Name: 빛에 의해 유도 된 거시적인 진동 모션 액정 네트워크의 준비 (동영상) | JoVE Journal
Uploaded: 2017-09-20T15:00:00.000+00:00
Duration: 7 min 56 s
Description: 학습하세요 빛에 의해 유도된 거시적 진동을 보이는 액정 네트워크 제조 방법을. 소프트 로봇틱스 및 자동화 시스템에 적용 가능한 이 기술은 상업용 화학물질을 사용하며 약 4시간 내에 완료할 수 있습니다.

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이 작품의 재정적으로 과학적 연구를 위한 네덜란드 조직에 의해 지원 되었다 (NWO-탑 리 면 그랜트: 10018944)와 유럽 연구 회의 (ERC 진동, 그랜트 669991). A. H. G. 사람들이 프로그램 (마리 퀴리 동작)의 유럽 연합의 일곱 번째 프레임 워크 프로그램 FP7-2013, 보조금 번호 607602에서에서 자금을 인정 합니다.

참고: 전반적인 절차는 그림 1에 자세히 설명 되어.
 1. 준비의 셀 <ol><li>유리 접시 <ol>의 클리닝 <li>3 cm x 3 cm 유리 접시 비누와 뜨거운 물 오염 ( 그림 1A) 제거를 사용 하 여 신중 하 게 청소.</li>
		<li>비 커에 에탄올 99.5% ( 그림 1B) 커버 유리 접시를 놓습니다.</li>
		<li>장소에서 약 10 분에 대 한 초음파 목욕 비 커</li>
		<li>신중 하 게 조직와 날 려 공기 유리 접시 건조.</li>
		<li>용 매, 먼지의 흔적 또는 오염 물질의 모든 종류는 접시에 남아 있는지 확인 하십시오. 
		참고: 유리 접시 이제 깨끗 하 고 장갑과 조작 해야 합니다.</li>
		<li>어떤 유기 잔류물을 제거 하기 위해 20 분에 대 한 UV 오존 photoreactor에 유리 접시를 놓습니다. 오존 치료 후 판 코팅 단계 ( 그림 1C)에 대 한 준비가.</li>
	</ol></li> <li>유리 접시의 코팅 참고: 코팅된 격판덮개의 2 세트 준비: 한 평면 정렬 레이어 및 homeotropic 맞춤으로 다른 세트. 나중의 단계에서 셀 한 평면 유리 접시와 한 homeotropic 유리 접시 ( 그림 1D) 구성 될 것입니다.
	<ol><li>유리 접시를 날 려 공기와 spin coater에.</li>
		<li>구체의 솔루션 (해결책의 약 0.5 mL)의 전체 표면을 커버 하는 유리 접시에 입금.</li>
		<li>스핀 코트는 다음과 같은 조건에 따라 정렬 레이어: 17 g x 11 x g/s의 가속도에서 1: 5 s 프로그램 프로그램 2시 40분 g 및 17 x g/미의 가속 x 420에 s</li>
	</ol></li> <li>맞춤 층의 경화 <ol><li>정렬 레이어 혼합 ( 그림 1E)에 용의 대부분을 제거 하기 위해 10 분 동안 110 ° C에 뜨거운 접시에 코팅된 유리 접시를 놓습니다.</li>
		<li>인식 하는 homeotropic 고 평면 정렬 레이어 독특한 간판과 유리 접시 (비 코팅 쪽)에 표시 합니다. 또한 이후 단계 ( 그림 1 층)에 설명 된 마찰 방향 나타냅니다 이후 작은 화살표가 평면 유리 접시에 대 한 일반적으로 도움이 됩니다.</li>
		<li>일단 모든 유리 접시는 입힌 다, 용 매 제거 오븐에서 1 h 폴 레이어 ( 그림 1G) 치료를 위한 180 ° C에서 유리 접시 장소. 
		주의:이 단계는 매우 뜨거운 온도를;을 포함 한다. 장갑, 안경, 적절 한 개인 보호 착용.</li>
		<li>베이킹 후 유리 접시, 그들 실내 온도 아래로 멋진 보자. 
