх розчиненні на поверхні краплини нематичного рідкого кристала, кутова швидкість обертання кристаликів однакового розміру пропорційна закручувальній здатності домішки та в'язкості нематичного розчинника. В цій роботі описано зворотній ефект — обертання кристаликів нехіральних речовин при їх розчиненні у холестеричній рідкокристалічній матриці. Найважливіша риса, тобто пряма пропорційність кутової швидкості обертання ступеня спірального закручування, зберігається і в цьому варіанті експерименту, підтверджуючи висновок про те, що в обох випадках ми маємо пряме свідчення перетворення енергії хіральних взаємодій в енергію молекулярного руху. Важливою особливістю є те, що молекулярна анізометрія домішки не є істотною у цьому ефекті — істотно подібні результати отримано для транс-стильбену та імідазолу. Недавно был выявлен эффект, подобный эффекту Лемана — вращение кристалликов хиральных веществ при их растворении на поверхности капли нематического жидкого кристалла; при этом угловая скорость вращения кристалликов одинакового размера пропорциональна закручивающей способности добавки и вращательной вязкости нематического растворителя. В данной работе описан обратный случай - вращение кристалликов нехиральных веществ при их растворении в холестерической жидкокристаллической матрице. Важнейшая особенность — прямая пропорциональность угловой скорости вращения степени спирального закручивания — сохраняется и в этом варианте эксперимента, подтверждая предположение о том, что в обоих случаях происходит превращение энергии хиральных взаимодействий в энергию молекулярного движения. При этом молекулярная анизометрия добавки не является существенной — близкие результаты получены для транс-стильбена и имидазола.

Mesophase formation is reported in ionic liquied crystal mixtures of lead decanoate with gadolinium alkanoates. The negative effect of Gd salts on mesophase thermal stability increased in the order stearate < undecanoate < 2-ethylhexanoate, with gadolinium-containing mesophase persisting on introduction of the non-mesogenic Gd salts up to 40%, 12% and 5%, respectively. In a ternary system, the mesophase range of ~20°C, starting below 80°C, could be obtained at ~25% gadolinium salt concentration.

Optical transmission and electric conductivity were measured as a function of temperature for thin layers of multiwall nanotubes (MWNTs) dispersed in a mixture of cyanobiphenyl nematic liquid crystals (LC) ZhK-1282. At MWNT concentrations of 0.01-0.15 wt. % , characteristic changes in transmission at the nematic-isotropic phase transition temperature evidence that MWNTs integrate into LC matrix in a manner similar to that of the conventional non-mesogenic dopants. The electrical conductivity shows a percolation-like behaviour at ultra-low MWNTs loading of LC matrix below concentration levels of ~0.01 wt. % , which reflects the high aspect ratio of the conductive filler and the existence of strong interactions between LC matrix and MWNTs.

In the Lehmann-type effect of rotation of small single crystals of chiral substances during their dissolution at the top of a nematic droplet the angular velocity of rotation of the chiral dopant crystals is experimentally shown to be dependent on the crystal dimensions, helical twisting power of the dopant (determined in independent measurements) and viscosity of the nematic solvent, whereas no rotation was observed for non-chiral dopants or in isotropic solvents under the same conditions. For systematic series of dopants (e.g., cholesterol esters), linear dependencies between the angular velocity and helical twisting power were found. It is argued that the obtained results (a) suggest a novel method for evaluation of helical twisting power, especially useful for dopants of weak chirality, and (b) are a direct evidence of transformation of the energy of chiral interactions into the energy of molecular movement.

