JoVE Journal > Engineering
Summary
Abstract
Introduction
Protocol
Results
Discussion
Disclosures
Acknowledgements
Materials
References
Türkçe

Automatically Generated
Please note that all translations are automatically generated. Click here for the English version.
Engineering

Işık tarafından indüklenen makroskopik salınım hareketi için sıvı kristal ağlar hazırlanması

Published: September 20, 2017
doi:
10.3791/56266
, , ,
1Institute for Complex Molecular Systems (ICMS),Technical University of Eindhoven, 2Department of Chemical Engineering and Chemistry, Laboratory of Macromolecular and Organic Chemistry,Technical University of Eindhoven, 3Department of Chemical Engineering and Chemistry, Laboratory for Functional Organic Materials and Devices (SFD),Technical University of Eindhoven

Summary

Mekanik olarak sürekli ışık ışınlama altında salınım sıvı kristal polimer filmler oluşturmak için protokol hedefidir. Müstakil filmleri, fotoğraf-çalıştırma için sıvı kristal hizalama yönteminden anlayışı ayrıntılı olarak açıklanmaktadır. Bu malzeme hazırlamak için uygulanan deneysel protokol genel olarak geçerlidir.

Abstract

Katkılı sıvı kristal ağlar dayalı bir strateji sürekli ışık ışınlama altında plastik filmlerin mekanik kendini sürekli salınım oluşturmak için tanımlanır. Fotoğraf-uyarma, hızlı bir şekilde ısı, ışık dağılımı dopants Anizotropik termal genleşme ile birleştiğinde ve film, kendi kendine gölgeleme yükselişi için kendini sürekli deformasyon verir. Gözlenen salınımlarını boyutları ve film in ve yön ve ışığın şiddetini tarafından etkilenmiştir. Geliştirilen sistem enerji dönüşümü ve yumuşak-Robotik için hasat ve Otomatik sistemlerin uygulamaları sunmaktadır.

Burada açıklanan genel yöntemi müstakil sıvı kristal Filmler oluşturma ve gözlenen mekanik ve termal etkileri karakterize oluşur. Moleküler hizalama hizalama katmanları (ovuşturdu polimid), yaygın olarak kullanılan imalat sanayi Görüntüle kullanarak elde edilir. Aktüatörler büyük deformasyon ile elde etmek için mesogens hizalı ve yapılandırmasında edebilir/bend, Yani, yavaş yavaş düzlemsel homeotropic film kalınlığı ile olacak sıvı kristaller (LCs) Direktörü ile polimerli. Işınlama, yüksek hızlı bir fotoğraf makinesi ile elde edilen mekanik ve termal salınımlarını izlenir. Sonuçları daha da bir görüntü işleme programı kullanarak görüntü analizi tarafından sayılabilir.

Introduction

Sürdürülebilir enerji doğru ara fosil enerji ve İklim değişikliği tükenmesi yanıt ilgi büyüyen bir alandır. Işık enerjisini mekanik işe dönüştürmek için yöntem şu anda, elektrik üretmek için fotovoltaik gibi soruşturuluyor, üretmek için biyokütle yakıtlar, güneş enerjili su oksijen ve hidrojen üretmek için bölme. Ancak, enerji üretim çalışmayı gerçekleştiren makineleri çalıştırmak için önce tüm bu işlemler ışık tarafından yakıt birden çok adımı gerektirir. Bu yaklaşımlar uygulamalar büyük bir panel teklif rağmen üretim, depolama ve ara ürün (örneğin, Elektrik potansiyeli, kimyasal yakıtlar) taşınması gerekir. Bu nedenle, aygıt makroskopik hareket içine doğrudan güneş ışığı dönüştürmek mümkün basitleştirme avantajları mevcut.

