"Liquid-crystal-mediated self-assembly at nanodroplet interfaces". J. A. Moreno-Razo, E. J. Sambriski, N. L. Abbott, J. P. Hernández-Ortiz, J. J. de Pablo. NATURE 485, 86 (2012). DOI: 10.1038/nature11084
Technological applications of liquid crystals have generally relied on
control of molecular orientation at a surface or an interface. Such control has been achieved through topography, chemistry and the adsorption of monolayers or surfactants.
The role of the substrate or interface has been to impart order over
visible length scales and to confine the liquid crystal in a device.
Here, we report results from a computational study of a
liquid-crystal-based system in which the opposite is true: the liquid
crystal is used to impart order on the interfacial arrangement of a
surfactant. Recent experiments on macroscopic interfaces have hinted
that an interfacial coupling between bulk liquid crystal and surfactant
can lead to a two-dimensional phase separation of the surfactant at the
interface,
but have not had the resolution to measure the structure of the
resulting phases. To enhance that coupling, we consider the limit of
nanodroplets, the interfaces of which are decorated with surfactant
molecules that promote local perpendicular orientation of mesogens
within the droplet. In the absence of surfactant, mesogens at the
interface are all parallel to that interface. As the droplet is cooled,
the mesogens undergo a transition from a disordered (isotropic) to an
ordered (nematic or smectic) liquid-crystal phase. As this happens,
mesogens within the droplet cause a transition of the surfactant at the
interface, which forms new ordered nanophases with morphologies
dependent on surfactant concentration. Such nanophases are reminiscent
of those encountered in block copolymers, and include circular, striped and worm-like patterns.
Las aplicaciones tecnológicas de los cristales líquidos generalmente están dedicadas al control de la orientación molecular en una superficie o en una interfaz. Tal control se ha logrado a través de la topografía, la química y la adsorción de monocapas o de tensoactivos. El papel del substrato o de la interfaz es el de llevar el ordenamiento a escalas de longitud visible y el de confinar al cristal líquido en algún dispositivo. Aquí se reportan resultados provenientes de un estudio computacional de un sistema basado en cristales líquidos, en el cual también es cierto lo opuesto: los cristales líquidos son usados para inducir ordenamientos sobre los arreglos interfaciales de un tensoactivo. Experimentos recientes en interfaces macroscópicas indican que un acoplamiento interfacial entre el cristal líquido en bulto y el tensoactivo puede originar una separación de fase bidimensional del tensoactivo en la interface, pero no se ha tenido la resolución necesaria para medir la estructura de las fases resultantes. Para aumentar el acoplamiento se considera el caso límite de nanogotas, cuyas interfaces están decoradas con tensoactivos que inducen la orientación perpendicular local de los mesógenos en las gotas. En ausencia de tensoactivos, los mesógenos en la interfaz se encuentran todos paralelos a la interfaz misma. Conforme las gotas se enfrían, los mesógenos experimentan una transición desde una fase desordenada (isotrópica) hacia una fase ordenada (nemática o smética). Conforme esto ocurre, los mesógenos de las gotas provocan una transición de los tensoactivos en la interfaz, lo cual da lugar a nuevas nanofases ordenadas con morfologías que dependen de la concentración de los tensoactivos. Tales nanofases son reminiscencias de aquellas encontradas en los copolímeros de bloque, e incluyen arreglos circulares, en forma de franjas o en forma de gusanos.
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