Il successo del protocollo è l'osservazione del moto oscillatorio della pellicola sotto irradiazione di luce. Le oscillazioni sono grandi e nessun risultato fuorviante può essere visto. Inoltre, le oscillazioni sono stabili nel tempo (scala cronologica di ore) e poca fatica è stata osservata.
Tra gli altri, la qualità dell'allineamento strombatura è di importanza per il completamento dell'attuazione della auto-sostenuta (Figura 5A). Il gradiente in orientazione molecolare in tutto lo spessore del film induce una contrazione/espansione ai lati planare/homeotropic del film su azionamento16,17,18. Questa risposta asimmetrica migliora il movimento macroscopico. Il fallimento dell'esperimento (assenza di piegatura, piccola deformazione o curvatura dispari) può essere spiegato da un scarso allineamento di LC. In primo luogo, il film dovrebbe essere trasparente. (Figura 5B). Per verificare il corretto allineamento strombatura in un semplice passaggio, il film attaccato al substrato di vetro è osservato fra polarizzatori incrociati sopra una diffusa sorgente di luce bianca (Figura 5-E). Ruotando la pellicola tra i polarizzatori incrociati da 0° a 45° sul piano xy, il film dovrebbe cambiare bruscamente luminosità. Ruotando il film fuori dall'aereo intorno il direttore molecolare, il film dovrebbe cambiare colore dal nero (in aereo) al bianco (fuori piano) durante la visualizzazione dall'alto. Procedura di verifica simile può essere fatto prima della polimerizzazione osservando la cella attraverso un polarizzatore sopra la piastra calda coperto con un foglio di alluminio. Inoltre, quando il film è tagliato in strisce, presenta una curvatura naturale con il centro della curva nel lato homeotropic. Questo è dovuto allo stress residuo proveniente dalla polimerizzazione ad una temperatura elevata, dove le espansioni dei due lati del film hanno segno opposto (Figura 6A). Nel caso in cui l'allineamento non è riuscita, il metodo per preparare gli strati di polyimide dovrebbe essere riconsiderato. La produzione di queste cellule è fondamentale per ottenere film ben allineati. Il punto più critico è lo sfregamento: una pressione troppo forte sulla piastra rimuoverà parzialmente il polyimide strato e portare a un livello molto scarsa padronanza per allineamento. A temperatura ambiente, il film è nello stato di vetro (Figura 3B). Se il film è morbido e/o di cattivo gusto, vuol dire che la polimerizzazione non è completata, probabilmente perché il tempo di irraggiamento è troppo corto o l'iniziatore è degradata. La miscela di LC nematiche deve essere omogeneo e asciutto prima del riempimento della cella, perché la presenza del solvente potrebbe influenzare il comportamento di fase della miscela LC. La miscela di LC dovrebbe essere allineata prima della polimerizzazione. Devono essere prese precauzioni per evitare la polimerizzazione termica durante il processo di allineamento passando rapidamente attraverso i passaggi e non riscaldamento del campione superiore a 130 ° C per un tempo prolungato. Riempire la cella appena sopra il punto di compensazione è sufficiente (110 ° C).
Le oscillazioni meccaniche e termiche, registrate dalla telecamera ad alta velocità confermano il successo del protocollo presentato (Figura 7; Video 1). Quando il film è fissato ad una estremità, lasciando 1,7 cm liberi di muoversi e irradiati a fianco planare con luce concentrata, è spianata verso lo stato piano in direzione della luce (Figura 6B). La cerniera si trova nella posizione del punto di messa a fuoco della luce (Figura 4). Il film dovrebbe muoversi agevolmente, perpendicolare al morsetto e non sul lato. Poi il film inizia a muoversi continuamente con le oscillazioni di frequenza Hz 7,6 ± 5% e ampiezza 30 ° ± 10% per un film di dimensioni 1,7 x 0,4 cm x 20 µm. Le oscillazioni termiche misurato con la telecamera termica presente sulla stessa frequenza (7,4 Hz ± 5%), con un ritardo di fase leggera a causa dell'inerzia del film. Questa frequenza f è regolato dalle dimensioni e il modulo del film15. L'ampiezza delle oscillazioni varia con l'intensità della luce e sarà influenzata dall'installazione e in particolare, il posizionamento del punto di messa a fuoco della luce sul campione. Il meccanismo di oscillazione è come segue: 1) il film arricciato viene irradiato con luce concentrata, il drogante assorbe la luce e la converte in calore, il film si scalda a sua cerniera e raddrizzatura in direzione pre-definita dall'allineamento di LC; 2) la punta ombre la cerniera del film, che induce una diminuzione della sua temperatura e la sua successiva inflessibile da rilassamento; 3) la cerniera è nuovamente sotto irradiazione, riscalda fino e il film si piega15. La ripetizione di questi passaggi successivi dà luogo a oscillazioni. I fattori chiave nell'osservare questo fenomeno sono l'effetto di foto-termica e il self-shadowing del film, controllato dall'intensità e la posizione della luce concentrata (Figura 4). Per esempio, una lampada leggermente inclinata indurrà un'arricciatura completa del campione. Inoltre, troppo bassa di un'intensità di luce non dà grande flessione perché la temperatura sulla cerniera è insufficiente, mentre troppo alta di un'intensità di luce sulla cerniera indurrà sovraelongazioni (Figura 6, 180 ° di piegamento del film). Un altro requisito per il successo dell'esperimento consiste nell'inserire il programma di installazione in un ambiente protetto dal vento per evitare la perturbazione.