Son yıllarda birçok örnek fotoğraf-aktüatörler polimerler ışınlama1,2,3üzerine şekil değiştirmek nerede geliştirildi. Ancak, bu örneklerde büyük çoğunluğu olarak, bir durumdan diğerine geçiş yapmak için ışık açma dönüm devamlı çalıştırma gerektirir. Şimdiye kadar sadece sınırlı sayıda fotoğraf duyarlı malzemelerin denge çalışma açıklanan4,5,6,7oldu. Sıvı kristal ağları (LCNs)8,9,10,11,12,13 esaslı sistem aynı zamanda kendi içsel nedeniyle incelenmiştir anizotropi deformasyon kontrollü14preprogramming için izin verir. Son zamanlarda, bu fotoğraf-stabilizatörleri LCN içinde dahil uyarma tarafından indüklenen fotoğraf-termal etkisi salınım hareketi15oluşturabilirsiniz bildirildi.

Burada, mekanik salınım altında sürekli ışık ışınlama LCN filmler oluşturmak için yöntemi açıklanmıştır. Filmleri anlayışı hücreleri hazırlanması karakterizasyonu ve LC karışımları polimerizasyon için detaylı. Fotoğraf-çalıştırma LCN filmlerin ve hareket analizi da rapor edilmektedir. LCNs hızlı bir şekilde ışık içine Anizotropik termal genleşme ve filmin sonraki makroskopik deformasyon indükler ağ içinde ısı dağılımı molekülleri ile katkılı. Kendi kendine gölgeleme, sıcaklık değişimi ve kasılma/uzama malzeme arasında bir etkileşim için salınım hareketi15açmaktadır. Işık ve bu etkiyi elde etmek için örnek yönünü de dahil olmak üzere tam kurulum iletişim kuralında vurgulanır. Salınım frekansı tarafından karakterize ve LCN özellikleri tarafından denetlenir. Bilgimizi, bir yöntemi, dopants geniş bir yelpazesi ile çalışan basit bir mekanizma tarafından kendi kendine salınım LCN Filmler oluşturulması için ilk açıklaması bu.