		참고: 각 단계 사이 어떤 오염 든 지 방지 하기 위해, 것이 좋습니다 보호 포 일을 유리 접시에 놓고.</li>
	</ol></li> <li>평면 정렬 레이어를 바르고 <ol><li>한 방향으로 LC를 안내할 것입니다 하는 계층에서 (하위) microchannels 만들려면 평면 정렬 레이어와 코팅 유리 접시를 문 지 르 세요. 이렇게 하려면 벨벳 옷감에 면이 코팅 유리 접시를 아래쪽으로 놓습니다. 두 손가락으로 균일 하 고 부드러운 압력을 적용 합니다. 조심 스럽게 직선 방향으로 벨벳 옷감의 표면에 따라 유리 접시를 드래그 합니다. 유리 접시를 올리고 ( 그림 1 H) 번 3 동일한 작업을 반복. 
		참고: 단일 방향에만 진행 하는 동안 접시를 맛사지 하는 것이 결정적 이다. 불 쌍 한 정렬 될 직선 방향에서에서.</li>
	</ol></li> <li>세포 접착 <ol><li>공기는 송풍기를 사용 하 여 유리 접시를 날 려.</li>
		<li>스페이서가 (유리 구슬) 20 µ m의 잘 정의 된 직경을 갖는 UV 경화 접착제를 혼합 하 여 접착제를 준비.</li>
		<li>평면 정렬 레이어와 코팅 유리 접시와 homeotropic 정렬 레이어와 코팅 한 유리 접시를 가져가 라. 평면 유리의 2 개의 인접 한 모서리에 접착제의 2 개의 작은 방울을 배치 합니다. 다음 ( 그림 1I) 두 마지막 모서리에서 약 5 mm에 접착제의 다른 두 방울의 장소.</li>
		<li>는 Homeotropic 유리 접시를가지고 고 위에 그것을 배치. LC 혼합물에 대 한 충분 한 공간을 제공 하는 유리 접시의 가장자리 사이 약 4 m m의 간격을 남겨 주세요. 코팅된 면이 서로 직면 하는 있는지 확인 하십시오.</li>
		<li>빛 UV에서 2 분에 대 한 셀을 배치 하 여 접착제를 치료. 
		주의: 자외선은 유해; 장갑, 안경, 적절 한 개인 보호 착용.</li>
	</ol></li></ol> 2. LC 혼합물 준비 및 특성화 <ol><li>구성 요소 <ol><li>97.5 mg LC 빛 1, 2.5 mg 사진-안정제 및 갈색 유리 유리병 ( 그림 2)에서 photoinitiator의 1 밀리 그램의 무게. 초기자의 감도 때문에 가능한 한 최선을 혼합물에 자외선 빛 노출 방지.</li>
	</ol></li> <li>분말의 균질 성 혼합 참고:이 단계는 화학 후드에서 수행 됩니다.
	<ol><li>Dichloromethane (DCM)의 3 mL 위의 구성 요소를 추가 및 고체 완전히 해산 될 때까지 흔들어.</li>
		<li>유리병 30 분 동안 30 ° C에서 뜨거운 접시에 놓고 DCM의 빠른 증발을 촉진 하는 아르곤의 흐름을 추가. 
		참고: 것이 좋습니다 DCM의 잔여 흔적을 제거 하는 진공 유리병 배치.</li>
	</ol></li> <li>관찰에서 편광 광학 현미경 (POM) 위상 전환 결정에 대 한 <ol><li>혼합물이 완전히 건조 되 면 작은 금액을 놓고 (± 10) 평면 정렬 레이어와 코팅 두 유리 접시 사이. 
