Name: Preparación de redes de cristal líquido para macroscópico movimiento oscilatoria inducida por luz (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2017-09-20T15:00:00.000+00:00
Duration: 7 min 56 s
Description: Aprende a preparar redes de cristal líquido que exhiben oscilación mecánica continua bajo irradiación lumínica. Este protocolo utiliza químicos comerciales y técnicas de alineación para crear películas fotoresponsivas aplicables en robótica blanda.

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Este trabajo fue apoyado por la organización de países bajos para la investigación científica (NWO - concesión superior de la batea: 10018944) y el Consejo Europeo de investigación (ERC vibrar, Grant 669991). A. H. G. reconoce que la financiación del programa gente (acciones Marie Curie) de la Unión Europea séptimo marco programa FP7-2013, beca Nº 607602.

Nota: el procedimiento general se detalla en la figura 1.
 1. preparación de las células <ol><li>limpieza de placas de vidrio <ol><li>limpiar las placas de vidrio de 3 cm x 3 cm con agua caliente y jabón para eliminar contaminaciones ( figura 1A).</li>
		<li>Colocar las placas de vidrio en un vaso y cubrir con etanol 99.5% ( figura 1B).</li>
		<li>Lugar el vaso en un baño ultrasónico durante unos 10 minutos</li>
		<li>Cuidadosamente, seque las placas de vidrio con un tejido y aire soplado.</li>
		<li>Asegurarse de que no hay ningún rastro de solventes, polvo, o cualquier tipo de contaminación se queden en las placas. 
		Nota: Las placas de vidrio son ahora limpiamos y debe manipularse con guantes.</li>
		<li>Colocar las placas de vidrio en un photoreactor UV-ozono por 20 min para eliminar cualquier residuo orgánico. Después del tratamiento de ozono, las placas están listas para el paso de capa ( figura 1).</li>
	</ol></li> <li>Capa de placas de vidrio Nota: se preparan dos juegos de placas cubiertas: un sistema con una capa de alineamiento planar y la otra con una alineación de homeotropic. En una etapa posterior, la celda estará compuesta de una placa de cristal y una placa de cristal de homeotropic ( figura 1).
	<ol><li>Aire soplar una placa de vidrio y colóquelo en el recubridor spin.</li>
		<li>Depósito de la solución de polyimide en la placa de vidrio para cubrir toda la superficie (aproximadamente 0,5 mL de solución).</li>
		<li>Giro de la capa la capa de alineación con las siguientes condiciones: programa 1: 5 s a 17 x g y la aceleración de g x 11/s; Programa 2:40 s en 420 x g y la aceleración de 17 x g/s.</li>
	</ol></li> <li>Curado de las capas de alineación <ol><li>Coloque las placas de vidrio revestido en una placa caliente a 110 ° C durante 10 min para eliminar la mayoría de los solventes presentes en la mezcla de la capa de alineación ( Figura 1E).</li>
		<li>Marcar las placas de vidrio (en el lado no recubierto) con signos distintivos para reconocer lo homeotropic y las capas de alineación plana. Una pequeña flecha es generalmente útil para la placa de cristal ya que también indica la dirección del frotamiento en una etapa posterior ( Figura 1F).</li>
		<li>Una vez que están cubiertas todas las placas de vidrio, y el disolvente se elimina, coloque las placas de vidrio en un horno a 180 ° C por 1 h para curar la capa de poliimida ( figura 1). 
		Atención: Este paso implica temperaturas extremadamente calientes; utilizar guantes, gafas y protección personal apropiada.</li>
		<li>Después de la cocción de las placas de vidrio, dejan enfriar a temperatura ambiente. 
		Nota: Para evitar cualquier contaminación entre cada paso, se recomienda colocar una lámina de protección sobre las placas de cristal.</li>
	</ol></li> <li>Frotar la capa de alineación plana <ol><li>frotar las placas de vidrio revestidas con la capa de alineación plana para crear microcanales (sub) en la capa que guiará la LC en una dirección. Para ello, coloque las placas de vidrio con el lado revestido hacia abajo sobre un paño de terciopelo. Aplique una presión suave y uniforme con dos dedos. Cuidadosamente arrastre el plato de cristal a lo largo de la superficie de la tela de terciopelo en una dirección recta. Levante la placa de vidrio y repetir la misma operación tres veces ( figura 1 H). 
		Nota: Es fundamental frotar la placa en una sola dirección y sólo yendo hacia adelante. Yendo y viniendo en dirección recta dará lugar a una mala alineación.</li>
	</ol></li> <li>Pegar las células <ol><li>aire soplar las placas de vidrio mediante el soplador de aire.</li>
		<li>Preparar el adhesivo mezclando un pegamento de secado UV con espaciadores (abalorios) de 20 μm de diámetro definidas.</li>
		<li>Tomar una placa de vidrio recubierta con una capa de alineación plana y una placa de vidrio recubierta con una capa de alineación homeotropic. Colocar dos pequeñas gotas de pegamento en dos esquinas adyacentes del cristal. Luego coloque dos otras gotas de pegamento en unos 5 mm de las esquinas últimos dos ( figura 1I).</li>