Protocol

Not: Resim 1 ‘ de genel yordam ayrıntılı. 1. hücreleri hazırlık cam plakanın Temizleme contaminations ( şekil 1A) kaldırmak için sıcak su ve sabun kullanarak 3 cm x 3 cm cam plakanın dikkatle temizleyin. Bir kabı ve etanol ,5 ( şekil 1B) Kapaklı cam plakanın yeri. Yer yaklaşık 10 dakika süreyle bir ultrasonik banyo kabı Dikkatli bir şekilde cam plakanın bir doku ve gaz hava kuru. Hiçbir iz solvent, toz, veya kirlilik her türlü yaptı Tabaklarda emin olun. Not: Cam plakanın şimdi temiz ve eldiven ile manipüle edilebilir. Herhangi bir organik artıkları kaldırmak için bir UV-ozon photoreactor 20 dk için cam plakanın yerleştirin. Ozon tedavi sonrası plakaları kaplama adım ( şekil 1 c) için hazır mısınız. Cam plakaları kaplama Not: kaplamalı iki setleri hazırlanıyor: düzlemsel hizalama katmanı ve diğer homeotropic hizalama ile ayarlayın. Bir sonraki aşamada, hücrenin bir düzlemsel cam levha ve bir homeotropic cam levha ( şekil 1 d) oluşan. Hava bir cam levha darbe ve spin coater yerleştirin. Tüm yüzey (yaklaşık 0.5 mL çözeltisi) kapsayacak şekilde cam levha üzerine polimid çözüm mevduat. Spin kat aşağıdaki koşullara göre hizalama katman: 1: 5 s 17 x g ve 11 x g/s; hızlandırma programı 2:40 program 420 x g ve 17 x g/s. ivme s Tedavi hizalama katmanları solvent hizalama katman karışım ( şekil 1E) mevcut çoğunluğu kaldırmak için 10 min için 110 ° c sıcak tabakta kaplamalı cam plakanın koymanız. Cam plakanın (tarafta sigara kaplı) ayırt edici işaretleri ile homeotropic ve düzlemsel hizalama katmanları tanımak için işaretleyin. Düzlemsel cam levha için de bir sonraki aşamada ( şekil 1F) açıklanan sürtünme yön belirtir beri küçük bir ok genellikle yararlıdır. Bir kez tüm cam plakaları kaplı olan ve solvent kaldırılır, cam plakanın polimid Katmanı ( şekil 1G) tedavisi 1 h için 180 ° c fırında yerleştirin. Dikkat: Bu adım son derece sıcak hava içerir; eldiven, gözlük ve uygun kişisel koruma. Cam plakanın pişirme sonra onları aşağı oda sıcaklığına kadar serin izin. Not: her adım arasında herhangi bir kontaminasyonu önlemek için bu koruyucu folyo cam plakanın yerleştirmek için tavsiye edilir. Düzlemsel hizalama katman sürtünme bir yönde LC rehberlik edecek katman (alt) mikro oluşturmak için düzlemsel hizalama katmanla kaplı cam plakanın RUB’dir. Bunu yapmak için cam levha kaplamalı yüzü aşağıya doğru bir kadife kumaş üzerinde yerleştirin. İki parmak ile düzgün ve yumuşak bir basınç uygulayın. Dikkatli bir şekilde cam levha kadife kumaş yüzeyi boyunca düz bir yönde sürükleyin. Cam levha kaldırın ve aynı işlemi üç ( şekil 1 H) yinelemek. Not: Sadece ileriye süre ve tek bir yönde plaka ovmak çok önemlidir. Düz bir yönde gidip zavallı bir uyum içinde sonuçlanacaktır. Hücreleri yapıştırma Hava üfleyici kullanarak cam plakanın blow hava. Yapıştırıcı 20 µm iyi tanımlanmış çapı olan mesafe tutucular ile (cam boncuklar) UV curing tutkal karıştırarak hazırlayın. Bir düzlemsel hizalama tabaka ile kaplı bir cam levha ve bir homeotropic hizalama tabaka ile kaplı bir cam levha alın. İki küçük damla tutkal iki bitişik düzlemsel cam köşelerde yer. O zaman 5 mm iki son köşe ( 1I rakam) üzerinden tutkal iki damla yere. Homeotropic cam levha alıp üstüne yerleştirin. LC karışımı için yeterli alan sağlamak için cam plakanın kenarları arasındaki yaklaşık 4 mm bir boşluk bırakmak. Boyalı kenarları birbirine bakacak şekilde emin olun. Tedavi tutkal hücre için UV altında 2 dk hafif yerleştirerek. Dikkat: UV ışığı zararlıdır; eldiven, gözlük ve uygun kişisel koruma. 