Free-forme légère Actionneurs - Fabrication et contrôle des Actuation dans l'échelle microscopique

La figure 1 montre l'optique mise en place pour l' écriture laser. Le système se compose d'un laser à fibre de 780 nm générant 130 impulsions fsec au taux de 100 MHz de répétition. Le faisceau laser est réfléchi dans un télescope pour ajuster le profil de faisceau pour l'ouverture de l'objectif de microscope optique où il est focalisé sur l'échantillon. Au microscope, une étape de piezo 3D est installé avec une gamme de 300 x 300 x 300 um 3 de déplacement pour la traduction de l' échantillon avec une vitesse maximale de 100 um / s à une résolution de 2 nm. la lumière polarisée linéairement provenant d'une lampe rouge éclaire l'échantillon par le haut, tandis que l'image est collectée au fond par le même objectif et réfléchie par un séparateur de faisceau dans une caméra CCD. Avant la caméra, un autre polariseur est utilisé pour obtenir un éclairage polarisé croix pour améliorer le contraste. La figure 2 montre les elec de balayagetron microscope (SEM) images du laser écrites IP-L modèles de micrograting (étape 1). L'espacement des rainures est dans la gamme de 400 – 1200 nm, tandis que la hauteur des rainures (top-to-vallée) est d'environ 700 nm. des motifs de réseaux avec des orientations différentes peuvent induire différents alignements LC, en fonction de l'actionnement de l'élément souhaité LCE. La figure 3 montre l'orientation des monomères à cristaux liquides induite par les motifs de réseau IP-L (étape 2.7). Tout d' abord, les quatre types de motif de micro-réseau avec 100 x 100 um de taille 2 ont été fabriquées chacune sur des côtés opposés d'une cellule de verre (représenté schématiquement sur ​​la figure 3a). En raison de l'ancrage de surface, les monomères LC infiltrés ont été orientées selon la direction des lignes de réseau, présentant ainsi 45 ° d' inversion de contraste dans le microscope optique polarisé (POM) , l' image (figure 3b). <p class="jove_content" fo:keep-together.within-page = "1"> La figure 4 montre les images SEM d'un LCE nano dot / ligne fabriqué sur IP-L réseaux de réseau avec une orientation différente (étape 2.10). Réseau au sein du réseau, les structures de LCE deviennent plus confiné, avec une résistance beaucoup plus élevée au développement dans le toluène. Une largeur minimale de la LCE déconnectée a été mesurée à ~ 300 nm, ce qui correspond à la résolution de DLW sans que le motif de réseau. Une autre approche intéressante pour l' application photonique pourrait être la réalisation de la structure périodique à grande échelle. Figure 4 (c, d) montre 2D LCE structures périodiques au sein d' un réseau de micro-réseau. Les alignements sont bien conservés à l' intérieur de ces nanostructures, comme indiqué dans les images insérées POM de la figure 4 (c, d). Cependant, la lumière induite par la déformation ne pouvait pas être obtenue dans ces nanostructures. En effet, au sein de l'IP-L réseau, les éléments nano-LCE ont été très confiné et adhérence empêche toute déformation visible. </p> Le système de manipulation de micro repose sur un microscope fait maison réfléchie et est représenté schématiquement sur ​​la figure 5. Un objectif 10X est fixé sur un tube de lentille placée sur une carte de test optique debout verticalement. A 730 nm IR LED source de lumière est utilisée pour l'éclairage à travers un diviseur de faisceau non polarisé. L'image réfléchie est recueillie par le même objectif et projetée sur la caméra. Un état solide à 532 nm laser continu est couplé à l'objectif par un miroir longue passe dichroïque (50% de transmission et de réflexion à 567 nm) à un angle d'incidence de 45 °. Un compteur électrique mesure le faisceau transmis après que le miroir dichroïque pour la détection en temps réel de la puissance du laser. Un spot laser focalisé vaguement de ~ 150 um de diamètre génère intensité lumineuse maximale de ~ 10 W / mm 2. l'intensité du laser est contrôlée par un filtre de densité neutre variable de placée en face du laser. Ci-dessous l'objectif, un tr manuel 3Dstade de anslation est utilisé pour la traduction de l'échantillon. Une étape de chauffage est installé sur l'étage de translation est utilisé pour un contrôle précis de la température de l'échantillon dans un intervalle de -20 à 120 ° C à 0,5 ° C précision. Deux conseils de verre montées sur deux étapes manuelles de traduction ont été placés sur les côtés droit et gauche, près de la position de l'échantillon. Structure micro manipulation peut être réalisée en déplaçant soigneusement les conseils avec l'aide des étapes de traduction. Pour démontrer l'alignement et la déformation de corrélation, nous fabriquons quatre structures LCE cylindriques avec 60 um de diamètre et de 20 um de hauteur. Ces cylindres sont écrits sur quatre-L IP