Preparação das redes de cristal líquido para macroscópica movimento oscilatório induzido pela luz

O sucesso do protocolo é a observação do movimento oscilatório do filme sob a irradiação de luz. Oscilações são grandes e não enganoso resultado pode ser visto. Além disso, as oscilações são estáveis ao longo do tempo (escala de tempo de horas) e observou-se pouca fadiga. Entre outros, a qualidade do alinhamento angulações é de importância para a realização da atuação auto-sustentado (Figura 5A). O gradiente na orientação molecular em toda a espessura do filme induz uma contração/expansão dos lados planar/homeotropic do filme sobre atuação16,17,18. Esta resposta assimétrica realça o movimento macroscópico. O fracasso do experimento (ausência de flexão, deformação ou dobra estranho) pode ser explicado por um pobre alinhamento de LC. Em primeiro lugar, o filme deve ser transparente. (Figura 5B).  Para verificar o correto alinhamento resentar em um simples passo, observa-se o filme anexado ao substrato de vidro entre polarizadores cruzados acima uma branca fonte de luz difusa (Figura 5-E). Rodando o filme entre os polarizadores transversais de 0° a 45° no plano XY, o filme acentuadamente deve alterar brilho. Inclinando o filme fora do avião em torno do diretor molecular, o filme deve mudar a cor de preto (em avião) ao branco (de avião) durante a visualização da parte superior. Medidas de verificação semelhante podem ser feitas antes da polimerização, observando a célula através de um polarizador em cima da placa quente coberto com uma folha de alumínio. Além disso, quando o filme é cortado em tiras, ele apresenta uma curvatura natural com o centro da curva no lado homeotropic. Isto é devido a tensão residual proveniente da polimerização a uma temperatura elevada, onde as expansões dos dois lados do filme têm sinais opostos (figura 6A). No caso do alinhamento não for bem-sucedida, o método para preparar as camadas de poliimida deve ser reconsiderado. A produção dessas células é crucial para obter filmes bem alinhados. O passo mais crítico é o atrito: uma pressão muito forte sobre a placa irá remover parcialmente a poliimida camada e resultar em uma camada de comando muito pobre para o alinhamento. À temperatura ambiente, o filme é o estado do vidro (Figura 3B). Se o filme for macio e/ou brega, significa que a polimerização não é concluída, provavelmente porque o tempo de irradiação é demasiado curto ou o iniciador é degradado. A mistura de mesogens LC deve ser homogênea e seco antes do enchimento da célula, porque a presença de solvente pode influenciar o comportamento de fase da mistura de LC. A mistura de LC deve ser alinhada antes da polimerização. Devem ser tomadas precauções para evitar a polimerização térmica durante o processo de alinhamento passando as medidas rapidamente e não aquecimento a amostra acima de 130 ° C durante um tempo prolongado. Preencher a célula apenas acima do ponto de compensação é suficiente (110 ° C). As oscilações mecânicas e térmicas, registradas pela câmera de alta velocidade confirmam o sucesso do protocolo apresentado (Figura 7-; Vídeo 1). Quando o filme é fixado em uma extremidade, deixando 1,7 cm livre para se mover e irradiado no lado planar com luz focada, unbends para com o estado plano na direção da luz (Figura 6B). A dobradiça está localizada na posição do ponto de foco de luz (Figura 4). O filme deve mover suavemente, perpendicular a mordaça e não do lado. Então, o filme começa a mover-se continuamente com oscilações de frequência Hz 7,6 ± 5% e amplitude 30 ° ± 10%, para um filme de dimensões 1,7 cm x 0,4 cm x 20 µm. As oscilações térmicas medidos com a câmera térmica presente na mesma frequência (Hz 7,4 ± 5%), com um atraso de fase ligeira devido a inércia do filme. Esta frequência f é governada pelas dimensões e o módulo de elasticidade do filme15. A amplitude das oscilações varia com a intensidade da luz e será influenciada pela instalação e, em particular, o posicionamento do ponto de foco de luz sobre a amostra. O mecanismo de oscilação é a seguinte: 1) o filme enrolado é irradiado com luz concentrada, o dopant absorve a luz e a converte em calor, o filme