2. LC karışımı hazırlanması ve karakterizasyonu bileşenleri tartmak LC diacrylate 1, 2.5 mg fotoğraf sabitleyici ve kahverengi cam şişe ( Şekil 2) photoinitiator 1 mg 97,5 mg. Başlatıcı duyarlılık nedeniyle, UV ışık karışımı olarak en iyi mümkün etkilenmemek. Homojen tozlar karıştırma Not: Bu adım kimyasal bir mahallede gerçekleştirilir. 3 mL diklorometan (DCM) Yukarıdaki bileşenleri ekleyin ve katı tamamen eriyene kadar çalkalanır. Flakon 30 dk 30 ° C’de sıcak bir tabak yerleştirin ve argon DCM hızlı buharlaşma tanıtmak için bir akış ekleyin. Not: Bu şişeyi vakum DCM herhangi bir kalıntı izleme kaldırmak için yerleştirmek için önerilir. Gözlem altında polarize optik mikroskobu (POM) faz geçiş tayini için kez karışım tamamen kuru, küçük bir miktar yerleştirin (± 10 mg) düzlemsel hizalama katmanla kaplı iki cam plakanın arasında. Not: aşamaları düzgün ayırdetmek için bu unrubbed düzlemsel cam plakanın kullanmak için tavsiye edilir. Slaytları olan sıcak bir sahne donatılmış bir POM yerleştirin. Görüntü (çapraz polarize kullanarak) siyah olana kadar hücre ısı izotropik aşama gösteren. Yavaş yavaş sıcak plaka serin ve geçiş sıcaklıklar unutmayın. Yukarıda açıklanan karışım için izotropik nematik geçiş için 103 ° C’de ve 86 ° C’de ( şekil 3A) smectic geçiş nematik oluşur. 3. Film Hazırlık yukarı ( şekil 1J) yer homeotropic tarafı ile sıcak tabakta hücre hücre doldurma. 110 ° c (izotropik faz) sıvı nematik aşamasında daha az yapışkan olduğundan hücre doldurma kolaylaştırmak için sıcaklığı ayarlamak. Yerleştirmek katı karışım parçası hücrenin kenarını. Katı erir ve capillarity hücre tarafından sıvı karışımı akar. Hücre doldurulana kadar arasındaki sınırda daha fazla karışımı ekleyin. Nematik faz ve polimerizasyon ( şekil 1 K) soğutma hücre dolu sonra yavaş yavaş (5 ° C/dak) ile 90 ° C arasında nematik aşamasında olmak sakin. Doğru sıcaklık, film biter bitmez polimerize karışımı bu UV altında 30 dk. 90 ° c hafif koyarak Dikkat: UV ışık tehlikeli, polimerizasyon korumalı bir ortamda gerçekleştirilmesi önerilir. A sonrası pişirme adım ağın tam polimerizasyon sağlamak için önerilir. Yaklaşık 10 dakika için 130 ° c sıcak tabakta yerleştirin ve yavaş yavaş aşağı oda sıcaklığına kadar soğumaya bırakın. Hücre ve kesme örnek açılış hücre açmak için bir jilet teker koymak kenar ve iki cam levha arasına itin. Belgili tanımlık hücre açık bir kez ( şekil 1 L). Film soyma bir tıraş bıçağı ile küçük bir köşe kaldır. Gerekirse, cam levha film ( şekil 1 M) kaldırılmasını kolaylaştırmak için sıcak suda yerleştirilebilir. Su filmden kaldırmak ve yavaşça onu soyma Bir şerit aşağıdaki boyuta sahip film moleküler Direktörü (düzlemsel yan yönünü sürtünme) boyunca kesmek: 4 mm x 2.5 cm ( şekil 1N). 4. Otomatik salınım gözlem laboratuarında kurulumu öyle bir film o 1,7 cm kendi kendine kapanan bir cımbız kullanarak örnek serbest kelepçe. Örnek dikey tutun ve ışık yayan diyot (LED) kiriş (400 mW/cm 2) dikey örnek olarak doğrudan. Genellikle, yaklaşık 20 cm uzakta örnek ışıktır. Işık cımbız ( şekil 4) aşağıda film üst ulaşmak. Elde edilen salınımlarını bir yüksek hızlı kamera (150 kare/sn) ile kaydedilir ve bir görüntü işleme programı ile analiz. Kurulum doğrudan güneş ışığı ile devam adımlarda 4.1.1 yukarıda açıklandığı gibi ama LED ışık kullanmak yerine, bir lens ile film üzerine güneş ışığı odaklanmak. Termal etkisi ölçüm sıcaklık değişimi salınan örnek bir Termal Kamera 15 (40 kare/sn) kullanarak ölçmek.