Figura 1. La procedura generale per ottenere la strombatura allineato LCN in 14 passi (da A-N). Passaggi A–C: pulizia delle piastre di vetro; i passaggi da D–G: rivestimento di lastre di vetro per creare planare/i homeotropic strati di allineamento; passaggio H: sfregamento delle piastre di vetro con un panno di velluto; passo io: incollaggio le piastrine per formare la cellula; punto J: la cella di riempimento con la miscela di LC e l'allineamento nella fase nematica; passaggio K: foto-polimerizzazione ai raggi UV; passi L–N: apertura della cella e taglio del film per ottenere una striscia. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Nella figura 2. Strutture chimiche dei componenti utilizzati. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Nella figura 3. Caratterizzazione termica della miscela di monomero e polimero Film. Un) differenziale a scansione calorimmetria (DSC) della miscela prima della polimerizzazione per determinare le transizioni di fase. Inserti: Immagini POM, barre della scala: 100 µm. B) misurazione analisi dinamico-meccanica (DMTA) del film polimerico. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Nella figura 4. Foto del Setup mostrando il LED sul lato sinistro e il Film oscillante fissata la pinzetta davanti alla luce. L'inserto Mostra la rappresentazione schematica del film piegato e l'illuminazione a luce localizzata. La zona rossa corrisponde alla cerniera calda menzionata nel testo. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Nella figura 5. A) rappresentazione schematica dell'allineamento strombatura. B) foto della cella vetro davanti il logo TU/e mostrando la trasparenza e l'assenza di colore del film. La freccia indica la direzione di sfregamento della lastra di vetro planare. C - E) immagini del film prese fra polarizzatori incrociati, mostrando le caratteristiche dell'allineamento strombatura (Foto D: rotazione di 45 ° sul piano XY, E foto: rotazione fuori dal piano xy). Il direttore molecolare dell'allineamento è indicato dalla freccia rossa. Barra della scala: 1 cm. per favore clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Nella figura 6. A) foto del film serrato con una pinzetta mostrando una curvatura naturale con il centro della curva nel lato homeotropic. B) foto del film andando a uno stato piatto su foto-irradiazione (365 nm, 0,52 W/cm2). C) foto di una pellicola irradiata con troppo alta di un'intensità di luce mostrando una piegatura a 180 °. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Nella figura 7. Le oscillazioni meccaniche della punta della pellicola nel tempo durante l'irradiazione con luce UV (LED 365 nm, 0,52 W/cm2). Inserti: Screenshot del film commovente registrati con una fotocamera ad alta velocità. La geometria di pellicola è 1,7 cm (lunghezza) x 0,4 cm (larghezza) x 20 µm (spessa). Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Figura 8. Oscillazioni termiche dell'Area esposta (cerniera) nel corso del tempo durante l'irradiazione con luce UV (LED 365 nm, 0,52 W/cm2). Inserti: Screenshot del film oscillante con il profilo di temperatura registrati con la telecamera termica che mostra i cambiamenti di temperatura tramite la cerniera. La geometria di pellicola è 1,7 cm (lunghezza) x 0,4 cm (larghezza) x 20 µm (spessa). Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.