réseau des régions orientées différemment (1 um d'époque). Sous la lumière d'excitation, les colorants à l'intérieur du LCE absorbent l'énergie de la lumière et de la transférer dans le réseau. Les structures de LCE sont chauffés puis subissent la phase de transition (nématique isotropes). transition Cette phase est également aidépar le trans isomérisation cis du colorant dans les mêmes stimuli lumineux. Ainsi, le contrat de structures le long de la LC directeur d' origine d'alignement et d' élargir dans la direction perpendiculaire 7. En fonction des différents alignements locaux induits par les réseaux IP-L, ces structures se déforment selon des directions différentes, comme le montre la figure 6 (étape 3.1). Cette technique permet la création d'actionneurs de composés, qui contiennent plus d'un type d'alignement dans une structure unique. A 400 × 40 × 20 pm 3 taille LCE bande avec deux sections de motif d'alignement a été fabriqué, comme le montre schématiquement la figure 7 (a). Les sections d'alignement comportent chacun une orientation à 90 ° tordue dans une direction différente. La surface avec des contrats d'alignement parallèles, tandis que celui avec l'alignement perpendiculaire se dilate sous l'éclairage de la lumière. La structure a été picked par le système de micromanipulation, et maintenu en l'air par une pointe de verre. Double flexion a été observée sous un éclairage de lumière (étape 3.3). Un faisceau laser modulé (à l'aide d'un hacheur optique) peut induire des déformations cycliques. LCE peut réagir suite à la fréquence de modulation laser (> Hz 1k). Cependant, l'amplitude de la déformation diminue avec l' augmentation de la fréquence 14. Figure 1: Configuration optique pour Direct Laser Writing Un faisceau 780 nm laser (130 impulsions fsec, de taux de 100 MHz de répétition) est couplée à un microscope et focalisé par un objectif de microscope optique dans l'échantillon.. Une étape piézoélectrique 3D avec la gamme de 300 × 300 × 300 um 3 Voyage est utilisé pour la traduction de l' échantillon pendant l' exposition au laser. S'il vous plaît cliquer ici pour voir a la version rger de ce chiffre. Figure 2:. SEM Images de IP-L Micro-réseaux a) la structure de ligne parallèle unidirectionnelle. b) Radial motif de réseau. Barre d' échelle:. 10 pm S'il vous plaît cliquer ici pour voir une version plus grande de cette figure. Figure 3:. IP-L micro-réseau Induire LC orientation a) Représentation schématique des configurations de micro-réseau destinés à l'orientation LC. b) Image en POM de l'orientation du CL induite par les motifs de micrograting. La barre d'échelle est de 50 um. La couleur rouge est due au filtre qui empêche la photo-polymérisation.ge.jpg "target =" _ blank "> S'il vous plaît cliquer ici pour voir une version plus grande de cette figure. Figure 4:. SEM Images de Nanostructures LCE embarqués intérieur IP-L Réseaux caillebotis a) et b) Deux modèles de micro-réseau ont été fabriqués par DLW selon des directions différentes, tandis que nanodots LCE sont fabriqués au sein du réseau de réseau. c) et d) des structures de nano LCE périodiques intégrés dans le même type d'IP-L caillebotis. Insets sont l' image POM des structures. S'il vous plaît cliquer ici pour voir une version plus grande de cette figure. Figure 5:. Schéma de l'installation de micromanipulation A CW à l' état ​​solide 532 nm laser est couplé dans un home-made système de microscope. Un objectif 10X est utilisé pour l'imagerie et la focalisation du laser de 532 nm pour l'excitation. Deux étapes de traduction manuelles équipées de manipulateurs de pointe en verre sont utilisés pour l' échantillon de micro-manipulation. S'il vous plaît cliquer ici pour voir une version plus grande de cette figure. Figure 6: Lumière Actuation de LCE micro-cylindres sur quatre différents IP L Régions Micrograting avec des orientations différentes : a) Quatre LCE structures cylindriques avec 60 um de diamètre et de 20 um de hauteur, écrites sur quatre orientées différemment les régions de micro-réseau.. b) les cylindres porte – LCE se déforment selon des axes différents (selon le réseau de diffraction induit par les alignements) lorsqu'ils sont exposés à un rayonnement laser de 532 nm (10 W -2 mm). Barre d'échelle: 100 um.les / ftp_upload / 53744 / 53744fig6large.jpg "target =" _ blank "> S'il vous plaît cliquer ici pour voir une version plus grande de cette figure. Figure 7: Déformation Light-conduit de microstructures LCE avec Alignements moléculaires multiples a) Schéma de deux sections de 90 ° opposées alignements torsadées en une seule bande de LCE.. b) et c) des images optiques d'une longue bande de 400 um LCE flexion dans des directions opposées sous 532 nm éclairage laser (3 W mm -2) 8. S'il vous plaît cliquer ici pour voir une version plus grande de cette figure.