Representative Results

Protokol filmin ışık ışınlama altında salınım hareketi gözlenmesi başarıdır. Salınımlarını büyük ve yanıltıcı sonuç görülebilir. Ayrıca, salınımları (saat zaman ölçeğini) zamanla stabildir ve küçük yorgunluk gözlendi. Diğerleri arasında splay hizalama kalitesi kendini sürekli çalıştırma (şekil 5A) başarı için önem taşıyor. Moleküler yönünü film kalınlığı boyunca Degradedeki bir kasılma/genişleme çalıştırma16,17,18üzerine film düzlemsel/homeotropic iki de neden olmaktadır. Bu asimetrik yanıt makroskopik hareket geliştirir. Başarısız deneme (bükme, küçük deformasyon veya garip bükme yokluğu) bir zavallı LC hizalama tarafından açıklanabilir. İlk olarak, film şeffaf olmalıdır. (Şekil 5B).  Bir basit adımda doğru splay hizalama doğrulamak için cam alt katman bağlı film arasında çapraz polarize dağınık beyaz ışık kaynağı (şekil 5C-E) yukarıda görülmektedir. Xy düzlemi 45 ° 0 ° polarize çapraz arasında film döndürerek, film keskin parlaklığını değiştirmek. Uçağın çevresinde moleküler yönetmen filmi tutamacın, film renk Black (düzlemde) üst görüntüleme sırasında (dışarı-in uçak) beyaza değiştirir. Benzer doğrulama adımları bir polarize bir alüminyum folyo ile kaplı sıcak plaka üstüne aracılığıyla hücre gözlemleyerek polimerizasyon önce yapılabilir. Ayrıca, film şeritler kestiğinizde, homeotropic yan tonundaki Merkezi ile doğal bir eğrilik sunar. Bu film iki kenarının Açılımları ters işaretleri (şekil 6A) olduğu bir yükseltilmiş sıcaklıkta polimerizasyon kaynaklanan fazlalık stres kaynaklanmaktadır. Hizalama başarısız olur diye, polimid katmanları hazırlamak için yöntemini yeniden. Bu hücrelerinin üretimini iyi hizalanmış filmleri elde etmek çok önemlidir. Sürtünme en önemli adımdır: plaka üzerinde çok güçlü bir basınç kısmen polimid kaldıracak katman ve neden çok kötü komut katman hizalama için. Oda sıcaklığında film cam (şekil 3B) durumdadır. Eğer film yumuşak ve/veya yapışkan, polimerizasyon, en büyük olasılıkla çünkü ışınlama zaman çok kısa veya başlatıcı bozulmuş tamamlandığını değil anlamına gelir. Solvent varlığı LC karışımı faz davranışını etkilemek çünkü LC mesogens karışımı homojen ve hücrenin doldurma önce kuru olmalıdır. LC karışımı polimerizasyon önce uyumlaştırılması gerekmektedir. Hizalama işlemi sırasında termal polimerizasyon adım adım hızla gidip örnek 130 ° C üzerindeki uzun bir süre Isıtma değil önlemek için önlemler alınmalıdır. Sadece takas nokta üstündeki hücrenin doldurma yeterli (110 ° C) olduğunu. Yüksek hızlı kamera tarafından kayıtlı mekanik ve termal salınımlarını sunulan Protokolü (Şekil 7; başarısı onaylamak Video 1). Film bir ucunda klempe zaman 1,7 cm taşımak ücretsiz ve ışınlanmış düzlemsel tarafında odaklanmış ışık ile bırakarak bu ışık (şekil 6B) yönünde düz durumunda doğru unbends. Menteşe ışık (şekil 4) odak noktası konumunda yer alır. Film sorunsuz, dik tutturmak için ve tarafında değil hareket etmeliyiz. Daha sonra film sürekli salınım sıklığı 7.6 Hz ± %5 ve genlik 30 ° ± % 10 için bir film boyutları 1,7 cm x 0.4 cm x 20 µm ile hareket başlar. Isıl salınımlar filmin atalet nedeniyle hafif faz gecikme ile aynı frekansta (7,4 Hz ± % 5), mevcut Termal Kamera ile ölçülür. Bu frekans f boyutları ve film15in tabidir. Salınımlarını genliği ile ışık şiddeti değişir ve Kur tarafından ve özellikle, ışık örnek üzerinde odak noktası konumlandırma etkilenir. Salınım mekanizması şöyle: 1) kıvrılmış filmin odaklanmış ışık ile ışınlanmış, dopant ışık emer ve içine ısı dönüştürür, film, menteşe ısıtır ve LC hizalama tarafından; önceden tanımlanmış yönde unbends 2) belgili