		<li>Tomar la placa de cristal de homeotropic y colóquelo en la parte superior. Deje una separación de unos 4 mm entre los bordes de las placas de vidrio para proporcionar suficiente espacio para la mezcla de la LC. Asegúrese de que los lados recubiertos están uno frente al otro.</li>
		<li>Curar el pegamento colocando la célula durante 2 min bajo UV luz. 
		PRECAUCIÓN: La luz UV es peligrosa; utilizar guantes, gafas y protección personal apropiada.</li>
	</ol></li></ol> 2. Preparación de la mezcla de LC y caracterización <ol><li>componentes <ol><li>pesan 97,5 mg de la LC diacrylate 1, 2,5 mg de estabilizador de la foto y 1 mg de fotoiniciador en un frasco de vidrio marrón ( figura 2). Debido a la sensibilidad del iniciador, evitar la exposición a los rayos UV a la mezcla lo mejor posible.</li>
	</ol></li> <li>Mezcla homogénea de los polvos Nota: este paso se lleva a cabo en una campana química.
	<ol><li>Añadir 3 mL de diclorometano (DCM) para los componentes anteriores y agitar hasta que el sólido se haya disuelto completamente.</li>
		<li>Colocar el frasco en un plato caliente a 30 ° C por 30 min y agregar un flujo de argón para promover la rápida evaporación de la DCM. 
		Nota: Se recomienda colocar el frasco en el vacío para eliminar cualquier rastro residual de DCM.</li>
	</ol></li> <li>Observación bajo polarización óptica Microscopio (POM) para la determinación de transición de fase <ol><li>una vez que la mezcla esté completamente seca, colocar una pequeña cantidad (± 10 mg) entre dos placas de vidrio revestidas con la capa de alineación plana. 
		Nota: Para caracterizar las fases correctamente, se recomienda utilizar placas de vidrio planas unrubbed.</li>
		<li>Coloque los portaobjetos en un POM equipado con una platina caliente. Calentar la celda hasta que la imagen se vuelve negra (con polarizadores cruzados) indicando la fase isotrópica.</li>
		<li>Lentamente enfriar la placa y tenga en cuenta las temperaturas de transición. Para la mezcla descrita, isotrópico a la transición de nemático es a 103 ° C y la nemática, esméctica transición ocurre a 86 º C ( Figura 3A).</li>
	</ol></li></ol> 3. Preparación de la película <ol><li>relleno de las células ( Figura 1J) <ol><li>lugar el celular en una placa caliente con el lado homeotropic hacia arriba. Ajustar la temperatura a 110 ° C (fase isotrópica) para facilitar el relleno de la celda porque el líquido es menos viscoso que en la fase nemática.</li>
		<li>Coloque parte de la mezcla sólida en el borde de la célula.</li>
		<li>Del sólido se derrita y la mezcla líquida fluye por capilaridad en la célula. Agregar más mezcla en el borde hasta que la célula es.</li>
	</ol></li> <li>De enfriamiento a la fase nemática y polimerización ( figura 1 K) <ol><li>una vez que la célula se llena, poco a poco enfriarlo (5 ° C/min) a 90 ° C en la fase nemática.</li>
		<li>Cuanto la película esté a la temperatura adecuada, polimerice la mezcla colocándola bajo UV luz a 90 º C durante 30 minutos 
		PRECAUCIÓN: La luz UV es peligrosa, se recomienda llevar a cabo la polimerización en un entorno protegido.</li>
		<li>Un paso de la cocción se recomienda para asegurar la polimerización completa de la red. Coloque la celda en un plato caliente a 130 ° C durante unos 10 minutos y déjelo enfriar lentamente hasta temperatura ambiente.</li>
	</ol></li> <li>Apertura de la célula y el corte de la muestra <ol><li>para abrir la celda, poner una hoja de afeitar en una borde y empuje entre las placas de dos vidrio. El celular se abre a la vez ( figura 1 L).</li>
		<li>De pelar la película, levantar un pequeño rincón con una cuchilla de afeitar. Si es necesario, la placa puede colocarse en agua caliente para facilitar la remoción de la película ( figura 1 M).</li>
		<li>Retirar la película del agua y pelar con cuidado lo</li>
		<li>Cortar una franja a lo largo de la Directora molecular (sobándose la dirección de la parte plana) de la película con las siguientes dimensiones: 4 m x 2,5 cm ( figura 1N).</li>
	</ol></li></ol> 4. Observación de uno mismo-oscilación <ol><li>programa de instalación en el laboratorio <ol><li>abrazadera la muestra usando una pinza de cierre automático de tal manera de 1,7 cm de la película es libre de moverse.</li>
		<li>Mantener la muestra en posición vertical y directa de la perpendicular de la viga (400 mW/cm 2) diodo (LED) a la muestra de emisión de luz. Normalmente, la luz es aproximadamente de 20 cm la muestra. La luz debe llegar a la cima de la película, debajo de la pinza ( figura 4). Las oscilaciones obtenidas son grabadas con una cámara de alta velocidad (150 fotogramas/s) y analizadas con un programa de procesamiento de imagen.</li>
	</ol></li> <li>Instalación con luz solar directa <ol><li>proceder como se describe en pasos 4.1.1 pero en lugar de utilizar la luz, enfocar la luz del sol sobre la película con una lente de.</li>
	</ol></li> <li>Medición del efecto térmico <ol><li>medir la variación de temperatura en la muestra oscilante mediante una cámara térmica 15 (40 frames/s).</li>
	</ol>
	</li>
</ol>

