Freiform-Lichtaktoren - Herstellung und Steuerung der Betätigung in mikroskopischer Skala

Abbildung 1 zeigt die optische Einrichtung für Laserbeschriftung. Das System besteht aus einem 780 nm-Faserlaser 130 fsec Impuls mit der Wiederholungsrate von 100 MHz zu erzeugen. Der Laserstrahl wird in ein Teleskop reflektiert das Strahlprofil zur optischen Mikroskopobjektivöffnung einzustellen, wo es in die Probe fokussiert wird. Auf dem Mikroskop wird ein 3D – Piezotisch mit einem 300 installiert × 300 × 300 & mgr; m 3 Fahrbereich für Probeübersetzung mit einer maximalen Geschwindigkeit von 100 & mgr; m / s bei 2 nm Auflösung. Linear polarisiertes Licht von einer roten Lampe beleuchtet die Probe von oben, während das Bild auf dem Boden durch das gleiche Ziel und reflektiert durch einen Strahlteiler in eine CCD-Kamera aufgefangen wird. Vor der Kamera wird ein weiterer Polarisator verwendet kreuzpolarisierte Beleuchtung für erhöhten Kontrast zu erhalten. Abbildung 2 zeigt die Scan elektron-Mikroskop (SEM) -Bilder des Lasers geschrieben IP-L micrograting Muster (Schritt 1). Der Rillenabstand liegt im Bereich von 400 – 1200 nm, während die Höhe der Rillen (top-to-valley) etwa 700 nm ist. Gitterstrukturen mit unterschiedlichen Orientierungen können unterschiedliche Ausrichtungen LC induzieren, abhängig von der gewünschten Betätigung des LCE-Element. Figur 3 zeigt die Ausrichtung LC – Monomer durch die Gittermuster IP-L induzierte (Schritt 2.7). Zuerst wurden vier Arten von Mikrogittermuster mit 100 × 100 & mgr; m 2 Fläche wurden jeweils auf gegenüberliegenden Seiten einer Glaszelle hergestellt (schematisch in 3a gezeigt). Aufgrund der Oberflächenverankerung wurden die infiltrierten LC – Monomere wurden mit der Gitterlinien Richtung orientiert entlang, wodurch 45 ° Kontrastumkehr aufweist in dem Polarisationslichtmikroskop (POM) Bild (Abbildung 3b). <p class="jove_content" fo:keep-together.within-page = "1"> Abbildung 4 zeigt die REM – Aufnahmen eines LCE Nano Punkt / Linie gefertigt auf der IP-L Gitternetze mit unterschiedlicher Ausrichtung (Schritt 2.10). Innerhalb des Gitternetzes, werden die LCE Strukturen beschränkt ist, mit einer viel höheren Beständigkeit gegenüber der Entwicklung in Toluol. Eine minimale Breite des abgezogenen LCE wurde gemessen ~ 300 nm zu sein, die mit der Auflösung von DLW ohne das Gittermuster übereinstimmt. Ein weiterer interessanter Ansatz für die photonische Anwendung könnte die Realisierung von großen periodischen Struktur dar. 4 (c, d) zeigt 2D LCE periodische Strukturen innerhalb eines Mikrogitternetzwerk. Die Ausrichtungen sind gut innerhalb dieser Nanostrukturen erhalten, wie es in den eingesetzten POM Bilder von Figur 4 gezeigt (c, d). Jedoch Licht induzierte Verformung nicht in diesen Nanostrukturen erhalten werden konnten. Dies liegt daran, innerhalb des IP-L-Gitter haben die Nano-LCE Elemente stark beschränkt worden und Haftung verhindert jegliche sichtbare Verformung. </p> Die Mikromanipulationssystem ist auf einem hausgemachten basierend reflektiert Mikroskop und ist schematisch in 5 gezeigt. Eine 10X – Objektiv auf einem Linsentubus auf einem vertikal stehenden optischen Steckbrett platziert fixiert. A 730 nm IR-LED-Lichtquelle zur Beleuchtung durch einen nicht polarisierenden Strahlteiler verwendet. Das reflektierte Bild wird durch das gleiche Ziel und projiziert auf die Kamera aufgefangen. Eine kontinuierliche Festkörper-532 nm-Laser wird durch einen langen Durchgang dichroitischen Spiegel (50% Transmission und Reflexion bei 567 nm) bei einem Einfallswinkel von 45 ° in das Objektiv gekoppelt ist. Ein Stromzähler misst die übertragene Strahl nach dem dichroitischen Spiegel für die Echtzeit-Detektion von Laserleistung. Eine lose fokussierte Laserpunkt von ~ 150 & mgr; m Durchmesser erzeugt maximale Beleuchtungsstärke von ~ 10 W / mm 2. Laserintensität wird durch eine variable Neutraldichtefilter vor dem Laser angeordnet gesteuert. Unter dem Ziel, ein 3D-Handbuch translation Stufe wird für die Proben Übersetzung verwendet. Eine Erwärmungsstufe auf der Translationsbühne installiert ist für eine präzise Steuerung der Probentemperatur in einem Bereich von -20 bis 120 ° C mit 0,5 ° C Genauigkeit verwendet. Zwei Glasspitzen montiert auf zwei manuelle Übersetzung Stufen wurden auf der linken und rechten Seite platziert, in der Nähe der Probenposition. Struktur Mikromanipulation kann sorgfältig realisiert werden, indem die Spitzen mit Hilfe der Übersetzungsstufen zu bewegen. Um die Ausrichtung und Verformung Korrelation zeigen, fertigen wir vier LCE zylindrische Strukturen mit 60 & mgr; m Durchmesser und 20 & mgr; m Höhe. Diese Zylinder sind auf vier unterschiedlich