tanımlık uç sıcaklık ve onun sonraki gevşeme tarafından eğilmez, bir düşüş neden olmaktadır filmin menteşe gölgeler; 3) ve menteşe tekrar ışınlama, ısıtır kadar ve film15virajlı. Birbirini izleyen adımları tekrarı için salınımlarını açmaktadır. Bu fenomen gözlemleyerek anahtar fotoğraf-termal etkisi ve yoğunluğu ve odaklanmış ışık (şekil 4) konumunu tarafından kontrol edilen film, kendi kendine gölgeleme faktörlerdir. Örneğin, biraz eğik bir lamba örnek tam bir kıvırma neden. Ayrıca, çok düşük ışık yoğunluğunu menteşe sıcaklığında yetersiz, süre menteşe üzerinde bir ışık yoğunluğunun yüksek olduğu için büyük bükme neden overshooting vermeyin yapar (şekil 6C, 180 ° film bükme). Başarı için başka bir şart deneme pertürbasyon önlemek için gelen Rüzgar korumalı bir ortamda kurulum yerleştirmektir. Şekil 1. Edebilir elde etmek için genel yordamı LCN (–dan A-N) 14 adımda hizalanmış. Adımlar A-C: temizlik cam plakanın; D-Garasındaki adımları: kaplama cam plakanın düzlemsel oluşturmak için veya homeotropic hizalama katmanları; adım H: kadife kumaş; kullanarak cam plakanın sürtünme adım ben: hücre; formu plakalara yapıştırma adım J: LC karışımı ve nematik aşamasında; hizalama ile hücre doldurma adım K: fotoğraf polymerizing-UV ışık altında; L-Nadımlar: hücre açma ve bir şerit elde etmek için film kesme. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız. Şekil 2. Kimyasal yapıları kullanılan bileşenlerin. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız. Şekil 3. Monomer karışımı ve polimer Film termal karakterizasyonu. Bir) fark calorim taramaetry (DSC) polimerizasyon faz geçişleri belirlemek için önce karışımı. İnsets: POM resimler, ölçek çubukları: 100 µm. B) dinamik mekanik Termal Analiz (DMTA) ölçüm polimer film. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız. Şekil 4. LED sol tarafında ve ışık önünde cımbız klempe salınan Film gösterilen kurulum fotoğrafı. İlave bükülmüş film ve yerelleştirilmiş ışık aydınlatma şematik gösterimi gösterir. Kırmızı alan metinde geçen sıcak menteşe karşılık gelir. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız. Şekil 5. A) splay hizalama şematik gösterimi. B) resim saydamlık ve renk film yokluğu gösteren TU/e logo önünde cam hücrenin. Ok düzlemsel cam levha sürtünme yönünü gösterir. C – Splay hizalama özelliklerini gösteren çapraz polarize arasında çekilen film E) resimleri (Resim D: XY düzlemi, Resim E45 ° dönme: xy uçaktan döner). Hizalama moleküler Direktörü kırmızı okla gösterilir. Ölçek çubuğu: 1 cm. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız. Şekil 6. Eğri Merkezi ile doğal bir eğrilik homeotropic yan gösterilen bir cımbız ile sabitlenmiş film A) resmi. B) resim fotoğraf-ışınlama üzerine düz bir devlet olacak Film (365 nm, 0,52 W/cm2). C) resim ile ışınlanmış bir film 180 ° bükme gösterilen bir ışık yoğunluğunun çok yüksek. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız. Şekil 7. Film ucu mekanik titreşimler UV ışığıyla ışınlama sırasında zamanla (LED 365 nm, 0,52 W/cm2). İnsets: Hareketli film ekran yüksek hızlı kamera ile kaydedildi. Film geometri 1,7 cm (uzunluk) olduğunu x 0.4 cm (genişlik) x 20 µm (kalın). Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız. Şekil 8. Açık alan (Menteşe) ısıl salınımlar UV ışığıyla ışınlama sırasında zamanla (LED 365 nm, 0,52 W/cm2). İnsets: Ekran sıcaklık profili ile salınan filmin menteşe sıcaklık değişiklikleri gösterilen Termal Kamera ile kayıtlı. Film geometri 1,7 cm (uzunluk) olduğunu x 0.4 cm (genişlik) x 20 µm (kalın). Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.