<ol><li>Ionov, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Polymeric+Actuators%5BTitle%5D)+AND+%22Langmuir%22%5BJournal%5D)">Polymeric Actuators.</a> Langmuir. 31 (18), 5015-5024 (2015).</li>
<li>Hu, Y., Li, Z., Lan, T., Chen, W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Photoactuators+for+Direct+Optical-to-Mechanical+Energy+Conversion%3A+From+Nanocomponent+Assembly+to+Macroscopic+Deformation%5BTitle%5D)+AND+%22Adv+Mater%22%5BJournal%5D)">Photoactuators for Direct Optical-to-Mechanical Energy Conversion: From Nanocomponent Assembly to Macroscopic Deformation.</a> Adv Mater. 28 (47), 10548-10556 (2016).</li>
<li>Ikeda, T., Mamiya, J., Yu, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Photomechanics+of+Liquid-Crystalline+Elastomers+and+Other+Polymers%5BTitle%5D)+AND+%22Angew+Chem+Int+Ed%22%5BJournal%5D)">Photomechanics of Liquid-Crystalline Elastomers and Other Polymers.</a> Angew Chem Int Ed. 46 (4), 506-528 (2007).</li>
<li>Arazoe, H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((An+autonomous+actuator+driven+by+fluctuations+in+ambient+humidity%5BTitle%5D)+AND+%22Nat+Mater%22%5BJournal%5D)">An autonomous actuator driven by fluctuations in ambient humidity.</a> Nat Mater. 15 (10), 1084-1089 (2016).</li>
<li>Ikegami, T., Kageyama, Y., Obara, K., Takeda, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Dissipative+and+autonomous+square-wave+self-oscillation+of+a+macroscopic+hybrid+self-assembly+under+continuous+light+irradiation%5BTitle%5D)+AND+%22Angew+Chem+Int+Ed%22%5BJournal%5D)">Dissipative and autonomous square-wave self-oscillation of a macroscopic hybrid self-assembly under continuous light irradiation.</a> Angew Chem Int Ed. 55 (29), 8239-8243 (2016).</li>
<li>Uchida, E., Azumi, R., Norikane, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Light-induced+crawling+of+crystals+on+a+glass+surface%5BTitle%5D)+AND+%22Nat+Commun%22%5BJournal%5D)">Light-induced crawling of crystals on a glass surface.</a> Nat Commun. 6, 7310(2015).</li>
<li>Panda, M. K., Runčevski, T., Husain, A., Dinnebier, R. E., Naumov, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Perpetually+Self-Propelling+Chiral+Single+Crystals%5BTitle%5D)+AND+%22J+Am+Chem+Soc%22%5BJournal%5D)">Perpetually Self-Propelling Chiral Single Crystals.</a> J Am Chem Soc. 137 (5), 1895-1902 (2015).</li>
<li>Kumar, K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+chaotic+self-oscillating+sunlight-driven+polymer+actuator%5BTitle%5D)+AND+%22Nat.+Commun%22%5BJournal%5D)">A chaotic self-oscillating sunlight-driven polymer actuator.</a> Nat. Commun. 7, 11975(2016).</li>
<li>Camacho-Lopez, M., Finkelmann, H., Palffy-Muhoray, P., Shelley, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Fast+liquid-crystal+elastomer+swims+into+the+dark%5BTitle%5D)+AND+%22Nat+Mater%22%5BJournal%5D)">Fast liquid-crystal elastomer swims into the dark.</a> Nat Mater. 3 (5), 307-310 (2004).</li>
<li>Kausar, A., Nagano, H., Ogata, T., Nonaka, T., Kurihara, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Photocontrolled+translational+motion+of+a+microscale+solid+object+on+azobenzene-doped+liquid-crystalline+films%5BTitle%5D)+AND+%22Angew+Chem+Int+Ed%22%5BJournal%5D)">Photocontrolled translational motion of a microscale solid object on azobenzene-doped liquid-crystalline films.</a> Angew Chem Int Ed. 48 (12), 2144-2147 (2009).</li>
<li>Yamada, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Photomobile+Polymer+Materials%3A+Towards+Light-Driven+Plastic+Motors%5BTitle%5D)+AND+%22Angew+Chem+Int+Ed%22%5BJournal%5D)">Photomobile Polymer Materials: Towards Light-Driven Plastic Motors.</a> Angew Chem Int Ed. 47 (27), 4986-4988 (2008).</li>
<li>White, T. J., et al. <a target="_blank" href="http://pubs.rsc.org/en/Content/ArticleLanding/2008/SM/b805434g">A high frequency photodriven polymer oscillator.</a> Soft Matter. 4 (9), 1796(2008).</li>
<li>Lee, K. M., et al. <a target="_blank" href="http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.201100333/abstract">Photodriven, flexural-torsional oscillation of glassy azobenzene liquid crystal polymer networks.</a> Adv Func Mater. 21 (15), 2913-2918 (2011).</li>
<li>Liu, D., Broer, D. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Liquid+crystal+polymer+networks%3A+preparation%2C+properties%2C+and+applications+of+films+with+patterned+molecular+alignment%5BTitle%5D)+AND+%22Langmuir%22%5BJournal%5D)">Liquid crystal polymer networks: preparation, properties, and applications of films with patterned molecular alignment.</a> Langmuir. 30 (45), 13499-13509 (2014).</li>
<li>Gelebart, A. H., Vantomme, G., Meijer, E. W., Broer, D. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Mastering+the+Photothermal+Effect+in+Liquid+Crystal+Networks%3A+A+General+Approach+for+Self-Sustained+Mechanical+Oscillators%5BTitle%5D)+AND+%22Adv+Mater%22%5BJournal%5D)">Mastering the Photothermal Effect in Liquid Crystal Networks: A General Approach for Self-Sustained Mechanical Oscillators.</a> Adv Mater. 29 (18), (2017).</li>
<li>Broer, D. J., Mol, G. N. <a target="_blank" href="http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/pen.760310902/full">Anisotropic thermal expansion of densely cross-linked oriented polymer networks.</a> Polym Eng Sci. 31 (9), 625-631 (1991).</li>
<li>Mol, G. N., Harris, K. D., Bastiaansen, C. W. M., Broer, D. J. <a target="_blank" href="http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.200400503/abstract">Thermo-Mechanical Responses of Liquid-Crystal Networks with a Splayed Molecular Organization.</a> Adv Funct Mater. 15 (7), 1155-1159 (2005).</li>
<li>van Oosten, C. L., Harris, K. D., Bastiaansen, C. W. M., Broer, D. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Glassy+photomechanical+liquid-crystal+network+actuators+for+microscale+devices%5BTitle%5D)+AND+%22Eur+Phys+J+E+Soft+Matter%22%5BJournal%5D)">Glassy photomechanical liquid-crystal network actuators for microscale devices.</a> Eur Phys J E Soft Matter. 23 (3), 329-336 (2007).</li>
<li>Yu, Y., Nakano, M., Ikeda, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Photomechanics%3A+Directed+bending+of+a+polymer+film+by+light%5BTitle%5D)+AND+%22Nature%22%5BJournal%5D)">Photomechanics: Directed bending of a polymer film by light.</a> Nature. 425 (6954), 145(2003).</li>
</ol>