		참고: 성격을 나타내기 위하여 단계 제대로, 것이 좋습니다 unrubbed 평면 유리 접시를 사용 하 여.</li>
		<li>뜨거운 무대를 갖춘 POM에 슬라이드를 배치 합니다. 이미지 (교차 편광판을 사용 하 여) 검게 될 때까지 세포를 열 등방성 단계를 나타내는.</li>
		<li>천천히 핫 플레이트 진정 고 전환 온도 합니다. 위에서 설명한 혼합물에 대 한 등방성 nematic 전환 103 ° C 이며 smectic 전환 nematic 86 ° C ( 그림 3A)에서 발생 합니다.</li>
	</ol></li></ol> 3. 영화 준비 <ol><li>셀 ( 그림 1J) <ol><li>장소 homeotropic 면 핫 플레이트에서 셀의 위쪽으로 작성. Nematic 단계에서 액체 보다는 보다 적게 점성 때문에 셀의 작성을 촉진 하기 위하여 110 ° c (등방성 단계) 온도 설정.</li>
		<li>셀의 가장자리에 일부 고체 혼합물의 장소.</li>
		<li>솔리드 녹아과 액체 혼합물 주입구 셀에 의해 흐름. 셀이 채워질 때까지 더 많은 혼합 가장자리에 추가.</li>
	</ol></li> <li>Nematic 위상 및 합 ( 그림 1)에 <ol><li>셀 채워집니다, 일단 천천히 진정 그것 (5 ° C/min) nematic 단계에서 90 ° c.</li>
		<li>마자 영화는 적당 한 온도에서 30 분 동안 90 ° C에 빛 자외선 아래 배치 하 여 혼합 유해 
		주의: 자외선은 위험, 보호 된 환경에는 중 합을 수행 하도록 조언 된다.</li>
		<li>A 후 베이킹 단계는 네트워크의 전체 합을 확인 하는 것이 좋습니다. 약 10 분 동안 130 ° C에서 뜨거운 접시에 셀을 배치 하 고 실 온까지 천천히 식 지.</li>
	</ol></li> <li>셀 및 절단 샘플의 오프닝 <ol><li>셀을 열 하나에 면도날을 넣어 가장자리와 두 개의 유리 접시 사이 밀어. 셀 열립니다 한 번에 ( 그림 1 L).</li>
		영화, 벗기다 <li>리프트 면도날과 작은 모서리. 유리 접시 영화 ( 그림 1 M)의 제거를 촉진 하기 위해 뜨거운 물에 놓일 수 있습니다 필요한 경우.</li>
		<li>물에서 필름을 제거 하 고 그것을 부드럽게 껍질</li>
		<li>스트라이프는 분자 (평면 쪽의 방향으로 문 지르고) 영화 감독 데 다음 크기에 따라 잘라: 4 mm x 2.5 cm ( 그림 1N).</li>
	</ol></li></ol> 4. 자기 진동 관찰 <ol><li>랩에서 <ol>설치 <li>클램프 방식으로는 1.7 cm 영화 자체 닫는 족집게를 사용 하 여 샘플은 자유롭게 이동.</li>
		<li>수직으로 샘플을 보유 하 고 직접 발광 다이오드 (LED) 샘플에 수직으로 광선 (400 mW/cm 2). 일반적으로, 빛은 샘플에서 약 20cm. 빛 아래 트위터 ( 그림 4)는 영화의 상단을 도달 한다. 얻은 진동 (150 프레임/s) 고속 카메라로 기록 및 이미지 프로세싱 프로그램 분석.</li>
	</ol></li> <li>직사와 설치 <ol><li>단계 4.1.1에서에서 위에서 설명한 대로 진행 하지만 LED 빛을 사용 하 여, 대신 초점 렌즈와 필름 위에 햇빛.</li>
	</ol></li> <li>열 효과의 측정 <ol><li>열 카메라 15 (40 프레임/s)를 사용 하 여 진동 샘플의 온도 변화를 측정.</li>
	</ol>
	</li>
</ol>

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<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>
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<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>
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<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>

저자는 전혀 충돌의 관심이 없다.

여기에 설명 된 결과 6 탄소의 스페이서와 LC 빛에 이전 연구15 와 비교할 수 있습니다. 그것은 발진을 얻을 방법을 다른 기계적 성질16필름에 적용할 수 있습니다 보여줍니다.
사진-열 응답 LCN의 준비 보고 됩니다. 평면 정렬 계층의 마찰 및 셀의 준비 등 중요 한 설명된 프로토콜의 몇 가지 단계가 있습니다. 실제로, 프로토콜의 성공 또한 얇은 필름을 응용 프로그램을 제한 하는 LC splay 정렬의 높은 품질에 의존 합니다.
이전에, 사진-액추에이터 LCNs 대량 사진 스위치를 포함 하는에 따라 많은 예제 보고11,12,,1319되었습니다. 여기 개발 방법의 주요 장점은 dopants는 발동을 관찰 하는 데 필요한의 수량 한정된 (&#60; 5 wt %)와 dopants 사용할 수의 광범위 한 선택. 15 이 결과 잠재적인 응용 프로그램의 범위를 확장. 또한,이 프로토콜의 다른 매트릭스 구성으로 영화의 계수, 스 트 라이프와 빛의 강도의 크기를 변경 하 여 주파수와 진동의 진폭을 변경 하는 기능입니다.
