Article (Périodiques scientifiques)
Isotropic–isotropic phase separation and spinodal decomposition in liquid crystal–solvent mixtures
REYES, Catherine; BALLER, Jörg; Araki, Takeaki et al.
2019In Soft Matter, 15, p. 6044-6054
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Mots-clés :
liquid crystal; 5CB; phase separation; ethanol; binary mixtures; water; phase diagram; free energy; concentration gradient; polarized optical microscopy; DSC; numerical simulation
Résumé :
[en] Phase separation in mixtures forming liquid crystal (LC) phases is an important yet under- appreciated phenomenon that can drastically influence the behaviour of a multi-component LC. Here we demonstrate, using polarising microscopy with active cooling as well as differential scanning calorimetry, that the phase diagram for mixtures of the LC-forming compound 4’-n- pentylbiphenyl-4-carbonitrile (5CB) with ethanol is surprisingly complex. Binary mixtures reveal a broad miscibility gap that leads to phase separation between two distinct isotropic phases via spinodal decomposition or nucleation and growth. On further cooling the nematic phase enters on the 5CB-rich side, adding to the complexity. Significantly, water contamination dramatically raises the temperature range of the miscibility gap, bringing up the critical temperature for spinodal de- composition from ∼ 2◦C for the anhydrous case to > 50◦C if just 3 vol.% water is added to the ethanol. We support the experiments with a theoretical treatment that qualitatively reproduces the phase diagrams as well as the transition dynamics, with and without water. Our study highlights the impact of phase separation in LC-forming mixtures, spanning from equilibrium coexistence of multiple liquid phases to non-equilibrium effects due to persistent spatial concentration gradients.
Disciplines :
Science des matériaux & ingénierie
Chimie
Physique
Physique, chimie, mathématiques & sciences de la terre: Multidisciplinaire, généralités & autres
Ingénierie chimique
Ingénierie, informatique & technologie: Multidisciplinaire, généralités & autres
Auteur, co-auteur :
REYES, Catherine ;  University of Luxembourg > Faculty of Science, Technology and Communication (FSTC) > Physics and Materials Science Research Unit
BALLER, Jörg ;  University of Luxembourg > Faculty of Science, Technology and Communication (FSTC) > Physics and Materials Science Research Unit
Araki, Takeaki;  Kyoto University > Department of Physics
LAGERWALL, Jan  ;  University of Luxembourg > Faculty of Science, Technology and Communication (FSTC) > Physics and Materials Science Research Unit
Co-auteurs externes :
yes
Langue du document :
Anglais
Titre :
Isotropic–isotropic phase separation and spinodal decomposition in liquid crystal–solvent mixtures
Date de publication/diffusion :
14 juin 2019
Titre du périodique :
Soft Matter
ISSN :
1744-683X
eISSN :
1744-6848
Maison d'édition :
Royal Society of Chemistry, Cambridge, Royaume-Uni
Volume/Tome :
15
Pagination :
6044-6054
Peer reviewed :
Peer reviewed vérifié par ORBi
Focus Area :
Physics and Materials Science
Projet européen :
H2020 - 648763 - INTERACT - Intelligent Non-woven Textiles and Elastomeric Responsive materials by Advancing liquid Crystal Technology
Organisme subsidiant :
CE - Commission Européenne
European Union
Disponible sur ORBilu :
depuis le 28 août 2019

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