Discussion

Burada açıklanan sonuçlar üzerinde bir LC diacrylate 6 karbonlar rondela ile önceki çalışma15 ile karşılaştırılabilir. Bu salınım elde etmek için yöntemi ile farklı mekanik özellikler16filmleri uygulanabilir gösterir.

Bir fotoğraf-termal duyarlı LCN hazırlanması bildirilmektedir. Kritik, düzlemsel hizalama katmanları sürtünme ve hücre hazırlanması gibi bir kaç adımda açıklanan Protokolü vardır. Gerçekten de, protokol başarısı yüksek kalite de ince filmler uygulamaya sınırlar LC splay diziliş kullanır.

Daha önce birçok örnek fotoğraf-aktüatörler fotoğraf-anahtarları büyük miktarda içeren LCNs dayalı olarak bildirilen11,12,13,19olmuştur. Çalıştırma gözlemlemek için gerekli dopants sınırlı miktarı burada geliştirilen yöntem başlıca avantajları şunlardır (< 5 wt %) ve dopants mevcut geniş seçim. 15 bu sonuçlar potansiyel uygulamalar yelpazesini genişletin. Ayrıca, bu iletişim kuralını sıklığı ve salınım genliği farklı matris bileşimi ile film in, şerit ve ışık yoğunluğunu değiştirerek farklı yeteneği gücüdür.

Bu metodoloji otomatik sistemler için geniş aralığı LC malzemeleri imal etmek kolayca genişletilebilir. Burada açıklanan protokol yumuşak-Robotik ve otomatik malzemeler için sigara denge sistemlerinin geliştirilmesi için yol açıyor.

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Bu eser mali bilimsel araştırma için Hollanda kuruluş tarafından desteklenmiştir (NWO – TOP PUNT Grant: 10018944) ve Avrupa Araştırma Konseyi (ERC titreşimle, Grant 669991). A. H. G. insanlar programı (Marie Curie Eylemleri), Avrupa Birliği’nin yedinci çerçeve programı FP7-2013, Grant No 607602 fon kabul eder.