이 방법론은 자동화 된 시스템에 대 한 LC의 광범위 한 범위 자료를 조작 하 쉽게 확장할 수 있다. 여기에 설명 된 프로토콜 소프트 로봇 및 자동화 된 자료에 대 한 비 평형 시스템의 개발 하는 방법은 불법 체류자.

지속 가능한 에너지 쪽으로 검색 성장 기후 변화와 화석 에너지의 고갈에 대 한 응답에 대 한 관심의 영역입니다. 기계 작업으로 빛 에너지를 변환 하는 메서드는 현재 조사 되 고, 전기를 생성 하는 태양광 발전 등, 생산 하는 바이오 매스 연료, 태양 물 산소와 수소를 분할 합니다. 그러나, 이러한 모든 프로세스는 빛에 의해 연료 에너지 생산 작업을 수행 하는 기계를 실행할 수 있습니다 전에 여러 단계를 요구 한다. 이러한 방식을 제공 하지만 응용 프로그램의 대형 패널, 그들은 생산, 저장과 수송 (예를들면, 전기 잠재력, 화학 연료) 중간체의 필요 합니다. 따라서, 장치 거시적인 모션으로 햇빛을 직접 변환할 수 단순화의 이점을 제공 합니다.
마지막 십 년간에서 많은 예제 사진 액츄에이터의 폴리머 조사1,2,3시 모양을 변경 개발 되었습니다. 그러나, 이러한 예의 대다수 연속 발동 한 상태에서 다른 전환 빛을 온/오프를 돌고 요구 한다. 지금까지, 아웃-의-평형 작업 사진 반응 자료의 제한 된 수만 설명된4,5,,67되었습니다. 액정 네트워크 (LCNs)8,,910,11,,1213 기반 시스템은 또한 그들의 본질 때문에 조사 preprogramming 제어 방식14에 변형에 대 한 있도록 이방성 최근, 사진-열 효과 사진-안정기 LCN에 통합의 흥분에 의해 유도 된 진동 모션15를 생성할 수 있습니다 보도 했다.
여기, 연속 빛 조사에서 기계적으로 진동 LCN 영화를 만드는 방법을 설명 합니다. 영화의 개념 특성화 및 LC 혼합물의 중 합에 셀의 준비에서 상세한입니다. LCN 영화 사진 개폐와 움직임의 분석 또한 보고 됩니다. LCNs는 신속 하 게 유도 이방성 열 확장 및 영화의 후속 거시적인 변형 네트워크 내에서 열으로 빛을 낭비할 수 있다 분자와 마약에 취해. 자동 숨기기, 온도 편차와 재료의 수축/신장 사이 상호 작용 진동 모션15에 상승을 제공합니다. 빛이이 효과 얻으려면 샘플의 방향을 포함 하 여 정확한 설치 프로토콜에서 강조 표시 됩니다. 진동은 주파수의 특징은 고는 LCN의 속성에 의해 제어. 우리의 지식을 하려면, dopants의 넓은 범위를 사용 하는 간단한 메커니즘에 의해 자체 진동 수 LCN 영화의 창조에 대 한 방법의 첫 번째 설명입니다.