Effects of non-mesogenic provitamin D and vitamin D upon thermal stability of cholesteric and smectic-A phases formed by mixtures of cholesterol esters have been studied. Widening of DSC and selective reflection peaks were noted for higher (>5 %) concentrations of provitamin D, which were accompanied by deviations from linearity of concentration dependences of cholesteric - isotropic and cholesteric - smectic transition temperatures. The respective limiting concentrations for provitamins D₂ and D₃ in different matrices correlate with eutectic concentration values calculated using Schroeder-van Laar equations. The results obtained present a physico-chemical basis for development of optimized sensor materials for bioequivalent UV detectors that would meet contradictory requirements of high sensitivity and high thermodynamic stability. Дослiджено вплив немезогенних провiтамiну D та вiтамiну D на термостабiльнiсть холестеричної та смектичної-А фаз, утворених сумiшами естерiв холестерину. Вiдзначено розмиття пiкiв диференцiальної скануючої калориметрiї та селективного вiдбивання для пiдвищених (>5 %) концентрацiй провiтамiну D, яке супроводжується вiдхиленнями вiд лiнiйностi концентрацiйних залежностей температур переходiв холестерик - iзотропна рiдина та холестерик - смектик. Вiдповiднi граничнi концентрацiї для провiтамiнiв D₂ та D₃ у рiзних матрицях корелюють зi значеннями евтектичних концентрацiй, розрахованих за рiвняннями Шредера-ван Лаара. Отриманi результати можуть бути фiзико-хiмiчним пiдгрунтям для розробки сенсорних матерiалiв для бiоеквiвалентних детекторiв УФ-випромiнювання, якi б поєднували високу чутливiсть та термодинамiчну стабiльнiсть. Исследовано влияние немезогенных провитамина D и витамина D на термостабильность холестерической и смектической-А фаз, образованных смесями эфиров холестерина. Отмечено размытие пиков дифференциальной сканирующей калориметрии и селективного отражения для повышенных (>5 %) концентраций провитамина D, сопровождающееся отклонениями от линейности концентрационных зависимостей температур переходов холестерик - изотропная жидкость и холестерик - смектик. Соответствующие граничные концентрации для провитаминов D₂ и D₃ в различных матрицах коррелируют со значениями эвтектических концентраций, рассчитанных по уравнениям Шредера-ван Лаара. Полученные результаты могут быть физико-химической основой для разработки сенсорных материалов для биоэквивалентных детекторов УФ излучения, которые сочетали бы высокую чувствительность и термодинамическую стабильность.

Long-range components of coefficients of SO(3)-invariant expansions of intermolecular forces (8-coefficients) have been studied for Lennard-Jones interactions between force centers (atoms). In a simple geometrical model, a new effect has been discovered, consisting in inversion of the 8-coefficient dependences upon intermolecular distances as function of molecular anisometry. Possible manifestations of this effect in experimentally observed properties of complex liquid and liquid crystalline systems are discussed, as well as its role in formation of microheterostructures. Проведено исследование дальнодействующей составляющей коэффициентов SO(3)-инвариантных разложений анизотропных межмолекулярных взаимодействий (8-коэффициентов) для леннард-джонсовских взаимодействий между силовыми центрами (атомами). Для простой геометрической модели обнаружен эффект инверсии зависимостей 8-коэффициентов от межмолекулярных расстояний как функции молекулярной анизометрии. Обсуждаются возможные проявления этого эффекта в экспериментально наблюдаемых свойствах сложных жидких и жидкокристаллических систем и его роль в образовании микрогетероструктур. Проведено дослідження далекодіючої компоненти коєФіцієнтів SO(3)-інваріантних розкладів анізотропних міжмолекулярних взаємодій (U-коефіцієнтів) для леннард-джонсівських взаємодій між силовими центрами (атомами). Для простої геометричної моделі виявлено ефект інверсії залежностей U-коефіцієнтів від міжмолекулярних відстаней як функції молекулярної анізометрії. Обговорюються можливі прояви цього ефекту в експериментально спостережуваних властивостях складних рідких та рідкокристалічних систем та його роль в утворенні мікрогетероструктур.

Mechanisms of interaction between the antimicrobial drugs decamethoxinum and aethonium, which are based on bisquaternary ammonium compounds, and a phospholipid component of biological membranes, dipalmitoylphosphatidylcholine, were studied by means of liquid secondary ion mass spectrometry (LSIMS) and differential scanning calorimetry (DSC). Supramolecular complexes of the drugs with this phospholipid were recorded under secondary ion mass spectrometric conditions. The dependence of the structures of these complexes on structural parameters of the dications of the bisquaternary ammonium compounds was demonstrated. Tandem mass spectrometric investigations of the metastable decay of doubly charged ions of decamethoxinum and aethonium complexes with dipalmitoylphosphatidylcholine allowed estimation of structural parameters of these complexes in the gas phase. Interactions of decamethoxinum and aethonium with model membrane assemblies built from hydrated dipalmitoylphosphatidylcholine were studied using DSC. It was shown that while both drugs can interact with model membranes, the mechanisms of such interactions for decamethoxinum and aethonium differ. The correlation between the nature of these interactions and structural and electronic parameters of the dications of the two bisquaternary agents is discussed. Interpretation of combined mass spectrometric and calorimetric experimental data led to proposals that the molecular mechanisms of antimicrobial action of bisquaternary ammonium compounds are related to their effect on the membrane phospholipid components of microbial cells. Copyright (C) 2002 John Wiley Sons, Ltd.