Los autores no tienen conflicto de interés.

Los resultados aquí descritos son comparables con el anterior estudio15 una diacrylate LC con un espaciador de 6 carbonos. Demuestra que el método para obtener la oscilación puede aplicarse a las películas con diferentes propiedades mecánicas16.
La preparación de un foto-térmica sensible LCN se divulga. Hay unos pasos en el protocolo descrito que son críticos, como el roce de las capas de alineación planar y la preparación de la célula. De hecho, el éxito del Protocolo se basa en la calidad de la alineación abocinada de LC, que también limita la aplicación a láminas delgadas.
Anteriormente, muchos ejemplos de foto-actuadores basados en LCNs que contienen una gran cantidad de interruptores de la foto han sido reportados11,12,13,19. Las principales ventajas del método desarrollado aquí son la limitada cantidad de dopantes es necesario observar la actuación (&#60; 5% en peso) y la amplia elección de dopantes disponibles. 15 estos resultados amplían la gama de aplicaciones potenciales. Por otra parte, el poder de este protocolo es la posibilidad de variar la frecuencia y la amplitud de la oscilación cambiando el módulo de la película con una composición diferente de la matriz, las dimensiones de la banda y la intensidad de la luz.
Esta metodología puede ampliarse fácilmente para fabricar materiales de una amplia gama de LC para sistemas automatizados. El protocolo descrito en el presente allana el camino para el desarrollo de sistemas de no equilibrio para materiales blandos-robótica y automáticos.

La búsqueda hacia la energía sostenible es un área de creciente interés en respuesta al agotamiento de energías fósiles y el cambio climático. Métodos para convertir la energía luminosa en trabajo mecánico en la actualidad están siendo investigados, como la energía fotovoltaica para generar electricidad, biomasa para producir combustibles, agua solar partir para producir oxígeno e hidrógeno. Sin embargo, todos estos procesos impulsados por luz requieren varios pasos antes de su producción de energía puede funcionar las máquinas que realizan el trabajo. Aunque estos enfoques ofrecen un amplio panel de aplicaciones, que requieren la producción, almacenamiento y transporte de productos intermedios (por ejemplo, combustibles químicos, potenciales eléctricos). Por lo tanto, dispositivos capaces de convertir directamente la luz del sol en movimiento macroscópico presentan ventajas de simplificación.
En las últimas décadas, se han desarrollado muchos ejemplos de foto-actuadores donde polímeros cambian forma a irradiación1,2,3. Sin embargo, en la gran mayoría de estos ejemplos, accionamiento continuo requiere encender la luz de encendido/apagado para cambiar de un estado a otro. Hasta ahora, sólo un número limitado de materiales foto sensibles fuera de equilibrio ha sido descrito4,5,6,7. Sistemas basados en cristal líquido redes (LCNs)8,9,10,11,12,13 también son investigados debido a su intrínseca anisotropía que permite programar la deformación en una manera controlada14. Recientemente, fue divulgado que el efecto foto-térmico inducido por la excitación de los foto-estabilizadores incorporados en LCN puede generar movimiento oscilatorio15.
Aquí, se describe el método para crear películas LCN que oscilan mecánicamente bajo irradiación de la luz continua. La concepción de las películas es detallada de la preparación de las células a la caracterización y la polimerización de las mezclas de la LC. También se informó de la impulsión de la foto de las películas de la LCN y el análisis de la propuesta. El LCNs son dopados con moléculas que pueden disipar rápidamente la luz en calor dentro de la red, que induce la expansión térmica anisotrópica y posterior deformación macroscópica de la película. Una interacción entre la sombra, variaciones de temperatura y contracción/elongación del material da lugar al movimiento oscilatorio15. La configuración exacta, incluyendo la orientación de la luz y la muestra para obtener este efecto se destaca en el protocolo. La oscilación se caracteriza por su frecuencia y controlada por las propiedades de la LCN. A nuestro conocimiento, éste es la primera descripción de un método para la creación de películas LCN que puede uno, por un mecanismo simple de trabajar con una amplia gama de dopantes.