Materials

Material
LC diacrylate ( compound 1: Figure 2) Syncom custom synthesis
photo-stabilizer Ciba tinuvin 328
photoinitiator Ciba Irgacure 819
Alignment layer planar JSR micro optimer Al1051
Alignment layer homeotropic Nissan chemical industry Sunever grade 5300
Name Company Catalog Number Comments
Equipment
UV-ozone photoreactor Ultra Violet Products, PR-100 Not available
spin coater Karl-SUSS SUSS RC spin coater CT62 V098
UV light Gentec EXFO-Omnicure S2000
micropearl Sekisui Chemicals SP220-20um
Glue Gentec UVS91
LED 365 nm Thorlabs M365LP1
light collimator Thorlabs SM2F32-A
high speed camera PCO. PCO 5.5 sCMOS camera
thermal camera Xenics Infrared solution Gobi-640-GigE used with Xeneth software
Differential Scanning Calorimeter TA instruments Q1000
Dynamic Mechanical Analyzer TA instruments Q800
Polarized Optical Microscope Leica DM6000M
DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Ionov, L. Polymeric Actuators. Langmuir. 31 (18), 5015-5024 (2015).
  2. Hu, Y., Li, Z., Lan, T., Chen, W. Photoactuators for Direct Optical-to-Mechanical Energy Conversion: From Nanocomponent Assembly to Macroscopic Deformation. Adv Mater. 28 (47), 10548-10556 (2016).
  3. Ikeda, T., Mamiya, J., Yu, Y. Photomechanics of Liquid-Crystalline Elastomers and Other Polymers. Angew Chem Int Ed. 46 (4), 506-528 (2007).
  4. Arazoe, H., et al. An autonomous actuator driven by fluctuations in ambient humidity. Nat Mater. 15 (10), 1084-1089 (2016).
  5. Ikegami, T., Kageyama, Y., Obara, K., Takeda, S. Dissipative and autonomous square-wave self-oscillation of a macroscopic hybrid self-assembly under continuous light irradiation. Angew Chem Int Ed. 55 (29), 8239-8243 (2016).
  6. Uchida, E., Azumi, R., Norikane, Y. Light-induced crawling of crystals on a glass surface. Nat Commun. 6, 7310 (2015).
  7. Panda, M. K., Runčevski, T., Husain, A., Dinnebier, R. E., Naumov, P. Perpetually Self-Propelling Chiral Single Crystals. J Am Chem Soc. 137 (5), 1895-1902 (2015).
  8. Kumar, K., et al. A chaotic self-oscillating sunlight-driven polymer actuator. Nat. Commun. 7, 11975 (2016).
  9. Camacho-Lopez, M., Finkelmann, H., Palffy-Muhoray, P., Shelley, M. Fast liquid-crystal elastomer swims into the dark. Nat Mater. 3 (5), 307-310 (2004).
  10. Kausar, A., Nagano, H., Ogata, T., Nonaka, T., Kurihara, S. Photocontrolled translational motion of a microscale solid object on azobenzene-doped liquid-crystalline films. Angew Chem Int Ed. 48 (12), 2144-2147 (2009).
  11. Yamada, M., et al. Photomobile Polymer Materials: Towards Light-Driven Plastic Motors. Angew Chem Int Ed. 47 (27), 4986-4988 (2008).
  12. White, T. J., et al. A high frequency photodriven polymer oscillator. Soft Matter. 4 (9), 1796 (2008).
  13. Lee, K. M., et al. Photodriven, flexural-torsional oscillation of glassy azobenzene liquid crystal polymer networks. Adv Func Mater. 21 (15), 2913-2918 (2011).
  14. Liu, D., Broer, D. J. Liquid crystal polymer networks: preparation, properties, and applications of films with patterned molecular alignment. Langmuir. 30 (45), 13499-13509 (2014).
  15. Gelebart, A. H., Vantomme, G., Meijer, E. W., Broer, D. J. Mastering the Photothermal Effect in Liquid Crystal Networks: A General Approach for Self-Sustained Mechanical Oscillators. Adv Mater. 29 (18), (2017).
  16. Broer, D. J., Mol, G. N. Anisotropic thermal expansion of densely cross-linked oriented polymer networks. Polym Eng Sci. 31 (9), 625-631 (1991).
  17. Mol, G. N., Harris, K. D., Bastiaansen, C. W. M., Broer, D. J. Thermo-Mechanical Responses of Liquid-Crystal Networks with a Splayed Molecular Organization. Adv Funct Mater. 15 (7), 1155-1159 (2005).
  18. van Oosten, C. L., Harris, K. D., Bastiaansen, C. W. M., Broer, D. J. Glassy photomechanical liquid-crystal network actuators for microscale devices. Eur Phys J E Soft Matter. 23 (3), 329-336 (2007).
  19. Yu, Y., Nakano, M., Ikeda, T. Photomechanics: Directed bending of a polymer film by light. Nature. 425 (6954), 145 (2003).

Tags

Liquid Crystal NetworksMacroscopic Oscillatory MotionLight-induced MotionSoft RoboticsSplay ManufacturingGlass Plate CleaningPolyamide Alignment LayerMicrochannelsUV Curing GlueGlass Beads

Play Video
PDF
DOI
DOWNLOAD MATERIALS LIST
Cite This Article
Vantomme, G., Gelebart, A. H., Broer, D. J., Meijer, E. W. Preparation of Liquid Crystal Networks for Macroscopic Oscillatory Motion Induced by Light. J. Vis. Exp. (127), e56266, doi:10.3791/56266 (2017).
Download Citation
Reprints and Permissions

View Video

✖

To prove you're not a robot, please enter the text in the image below

CAPTCHA Image
Play CAPTCHA Audio
Refresh Image