<table><tbody><tr><td>Material</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>LC diacrylate (화합물 1: 그림 2)</td><td>Syncom</td><td>주문 종합</td><td></td></tr><tr><td>광안정</td>제 <td>Ciba</td><td>tinuvin 328</td><td></td></tr><tr><td>광개시제</td><td>Ciba</td><td>Irgacure 819</td><td></td></tr><tr><td>정렬 층 planar</td><td>JSR 마이크로</td><td>optimer Al1051</td><td></td></tr><tr><td>정렬 층 동상성</td><td>닛산 화학 산업</td><td>Sunever 등급 5300</td><td></td></tr><tr><td>Name</td><td>Company</td><td>카탈로그 번호</td><td>Comments</td></tr><tr><td>Equipment</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>UV-오존 광반응기</td><td>자외선 제품, PR-100</td><td>사용할 수</td><td></td>없음</tr><tr><td>스핀 코터</td><td>Karl-SUSS</td><td>SUSS RC 스핀 코터 CT62 V098</td><td></td></tr><tr><td>UV 광</td><td>Gentec</td><td>EXFO-Omnicure S2000</td><td></td></tr><tr><td>마이크로 펄</td><td>세키스이 화학 물질</td><td>SP220-20um</td><td></td></tr><tr><td>접착제</td><td>Gentec</td><td>UVS91</td><td></td></tr><tr><td>LED 365nm</td><td>Thorlabs</td><td>M365LP1</td><td></td></tr><tr><td>광 콜리메이터</td><td>Thorlabs</td><td>SM2F32-A</td><td></td></tr><tr><td>고속 카메라</td><td>PCO.</td><td>PCO 5.5 sCMOS 사진기</td><td></td></tr><tr><td>열 사진기</td><td>Xenics 적외선 해결책</td><td>Gobi-640-GigE</td><td>는 Xeneth 소프트웨어</td></tr><tr><td>분별 주사 열량계</td><td>TA 계기</td><td>Q1000</td><td></td></tr><tr><td>동적인 기계 해석기</td><td>TA 계기</td><td>Q800</td><td></td></tr><tr><td>극화된 광학 현미경</td><td>Leica</td><td>DM6000M</td><td></td></tr>와 함께 사용했습니다</tbody></table>

빛에 의해 유도 된 거시적인 진동 모션 액정 네트워크의 준비

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

도 핑된 액체 결정 네트워크 기반 전략 연속 빛 조사 아래 플라스틱 필름의 기계적 자기 지속적인된 진동 만들 설명 합니다. 신속 하 게 열로 빛을 낭비할 수 있다 dopants의 사진-여기 이방성 열 확장과 함께 결합 하 고 자기 지속적인된 개 악에 생겨나게 자체는 영화의 그림자. 관찰 하는 진동 크기와 영화, 탄성 계수 및 빛의 강도와 방향에 의해 영향을 받습니다. 시스템 개발 에너지 변환 및 소프트-로봇에 대 한 수확 및 자동화 시스템에 응용 프로그램을 제공 합니다.
무료 서 액체 결정 영화 만들기 및 관찰 하는 기계 및 열 효과 설명 하는 일반적인 방법에 의하여 이루어져 있다. 분자 정렬 정렬 레이어 (문질러 서 polyimide), 디스플레이 제조 산업에서 일반적으로 사용을 사용 하 여 이루어집니다. 큰 변형 된 액추에이터를,에서 mesogens는 정렬 하 고 넓히기/벤드 구성, 즉, 필름 두께 통해 homeotropic 평면에서 점차가 액정 (LCs)의 감독과 함께 생산. 방사선 조사, 시 얻은 기계 및 열 진동 고속 카메라와 함께 모니터링 됩니다. 결과 이미지 분석 프로그램을 처리 하는 이미지를 사용 하 여 추가 정량 된다.

프로토콜의 성공은 가벼운 방사선 조사에서 영화의 진동 동의의 관찰 이다. 진동 고 큰 잘못 된 결과 볼 수 있습니다. 또한, 진동 끝났다 안정 시간 (시간 표시줄)과 작은 피로 관찰 되었다.