<table><tbody><tr><td>Material</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>LC diacrilato (compuesto 1: Figura 2)</td><td>Syncom</td> fotoestabilizador de <td>síntesis</td><td></td>personalizado</tr><tr><td></td><td>Ciba</td><td>tinuvin 328</td><td></td></tr><tr><td>fotoiniciador</td><td>Ciba</td><td>Irgacure 819</td><td></td></tr><tr><td>Capa de alineación plana</td><td>JSR micro</td><td>optimer Al1051</td><td></td></tr><tr><td>Capa de alineación homeotrópica</td><td>Industria química de Nissan</td><td>Sunever grado 5300</td><td></td></tr><tr><td>Name</td><td>Company</td><td>Número de catálogo</td><td>Comentarios</td></tr><tr><td>Equipo</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>UV-ozone fotoreactor</td> Productos <td>ultravioleta, PR-100</td><td>No disponible</td><td></td></tr><tr><td>barnizadora</td><td>Karl-SUSS</td><td>SUSS RC barnizadora de hilatura CT62 V098</td><td></td></tr><tr><td>luz ultravioleta</td><td>Gentec</td><td>EXFO-Omnicure S2000</td><td></td></tr><tr><td>micropearl</td><td>Sekisui Chemicals</td><td>SP220-20um</td><td></td></tr><tr><td>Pegamento</td><td>Gentec</td><td>UVS91</td><td></td></tr><tr><td>LED 365 nm</td><td>Colimador de luz M365LP1</td><td></td><td></td>Thorlabs</tr><tr><td></td><td>Thorlabs</td><td>SM2F32-A cámara</td><td></td></tr><tr><td>de alta velocidad</td><td>PCO.</td><td>Cámara PCO 5.5 sCMOS</td><td></td></tr><tr><td>cámara térmica Solución</td><td>infrarroja Xenics</td><td>Gobi-640-GigE</td><td>utilizada con el software Xeneth</td></tr><tr><td>Calorímetro diferencial de barrido</td><td>TA instruments</td><td>Q1000</td><td></td></tr><tr><td>Analizador Mecánico Dinámico</td><td>TA instruments</td><td>Q800</td><td></td></tr><tr><td>Microscopio óptico polarizado</td><td>Leica</td><td>DM6000M</td><td></td></tr></tbody></table>

preparación de redes de cristal líquido para macroscópico movimiento oscilatoria inducida por luz

Preparation of Liquid Crystal Networks for Macroscopic Oscillatory Motion Induced by Light

Se describe una estrategia basada en redes cristalinas líquidas dopadas para crear oscilaciones mecánicas autosostenidas de películas plásticas bajo irradiación de la luz continua. La foto excitación de dopantes que puede disipar rápidamente la luz en calor, junto con la expansión térmica anisotrópica y uno mismo-observación de la película, da lugar a la deformación autosostenida. Las oscilaciones observadas están influenciadas por las dimensiones y el módulo de la película y por la direccionalidad e intensidad de la luz. El sistema desarrollado ofrece aplicaciones en conversión de energía y cosecha para suave-robótica y sistemas automatizados.
El método general descrito aquí consiste en crear películas cristalinas líquidas exentas y caracterizar los efectos mecánicos y térmicos observados. La alineación molecular se logra utilizando capas de alineación (frotado polyimide), utilizadas en la industria manufacturera de pantalla. Actuadores con grandes deformaciones, los mesógenos están alineados y polimerizados en una configuración de derrame de la curva, es decir, con el director de los cristales del líquido (LCs) va poco a poco de plana a homeotropic a través del espesor de la película. Sobre la irradiación, las oscilaciones mecánicas y térmicas obtenidas son monitoreadas con una cámara de alta velocidad. Los resultados se cuantifican más por análisis de imagen utilizando un programa de procesamiento de imágenes.