aquece em sua dobradiça e unbends na direção previamente definida pelo alinhamento LC; 2) a ponta sombreia a dobradiça do filme, que induz a uma diminuição da sua temperatura e sua subsequente inflexível de relaxamento; 3) a dobradiça está novamente sob irradiação, aquece e o filme se curva15. A repetição destes passos sucessivos dá origem a oscilações. Fatores-chave para observar este fenômeno são o efeito de foto-térmica e o auto-sombreamento do filme, controlado pela intensidade e a posição da luz concentrada (Figura 4). Por exemplo, uma lâmpada ligeiramente inclinada induzirá um curling completo da amostra. Além disso, muito baixo de uma intensidade de luz é que não dá grande dobra porque a temperatura na dobradiça é insuficiente, enquanto muito alto de uma intensidade de luz na dobradiça induzirá a superação (Figura 6, 180 ° de flexão do filme). Outro requisito para o sucesso do experimento é colocar a configuração em um ambiente protegido do vento para evitar a perturbação. Figura 1. o procedimento geral para obter o Splay alinhado LCN em 14 passos (a partir da-N). As etapas A–C: limpeza das placas de vidro; as etapas D–G: revestimento de placas de vidro para criar planar ou camadas de alinhamento de homeotropic; passo H: esfregar entre as placas de vidro com um pano de veludo; passo eu: colando as placas para formar a célula; passo J: preencher a célula com a mistura de LC e alinhamento na fase nemática; passo K: foto-polimerização sob luz UV; passos de L–N: abertura da célula e corte do filme para obter uma tira. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura. Figura 2. Estruturas químicas dos componentes utilizados. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura. Figura 3. Caracterização térmica da mistura de monômero e polímero de filme. Um) diferencial de varredura calorimmensuração (DSC) da mistura antes da polimerização para determinar as transições de fase. Inserções: POM fotos de barras de escala: 100 µm. B) medição análise térmica dinâmica mecânica (DMTA) do filme polimérico. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura. Figura 4. Imagens da instalação mostrando o LED no lado esquerdo e o filme oscilante pinçada para a pinça diante da luz. O baixo-relevo mostra a representação esquemática do filme dobrado e a iluminação localizada. A área em vermelho corresponde a dobradiça quente mencionada no texto. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura. Figura 5. A) representação esquemática do alinhamento angulações. B) imagens da célula de vidro na frente o logotipo TU/e mostrando a transparência e a ausência de cor do filme. A seta indica a direção do atrito da placa de vidro plana. C – E) fotos do filme tirada entre polarizadores cruzados, mostrando as características do alinhamento angulações (Figura D: rotação de 45 ° no plano XY, E imagens: giro fora do plano xy). O diretor molecular do alinhamento é indicado pela seta vermelha. Barra de escala: 1 cm. clique aqui para ver uma versão maior desta figura. Figura 6. A) imagens do filme apertado com uma pinça, apresentando uma curvatura natural com o centro da curva no lado homeotropic. B) imagens do filme para um estado plano mediante foto-irradiação (365 nm, 0.52 W/cm2). C) imagens de um filme irradiada com demasiado elevado de uma intensidade de luz, mostrando uma flexão a 180 °. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura. Figura 7. Oscilações mecânicas da ponta do filme ao longo do tempo durante a irradiação com luz UV (LED 365 nm, 0.52 W/cm2). Inserções: Screenshots do filme em movimento gravado com a câmera de alta velocidade. A geometria do filme é de 1,7 cm (comprimento) x 0,4 cm (largura) x 20 µm (grosso). Clique aqui para ver uma versão maior desta figura. Figura 8. Oscilações térmicas da área exposta (dobradiça) ao longo do tempo durante a irradiação com luz UV (LED 365 nm, 0.52 W/cm2). Inserções: Screenshots do filme oscilante com o perfil de temperatura registrada com a câmera térmica, mostrando as mudanças de temperatura na dobradiça. A geometria do filme é de 1,7 cm (comprimento) x 0,4 cm (largura) x 20 µm (grosso). Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.