다른 가운데, splay 정렬의 품질 자체 지속적인된 작동 (그림 5A)의 성취에 대 한 중요성 이다. 영화의 두께 걸쳐 분자 방향에서 그라데이션 발동16,,1718시 영화의 평면/homeotropic 측면에서 수축/확장을 유도 한다. 이 비대칭 응답 거시적인 움직임을 향상 시킵니다. 실험 (굽 힘, 작은 변형 또는 이상 절곡의 부재)의 실패 가난한 LC 정렬에 의해 설명 될 수 있다. 첫째, 영화는 투명 해야 합니다. (그림 5B)입니다.  간단한 단계에서 올바른 splay 맞춤을 확인 하려면 유리 기판에 부착 된 필름 확산된 백색 광원 (그림 5C-E) 위에 교차 편광판 사이 관찰 됩니다. Xy 평면에 45 °에 0 °에서 크로스 편광판 사이 필름을 회전 하 여 영화 급격히 밝기를 변경 해야 합니다. 영화 분자 감독 주위에 비행기를 선회 하 여 영화 위에서 보는 동안 (평면)에서 흰색 (평면)에 검정에서 컬러를 변경 해야 합니다. 유사한 확인 단계는 알루미늄 호 일로 덮여 핫 플레이트 위에 편광판을 통해 세포를 관찰 하 여 중 합 전에 할 수 있습니다. 또한 때 영화는 스트립으로 잘라입니다, 그것은 선물 자연 곡률 homeotropic 측면에 곡선의 중심. 이것은 영화의 두 측면의 확장은 반대 기호 (그림 6A)는 고온에서 중 합에서 발생 하는 잔류 응력. 맞춤 성공적 이면 경우에 폴 레이어를 준비 하는 방법을 재검토 한다. 그 세포의 생산은 잘 정렬 된 영화를 얻기 위해 중요 합니다. 가장 중요 한 단계는 마찰: 접시에 너무 강한 압력은 부분적으로 polyimide 제거 레이어를 정렬에 대 한 매우 가난한 명령 계층 결과. 실 온에서 영화 유리 상태 (그림 3B)입니다. 영화는 부드러운 볼품 없는, 그는 중 합 완료 되지 않으면, 대부분의 아마 방사선 조사 시간이 너무 짧습니다 또는 초기자 성능 저하 때문에 의미 합니다. LC mesogens의 혼합 용 매 존재 LC 혼합물의 단계 행동 영향을 줄 수 있기 때문에 균질 하 고 셀을 작성 하기 전에 건조 되어야 합니다. LC 혼합물 중 합 전에 정렬 해야 합니다. 급속 하 게 단계를 통해가 고 하지 장기간된 시간 샘플 130 ° C 이상가 열 정렬의 과정에서 열 중 합을 피하기 위해 주의 한다. 개간 지점 바로 위에 셀을 채우는 충분 한 (110 ° C) 이다.
고속 카메라에 의해 등록 된 기계 및 열 진동 제시 프로토콜 (그림 7;의 성공 확인 비디오 1). 영화는 한쪽 끝에 고정은 때 빛 (그림 6B)의 방향으로 플랫 상태 쪽으로 펴는 집중 조명, 평면 측면에서 자유롭게 이동 하 고 비친 1.7 cm를 떠나. 힌지는 (그림 4) 빛의 초점의 위치에 있습니다. 영화, 수직 클램프 하 측에 이동 해야 합니다. 다음 영화는 20 µ m x 7.6 Hz ± 5%와 차원 1.7 cm x 0.4 cm의 영화에 대 한 진폭 30 ° ± 10% 주파수의 진동으로 지속적으로 이동 하기 시작 합니다. 열 진동 측정 열 카메라 존재와 동일한 주파수 (7.4 Hz ± 5%), 영화의 관성 때문에 약간의 위상 지연. 이 주파수 f 는 차원과 영화15의 계수를 받습니다. 진동의 진폭 빛의 강도 따라 달라진 다 고 그리고 특히, 샘플에 빛의 초점의 위치는 설치 프로그램에 의해 영향을 받을 것 이다. 발진의 메커니즘은 다음과 같습니다: 1) 컬된 영화 초점 빛 반구는 펀트는 빛을 흡수 하 고 열으로 변환, 필름과 그것의 경첩에서 따뜻하게 LC 정렬;에 의해 미리 정의 된 방향으로 펴는 2) 팁의 온도 그 이후의 휴식; 여 구부러지지 않는의 감소를 유도 영화 경첩 그림자 3) 힌지 다시 조사, 따뜻하게 아래 고 영화 굴절15. 이러한 연속 단계 반복 진동에 상승을 제공합니다. 이 현상 관찰에 핵심 요소는 사진 열 효과 및 영화, 강도와 초점된 빛 (그림 4)의 위치에 의해 제어의 자동 숨김입니다. 예를 들어, 약간 기울어진된 램프 샘플의 완벽 한 컬링을 유발 한다. 또한, 너무 낮은 가벼운 강렬의 overshooting을 유발 한다 큰 굴곡 경첩에 온도 빛의 강도 힌지에 너무 높은 반면 충분 하지 않습니다 때문에 포기 하지 않습니다 (그림 6 c, 180 ° 영화의 굽 힘). 실험의 성공에 대 한 또 다른 요구 사항은 섭 동을 피하기 위해 바람에서 보호 하는 환경에서 설치 프로그램을 배치 하는 것입니다.