El éxito del protocolo es la observación del movimiento oscilatorio de la película bajo irradiación de la luz. Las oscilaciones son grandes y no hay resultado engañoso puede verse. Por otra parte, las oscilaciones son estables en el tiempo (calendario de horas) y se observó poca fatiga.
Entre otros, la calidad de la alineación splay es de importancia para la realización de la actuación autosostenida (figura 5A). El gradiente de orientación molecular a lo largo del espesor de la película induce una contracción/expansión en los lados planos/homeotropic de la película sobre actuación16,17,18. Esta respuesta asimétrica realza el movimiento macroscópico. El hecho de que la experimento (ausencia de flexión, pequeña deformación o flexión impar) puede explicarse por una mala alineación de la LC. En primer lugar, la película debe ser transparente. (Figura 5B).  Para verificar la correcta alineación biselada en un simple paso, la película atada sustrato de vidrio se observa entre polarizadores cruzados encima de una fuente de luz blanca difusa (figura 5-E). Girando la película entre los polarizadores cruzados de 0° a 45° en el plano xy, la película debe cambiar mucho brillo. Por que gira la película fuera del plano por el director molecular, la película debe cambiar el color de negro (en avión) a blanco (fuera plano) mientras que la visión de la parte superior. Pasos de verificación similar pueden hacerse antes de la polimerización mediante la observación de la célula a través de un polarizador sobre la placa cubierta con una lámina de aluminio. Por otra parte, cuando la película se corta en tiras, presenta una curvatura natural con el centro de la curva en el lado de homeotropic. Esto es debido a la tensión residual procedentes de la polimerización en temperatura elevada, donde las expansiones de los dos lados de la película tienen signos opuestos (figura 6A). En caso de que la alineación no es exitosa, el método para preparar las capas de poliamida debería ser reconsiderado. La producción de esas células es crucial para obtener películas bien alineadas. El paso más crítico es el frotamiento: una presión demasiado fuerte sobre la placa Retire parcialmente el polyimide capa y dar lugar a una capa de comando muy pobre para la alineación. A temperatura ambiente la película es en el estado de vidrio (figura 3B). Si la película es suave y pegajosa, que significa que la polimerización no se ha completado, probablemente porque el tiempo de irradiación es demasiado corto o se degrada el iniciador. La mezcla de mesógenos LC debe ser homogéneo y se seque antes el relleno de la celda, debido a la presencia del solvente puede influir en el comportamiento de fase de la mezcla de la LC. La mezcla de la LC debe alinearse antes de la polimerización. Deben tomarse precauciones para evitar la polimerización térmica durante el proceso de alineación a través de los pasos rápidamente y no calentar la muestra por encima de 130 ° C durante un tiempo prolongado. Llenar la celda justo por encima del punto de compensación es suficiente (110 ° C).
Las oscilaciones mecánicas y térmicas registradas por la cámara de alta velocidad confirman el éxito del protocolo presentado (figura 7; Video 1). Cuando la película se fija en un extremo, dejando 1,7 cm irradiado y libre de moverse en el lado plano con la luz enfocada, se despliega hacia el estado plano en la dirección de la luz (Figura 6B). La bisagra se encuentra en la posición del punto de enfoque de la luz (figura 4). La película debe moverse suavemente, perpendicular a la abrazadera y no en el lado. Entonces la película empiece a moverse continuamente con oscilaciones de frecuencia Hz 7,6 ± 5% y amplitud 30 ° ± 10% para una película de dimensiones 1,7 cm x 0.4 cm x 20 μm. Las oscilaciones térmicas medición con la cámara térmica presente la misma frecuencia (7,4 Hz ± 5%), con un retraso de fase ligera debido a la inercia de la película. Esta frecuencia f depende de las dimensiones y el módulo de la película15. La amplitud de las oscilaciones varía con la intensidad de la luz y será influenciada por la configuración y en particular, el posicionamiento del punto de enfoque de la luz en la muestra. El mecanismo de la oscilación es la siguiente: 1) la película rizada es irradiada con la luz enfocada, el dopant absorbe la luz y la convierte en calor, la película se calienta en la bisagra y se despliega en la dirección previamente definida por la alineación de la LC; 2) la punta de las sombras la bisagra de la película, que induce una disminución de su temperatura y su posterior inflexible por la relajación; 3) la bisagra está otra vez bajo irradiación, calienta para arriba y la película dobla15. La repetición de estos pasos sucesivos da lugar a las oscilaciones. Los factores clave en la observación de este fenómeno son el efecto foto-térmico y la uno mismo-observación de la película, controlada por la intensidad y la posición de la luz enfocada (figura 4). Por ejemplo, una lámpara ligeramente inclinada inducirá una completa que se encrespa de la muestra. Por otra parte, demasiado de una intensidad de luz no da gran flexión porque la temperatura en la bisagra es insuficiente, mientras que demasiado de una intensidad de luz en la bisagra inducirá la superación (figura 6, 180 ° de flexión de la película). Otro requisito para el éxito del experimento es colocar la configuración en un entorno protegido del viento para evitar la perturbación.
