Free-form Light Actuators - Fabricage en Controle van de Aandrijving in microscopische schaal

Figuur 1 toont de optische set-up voor laser schrijven. Het systeem bestaat uit een 780 nm fiber laser genereren van 130 FSEC puls op de herhaling snelheid van 100 MHz. De laserbundel wordt gereflecteerd in een telescoop aan het balkprofiel passen aan de optische microscoop objectief opening waar het wordt gefocusseerd in het monster. Op de microscoop wordt een 3D piëzo podium geïnstalleerd met een 300 x 300 x 300 urn 3 actieradius voor proefvertaling met een maximale snelheid van 100 pm / s bij een resolutie van 2 nm. Lineair gepolariseerd licht van een rood licht verlicht het monster uit de top, terwijl het beeld aan de onderkant van hetzelfde doel wordt verzameld en gereflecteerd door bundelsplitser een CCD camera. Voor de camera is een polarisator gebruikt ter verlichting gepolariseerd contrast verbetert verkrijgen. Figuur 2 toont het scanning electron microscoop (SEM) beelden van de met laser IP-L micrograting patronen (stap 1). De groef afstand in het traject van 400 – 1200 nm, terwijl de hoogte van de groeven (top tot dal) is ongeveer 700 nm. Rooster patronen met verschillende oriëntaties kunnen verschillende uitlijningen LC opwekken, afhankelijk van de gewenste bediening LCE element. Figuur 3 toont de LC monomeer oriëntatie geïnduceerd door de IP-L raster patronen (stap 2,7). Eerst worden vier soorten micro-roosterpatroon met 100 x 100 pm2 maat elk werden vervaardigd aan weerszijden van een glazen cel (schematisch weergegeven in figuur 3a). Als gevolg van de oppervlakte verankering, hebben de geïnfiltreerd LC-monomeren georiënteerd samen met het rooster lijnen richting, waardoor het tentoonstellen van 45 ° contrast inversie in de gepolariseerde optische microscoop (POM) image (Figuur 3b). <p class="jove_content" fo:keep-together.within-pleeftijd = "1"> Figuur 4 toont de SEM foto van een LCE nano dot / lijn gefabriceerd op IP-L raster netwerken met verschillende oriëntatie (stap 2.10). Binnen het raster netwerk LCE structuren worden meerdere afgebakende, met veel hogere weerstand tegen de ontwikkeling in tolueen. Een minimale breedte van de losgemaakte LCE is gemeten op ~ 300 nm, wat overeenkomt met de resolutie van DLW zonder roosterpatroon zijn. Een andere interessante benadering voor fotonische toepassing zou de ontwikkeling van grootschalige periodieke structuur. Figuur 4 (c, d) toont 2D LCE periodieke structuren binnen een micro-rooster netwerk. De positioneringen zijn goed geconserveerd binnen deze nanostructuren zoals getoond in de ingevoegde POM beelden van figuur 4 (c, d). Echter, kan door licht geïnduceerde deformatie niet worden verkregen die nanostructuren. Dit komt omdat in de IP-L raspen, de nano-LCE elementen zijn zeer beperkt en de hechting voorkomt zichtbare vervorming. </p> De micro manipulatie is gebaseerd op een zelfgemaakte gereflecteerde microscoop en wordt schematisch weergegeven in figuur 5. Een 10X objectief is bevestigd aan een buis lens geplaatst op een verticaal staande optische breadboard. Een 730 nm IR LED lichtbron voor de verlichting via een niet-gepolariseerde bundelsplitser. Het gereflecteerde beeld wordt verzameld door hetzelfde doel en geprojecteerd op de camera. Een dichte toestand 532 nm laser is in de doelstelling gekoppeld door een lange pass dichroïsche spiegel (50% transmissie en reflectie bij 567 nm) bij een invalshoek van 45 °. Een power meter meet de doorgaande bundel na de dichroïsche spiegel voor real time detectie van laservermogen. Een losjes gefocusseerde laserspot van ~ 150 urn een doorsnede maximale verlichtingssterkte van ~ 10 W / mm2. Laser intensiteit wordt geregeld door een variabele grijsfilter geplaatst voor de laser. Onder de doelstelling, een 3D-handleiding translation fase wordt gebruikt voor proefvertaling. Een verwarmingsstap de translatietrap geïnstalleerd wordt gebruikt voor een nauwkeurige controle van de monstertemperatuur binnen een bereik van -20 tot 120 ° C met 0,5 ° C nauwkeurigheid. Twee glazen tips gemonteerd op twee handmatige vertaling trappen zijn geplaatst aan de linker en rechterkant, bij de monsterpositie. Structuur micro manipulatie kan worden gerealiseerd door voorzichtig bewegen van de uiteinden met behulp van de vertaling fasen. Om de uitlijning en vervorming correlatie aan te tonen, fabriceren we vier LCE cilindervormige structuren met 60 micrometer diameter en 20 urn hoogte. Deze cilinders zijn geschreven op vier