orientierte IP-L Gitterbereiche geschrieben (1 & mgr; m-Periode). Unter Lichtanregung, die Farbstoffe im Inneren des LCE absorbieren Lichtenergie und übertragen sie in das Netzwerk. Die LCE Strukturen werden erhitzt und dann Phasenübergang (nematisch zu isotrop) unterzogen werden. Solche Phasenübergang wird auch dazu beigetragen,durch das trans zu cis Isomerisierung des Farbstoffes unter den gleichen Lichtreize. So erweitern die Strukturen Vertrag entlang der ursprünglichen LC Ausrichtung Direktor und in der senkrechten Richtung 7. In Abhängigkeit von verschiedenen lokalen Alignments von den IP-L – Gitter induziert wird , verformen sich diese Strukturen entlang unterschiedlichen Richtungen, wie in Figur 6 gezeigt (Schritt 3.1). Diese Technik ermöglicht die Erzeugung von Misch Aktoren, die in einer einzigen Struktur mehr als eine Art von Ausrichtungs enthalten. A 400 × 40 × 20 & mgr; m 3 Größe LCE Streifen mit zwei Abschnitten Ausrichtungsmuster wurde hergestellt, wie schematisch in Figur 7 (a) gezeigt. Diese Ausrichtung Abschnitte enthalten jeweils eine 90 ° verdrehten Orientierung in eine andere Richtung. Die Oberfläche mit paralleler Ausrichtung Verträge, während die mit senkrechten Ausrichtung dehnt sich unter Lichtbeleuchtung. Die Struktur wurde pidurch die Mikromanipulationssystem cked auf, und in der Luft durch eine Glasspitze gehalten. Doppelbiege wurde unter Lichtbeleuchtung (Schritt 3.3) beobachtet. Ein modulierten Laserstrahl (einen optischen Choppers) können zyklischen Verformungen induzieren. LCE können im Anschluss an die Lasermodulationsfrequenz (> 1 kHz) reagieren. Jedoch nimmt die Deformationsamplitude mit steigender Frequenz 14. Abbildung 1: Optische Set Up für DLS – A 780 nm Laserstrahl (130 fsec Puls, Wiederholungsrate von 100 MHz) gekoppelt ist , in ein Mikroskop und durch ein optisches Mikroskop – Objektiv in die Probe fokussiert.. Eine 3D – Piezotisch mit 300 × 300 × 300 & mgr; m 3 Fahrbereich wird für die Probeübersetzung während der Laserbelichtung verwendet. Bitte klicken Sie hier um ein la anzuzeigen rger Version dieser Figur. Abbildung 2:. REM – Aufnahmen von IP-L Micro-Gitter a) unidirektional parallel Linienstruktur. b) Radialgittermuster. Maßstabsbalken:. 10 & mgr; m Bitte klicken Sie hier um eine größere Version dieser Figur zu sehen. Abbildung 3:. IP-L Micro-Gitter LC Orientierung Induce a) Schematische Darstellung des Mikrogittermuster für die LC – Ausrichtung entwickelt. b) POM Bild der die LC-Orientierung durch die micrograting Muster induziert. Der Maßstab ist 50 & mgr; m. Die rote Farbe ist auf dem Filter, die die Photopolymerisation verhindert.ge.jpg "target =" _ blank "> Bitte hier klicken, um eine größere Version dieser Figur zu sehen. Abbildung 4:. REM – Aufnahmen von LCE Nano Embedded Innen IP-L Grating Networks a) und b) Zwei Mikrogittermuster wurden entlang verschiedener Richtungen von DLW hergestellt, während LCE nanodots im Gitternetz hergestellt werden. c) und d) Periodische LCE Nanostrukturen innerhalb der gleichen Art von IP-L-Gitter eingebettet. Die Einschübe sind POM Bild der Strukturen. Bitte klicken Sie hier , um eine größere Version dieser Figur zu sehen. Abbildung 5:. Schema des Mikromanipulations Setup – A CW Solid – State – 532 – nm – Laser in eine gekoppelte hausgemachte Mikroskopsystem. Ein 10-fach Objektiv ist für die Bildgebung und die Fokussierung des 532-nm-Laser zur Anregung verwendet. Zwei manuelle Übersetzung Stufen ausgestattet mit Glasspitze Manipulatoren für die Probenmikromanipulation. Bitte hier klicken , um eine größere Version dieser Figur zu sehen. Abbildung 6: Licht Betätigung des LCE Micro-Zylinder auf vier verschiedenen IP-L Micrograting Regionen mit unterschiedlichen Orientierungen a) Vier LCE zylindrische Strukturen mit 60 & mgr; m Durchmesser und 20 & mgr; m Höhe, geschrieben auf vier unterschiedlich orientierten Mikrogitterbereiche.. b) LCE Zylinder verformen entlang verschiedenen Achsen ( in Abhängigkeit von den Gitter induzierten Alignments) , wenn sie einer 532 nm Laserstrahlung ausgesetzt (10 W mm -2). Maßstabsbalken: 100 & mgr; m.les / ftp_upload / 53744 / 53744fig6large.jpg "target =" _ blank "> Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Figur zu sehen. Abbildung 7: Lichtgetriebene Verformung von LCE Mikrostrukturen mit mehreren Molecular Alignments a) Schematische aus zwei Abschnitten von gegenüberliegenden 90 ° verdrehten Ausrichtungen in einem einzigen LCE Streifen.. b) und c) Optische Bilder eines 400 & mgr; m langen LCE Streifen in entgegengesetzte Richtungen unter 532 nm Laserbeleuchtung Biegen (3 W mm -2) 8. Bitte klicken Sie hier , um eine größere Version dieser Figur zu sehen.