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56266/56266fig1.jpg"> 
Figura 1. El procedimiento general para obtener el derrame alineado LCN en 14 pasos (de A-N). Pasos A–C: limpieza de las placas de vidrio; pasos D–G: revestimiento de las placas de vidrio para crear planos o capas de alineación de homeotropic; paso H: frotamiento de las placas de vidrio con un paño de terciopelo; paso : pegado de las placas para formar la célula; paso J: llenar la celda con la mezcla de LC y alineación en la fase nemática; paso K: foto polimerización bajo luz UV; L–Nlos pasos: apertura de la celda y el corte de la película para obtener una tira. <a href="//ecsource.jove.com/files/ftp_upload/56266/56266fig1large.jpg" target="_blank">Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.</a>
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56266/56266fig2.jpg"> 
Figura 2. Estructuras químicas de los componentes usados. <a href="//ecsource.jove.com/files/ftp_upload/56266/56266fig2large.jpg" target="_blank">Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.</a>
<img alt="Figure 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56266/56266fig3.jpg"> 
Figura 3. Caracterización térmica de la mezcla de monómero y polímero película. Un) diferencial calorimetry (DSC) de la mezcla antes de la polimerización para determinar las transiciones de fase. Inserciones: POM cuadros, barras de escala: 100 μm. B) medición de análisis térmico mecánico dinámico (DMTA) de la película polimérica. <a href="//ecsource.jove.com/files/ftp_upload/56266/56266fig3large.jpg" target="_blank">Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.</a>
<img alt="Figure 4" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56266/56266fig4.jpg"> 
Figura 4. Imagen de configuración que muestra el LED en el lado izquierdo y la película oscilante a la pinza delante de la luz. El recuadro muestra la representación esquemática de la película doblada y la iluminación de luz localizada. El área roja corresponde a la articulación tibia mencionada en el texto. <a href="//ecsource.jove.com/files/ftp_upload/56266/56266fig4large.jpg" target="_blank">Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.</a>
<img alt="Figure 5" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56266/56266fig5.jpg"> 
Figura 5. A) representación esquemática de la alineación biselada. Cuadro B) de la célula de vidrio frente el logo de la TU/e muestra la transparencia y la ausencia de color de la película. La flecha indica la dirección del frotamiento de la placa de cristal. C - E) imágenes de la película tomada entre polarizadores cruzados mostrando las características de la alineación splay (Imagen D: rotación de 45 ° en el plano XY, Figura E: giro en el plano xy). El director molecular de la alineación está indicado por la flecha roja. Barra de escala: 1 cm. <a href="//ecsource.jove.com/files/ftp_upload/56266/56266fig5large.jpg" target="_blank">haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.</a>
<img alt="Figure 6" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56266/56266fig6.jpg"> 
Figura 6. Foto de A) de la película con una pinzas mostrando una curvatura natural con el centro de la curva en el lado de homeotropic. Cuadro B) de la película va a un estado plano en foto-irradiación (365 nanómetro, 0,52 W/cm2). C) imagen de una película que irradia con demasiado de una intensidad de luz con un doblez a 180 °. <a href="//ecsource.jove.com/files/ftp_upload/56266/56266fig6large.jpg" target="_blank">Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.</a>
<img alt="Figure 7" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56266/56266fig7.jpg"> 
Figura 7. Oscilaciones mecánicas de la punta de la película con el tiempo durante la irradiación con luz ultravioleta (LED 365 nm, 0,52 W/cm2). Inserciones: Imágenes de la conmovedora película grabada con la cámara de alta velocidad. La geometría de la película es 1,7 cm (largo) x 0,4 cm (ancho) x 20 μm (gruesa). <a href="//ecsource.jove.com/files/ftp_upload/56266/56266fig7large.jpg" target="_blank">Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.</a>
<img alt="Figure 8" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56266/56266fig8.jpg"> 
Figura 8. Oscilaciones térmicas del área expuesta (bisagra) en el tiempo durante la irradiación con luz ultravioleta (LED 365 nm, 0,52 W/cm2). Inserciones: Imágenes de la película oscilante con el perfil de temperatura registrada con la cámara termográfica que muestra los cambios de temperatura en la bisagra. La geometría de la película es 1,7 cm (largo) x 0,4 cm (ancho) x 20 μm (gruesa). <a href="//ecsource.jove.com/files/ftp_upload/56266/56266fig8large.jpg" target="_blank">Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.</a>