verschillend georiënteerde IP-L rooster regio's (1 micrometer periode). Onder licht excitatie, de kleurstoffen in de LCE licht absorberen energie en over te dragen in het netwerk. De LCE structuren worden opgewarmd en vervolgens ondergaan faseovergang (nematisch naar isotroop). Dergelijke faseovergang wordt ook bevorderdde trans cis isomerisatie van de kleurstof onder dezelfde licht stimuli. Zo, de structuren contract langs de originele LC uitlijning directeur en uit te breiden in de loodrechte richting 7. Afhankelijk van de verschillende lokale uitlijning geïnduceerd door de IP-L roosters, deze structuren vervormen langs verschillende richtingen, zoals weergegeven in figuur 6 (stap 3,1). Deze techniek maakt de creatie van verbinding actuatoren, die meer dan één type uitlijning in één enkele structuur bevatten. Een 400 × 40 × 20 micrometer 3 formaat LCE streep met twee secties van uitlijnpatroon werd vervaardigd, zoals schematisch in figuur 7 getoond (a). Die afstemming rubrieken bevatten elk een 90 ° gedraaide oriëntatie in een andere richting. Het oppervlak met parallelle uitlijning contracten, terwijl degene met loodrechte lijn breidt onder lichte verlichting. De structuur is pi geweestcked up door de Micromanipulatie systeem, en in de lucht gehouden door een glas tip. Dubbele buiging werd waargenomen onder lichte verlichting (Stap 3.3). Een gemoduleerde laserbundel (met een optische chopper) kan cyclische vervormingen veroorzaken. LCE kan reageren na de laser modulatiefrequentie (> 1k Hz). De vervorming amplitude afneemt met toenemende frequentie 14. Figuur 1: Optische instellen voor Direct Laser schrijven van een 780 nm laserbundel (130 FSEC pols, herhaling snelheid van 100 MHz) wordt gekoppeld in een microscoop en gericht door een microscoop objectief optisch in het monster.. Een 3D piëzo podium met 300 × 300 × 300 micrometer 3 bewegingsbereik wordt gebruikt voor de proefvertaling tijdens de belichting laser. Klik hier om een la te bekijken rger versie van deze figuur. Figuur 2:. SEM Beelden van IP-L Micro-roosters a) Unidirectionele parallelle lijn structuur. b) Radiaal rooster patroon. Schaal bar:. 10 pm Klik hier voor een grotere versie van deze figuur te bekijken. Figuur 3:. IP-L Micro-rooster induceren LC Orientation a) Schema van de micro-rooster patronen ontworpen voor LC oriëntatie. b) POM beeld van de de LC oriëntatie geïnduceerd door de micrograting patronen. De schaal bar is 50 micrometer. De rode kleur wordt veroorzaakt door het filter dat de foto-polymerisatie voorkomt.ge.jpg "target =" _ blank "> Klik hier om een ​​grotere versie van deze figuur te bekijken. Figuur 4:. SEM afbeeldingen van LCE nanostructuren ingesloten in IP-netwerken L Grating a) en b) twee-micro rooster patronen werden vervaardigd door DB langs verschillende richtingen, terwijl LCE nanodots worden vervaardigd binnen het raster netwerk. c) en d) Periodieke LCE nanostructuren ingebed in hetzelfde type IP-L roosters. Inzetstukken zijn POM beeld van de structuren. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken. Figuur 5:. Schema van de Micromanipulatie inrichten van een CW solid state 532 nm laser wordt gekoppeld in een Zelfgemaakte microscoop systeem. Een 10X doelstelling wordt gebruikt voor beeldvorming en focusseren van de 532 nm laser voor excitatie. Twee handmatige vertaling podia uitgerust met glas tip manipulatoren worden gebruikt voor monster micro-manipulatie. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken. Figuur 6: Lichte bediening van LCE Micro-cilinders op vier verschillende IP-L Micrograting regio's met verschillende oriëntaties a) Vier LCE cilindervormige structuren met 60 micrometer diameter en 20 urn hoogte, geschreven op vier verschillend georiënteerde micro-rooster regio's.. b) LCE cilinders vervormen langs verschillende assen (afhankelijk van het raster geïnduceerde uitlijningen) bij blootstelling aan een 532 nm laserstraling (10 W -2 mm). Schaal bar: 100 micrometer.les / ftp_upload / 53744 / 53744fig6large.jpg "target =" _ blank "> Klik hier om een ​​grotere versie van deze figuur te bekijken. Figuur 7: Licht-aangedreven Vervorming van LCE Microstructuren met Multiple Molecular Alignementen a) Schematische weergave van de twee delen van tegengestelde 90 ° verdraaide uitlijningen in één LCE streep.. b) en c) Optische beelden van een 400 pm lang LCE streep buigen in tegengestelde richtingen onder 532 nm laser verlichting (3 W mm -2) 8. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.