El objetivo del protocolo es crear películas de polímero cristalino líquido que pueden oscilar mecánicamente bajo irradiación de la luz continua. Describimos con gran detalle el concepto del cine independiente, desde el método de alineación del cristal líquido para la impulsión de la foto. El protocolo experimental aplicado para preparar este material es ampliamente aplicable.

Preparación de redes de cristal líquido para macroscópico movimiento oscilatoria inducida por luz

A strategy based on doped liquid crystalline networks is described to create mechanical self-sustained oscillations of plastic films under continuous ...

El objetivo general de este protocolo experimental es preparar redes de cristales líquidos que muestren oscilación mecánica bajo irradiación continua de luz. Este método puede ayudar a responder preguntas clave en ciencia de materiales, como cómo obtener movimiento microscópico continuo con aplicaciones potenciales en robótica blanda y sistemas automatizados. La ventaja principal de esta técnica es que sus usos y métodos son ampliamente empleados en la industria de fabricación de paneles con productos químicos disponibles comercialmente.Primero, limpie cuidadosamente las placas de vidrio de tres por tres centímetros utilizando agua caliente y jabón para eliminar los contaminantes. Coloque las placas de vidrio en un vaso de precipitados con etanol. Luego, coloque el vaso de precipitados en un baño ultrasónico durante aproximadamente 10 minutos.A continuación, seque cuidadosamente las placas de vidrio con un paño de limpieza y un soplador de aire. Asegúrese de que no quede ningún rastro de disolvente, polvo ni ningún tipo de contaminación en las placas. Coloque las placas de vidrio en un fotoreactor de ozono UV durante 20 minutos para eliminar los residuos orgánicos.Después del tratamiento con ozono, soplar aire sobre una de las placas de vidrio y colocarla sobre un espinador. Luego depositar aproximadamente 0,5 mililitros de solución de poliamida sobre la placa de vidrio para cubrir toda la superficie. Aplicar la capa de alineación mediante espinado según las siguientes condiciones.Después del recubrimiento por centrifugado, marque las placas de vidrio en el lado no recubierto con signos distintivos para reconocer las capas de alineación homeotrópica y planar. Coloque la placa de vidrio recubierta sobre una placa calefactora a 110 grados Celsius durante 10 minutos para eliminar la mayor parte del disolvente presente en la mezcla de la capa de alineación. Una vez que todas las placas de vidrio estén recubiertas, colóquelas en un horno a 180 grados Celsius durante una hora para curar la capa de poliamida.Para crear microcanales en las placas de vidrio recubiertas, coloque cada plano plano con el lado recubierto hacia abajo sobre un paño de terciopelo. Aplique una presión uniforme y suave con dos dedos. Arrastre cuidadosamente la placa de vidrio a lo largo de la superficie del paño de terciopelo en una dirección recta.Luego, sople aire sobre la placa de vidrio. A continuación, prepare un adhesivo mezclando un pegamento curable por UV con microesferas de vidrio que tengan un diámetro bien definido de 20 micrómetros. Coloque dos gotas pequeñas de pegamento en dos esquinas adyacentes de una placa de vidrio recubierta con una capa de alineación planar.Luego coloque dos gotas más de pegamento aproximadamente a cinco milímetros de los otros dos vértices. Coloque la placa de vidrio recubierta con una capa de alineación homeotrópica encima de la primera placa de vidrio, dejando un espacio de aproximadamente cuatro milímetros entre los bordes de las placas para proporcionar suficiente espacio para la mezcla de cristales líquidos. A continuación, cure el pegamento colocando las dos placas de vidrio o la celda bajo luz UV durante dos minutos.Coloque la celda sobre una placa calefactora con el lado homeotrópico hacia arriba. Establezca la temperatura en 110 grados Celsius para facilitar el llenado de la celda, ya que el fluido es menos viscoso que en la fase nemática. Ahora, coloque una parte de la mezcla de cristal líquido en el borde de la celda para que el sólido se derrita y la mezcla líquida fluya por capilaridad dentro de la celda.Agregue más mezcla en el borde hasta que la celda esté llena. Una vez que la celda esté llena, enfríela lentamente hasta 90 grados Celsius para que se encuentre en la fase nemática. Tan pronto como la película alcance 90 grados Celsius, polimerice la mezcla colocando la celda bajo luz UV a esta temperatura durante 30 minutos.Tras la polimerización, coloque la celda sobre una placa calefactora a 130 grados Celsius durante aproximadamente 10 minutos. Después de permitir que la celda se enfríe a temperatura ambiente, ábrala colocando una cuchilla de afeitar en un borde e introduciéndola entre las dos placas de vidrio. Para separar la película, levante las esquinas con la cuchilla de afeitar.Retire cuidadosamente la película de la placa de vidrio. Luego corte una tira a lo largo del director molecular de la película. A continuación, sujete la muestra de la película usando una pinza de cierre automático de manera que 1,7 centímetros de la película queden libres para moverse.Sostenga la muestra verticalmente y dirija un haz de diodo emisor de luz perpendicularmente a la muestra para observar la autooscilación. El movimiento oscilatorio observado en la película bajo irradiación luminosa se demuestra en el protocolo presentado, y la calidad del alineamiento en abanico es importante para la actuación autosostenida. La película debe ser transparente.Para verificar la alineación correcta del abanico, se observa la película adherida al sustrato de vidrio entre polarizadores cruzados sobre una fuente de luz blanca difusa. Cuando la película está en tiras, presenta una curvatura natural con el centro de la curva en el lado homeotrópico, lo cual se debe a la tensión residual originada por la polimerización. Las oscilaciones mecánicas y térmicas registradas por una cámara de alta velocidad confirman el éxito del protocolo.Cuando la película está sujeta, se endereza hacia el estado plano en la dirección de la luz. A continuación, la película comienza a moverse continuamente con oscilaciones mecánicas y térmicas. Los factores clave para observar este fenómeno son el efecto fototérmico y la autorsombra de la película, controlada por la intensidad y la posición de la luz.Una intensidad de luz demasiado baja no produce una gran flexión porque la temperatura en la bisagra es insuficiente, mientras que una intensidad de luz demasiado alta en la bisagra provocará una respuesta excesiva. Una vez dominada, esta técnica puede realizarse en cuatro horas si se lleva a cabo correctamente. Al intentar este procedimiento, es importante verificar la alineación de la fase cristalina líquida antes de la polimerización para asegurarse de obtener una oscilación estable.El poder de este protocolo radica en la capacidad de variar la frecuencia y la amplitud de la oscilación modificando las dimensiones de la película y la intensidad de la luz. Tras su desarrollo, este método allanó el camino para que los investigadores en el campo de la ciencia de materiales exploraran otros movimientos de equilibrio en materia blanda. Después de ver este video, debería tener una buena comprensión de cómo preparar una red cristalina líquida alineada para obtener una película fotosensible.No olvide que trabajar con luz puede ser extremadamente peligroso y que siempre se deben usar gafas de protección contra los rayos UV al realizar estos experimentos.

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