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56266/56266fig1.jpg"> 
그림 1. 는 넓히기를 전반적인 절차 정렬 (A-N)에서 14 단계에서 LCN. 단계 A-C: 유리 접시;의 청소 D-G단계: 평면 만들려고 유리 접시 또는 homeotropic 정렬 레이어;의 코팅 단계 H: 벨벳 천으로;를 사용 하 여 유리 접시의 마찰 내가단계: 셀;를 접시 붙이기 단계 J: LC 혼합물과 nematic 단계;에서 정렬 셀을 작성 단계 K: 자외선; 아래 사진 polymerizing L-N단계: 셀의 열고 스트립을 영화의 절단. <a href="//ecsource.jove.com/files/ftp_upload/56266/56266fig1large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.</a>
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56266/56266fig2.jpg"> 
그림 2. 구성 요소 사용의 화학 구조. <a href="//ecsource.jove.com/files/ftp_upload/56266/56266fig2large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.</a>
<img alt="Figure 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56266/56266fig3.jpg"> 
그림 3. 는 단위체 혼합물 및 폴리머 필름의 열 특성. ) 차동 스캔 calorim상전이 결정 합 전에 혼합물의 etry (DSC). 너비: POM 사진, 스케일 바: 100 µ m. B) 고분자 필름의 동적 기계적 열 분석 (DMTA) 측정. <a href="//ecsource.jove.com/files/ftp_upload/56266/56266fig3large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.</a>
<img alt="Figure 4" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56266/56266fig4.jpg"> 
그림 4. 왼쪽된 측면, 그리고 빛 앞에서 트위터를 채워 진동 필름에는 LED를 보여주는 설정의 그림. 삽입 된 구부려 진 필름 및 지역화 된 빛 조명 회로도 표현을 보여줍니다. 빨간색 영역 텍스트에 언급 된 따뜻한 경첩에 해당 합니다. <a href="//ecsource.jove.com/files/ftp_upload/56266/56266fig4large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.</a>
<img alt="Figure 5" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56266/56266fig5.jpg"> 
그림 5. A) splay 정렬의 도식 적인 표현입니다. 투명도 영화의 색상의 부재를 보여주는 TU/e 로고 앞 유리 셀 B) 그림. 화살표 평면 유리 접시의 문 지르고 방향을 나타냅니다. C - Splay 정렬의 특성을 보여주는 교차 편광판 사이 찍은 영화의 E) 그림 (그림 D: XY 평면, 그림 E에 45 °의 회전: xy 평면에서 선회). 맞춤의 분자 감독 빨간색 화살표로 표시 됩니다. 눈금 막대: 1 cm. <a href="//ecsource.jove.com/files/ftp_upload/56266/56266fig5large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.</a>
<img alt="Figure 6" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56266/56266fig6.jpg"> 
그림 6. Homeotropic 사이드에 곡선의 센터와 자연 곡률을 보여주는 트위터와 함께 채워 영화 A) 그림. 사진에 방사선 조사 시 플랫 상태가 영화의 B) 그림 (365 nm, 0.52 W/c m2). 영화와 반구의 C) 그림 너무 180 ° 굽 힘을 보여주는 빛의 강도 높은. <a href="//ecsource.jove.com/files/ftp_upload/56266/56266fig6large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.</a>
<img alt="Figure 7" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56266/56266fig7.jpg"> 
그림 7. 자외선과 방사선 조사 하는 동안 시간이 지남에 영화의 끝의 기계적 진동 (LED 365 nm, 0.52 W/cm2). 너비: 움직이는 영화 스크린샷 고속 카메라와 함께 기록. 영화 기는 1.7 cm (길이) x 20 µ m (두께) x 0.4 c m (폭). <a href="//ecsource.jove.com/files/ftp_upload/56266/56266fig7large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.</a>
<img alt="Figure 8" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56266/56266fig8.jpg"> 
그림 8. 시간 동안 자외선과 방사선에 노출 된 지역 (경첩)의 열 진동 (LED 365 nm, 0.52 W/c m2). 너비: 진동 필름 온도 프로 파일의 스크린샷 등록 힌지에 온도 변화를 보여주는 열 카메라. 영화 기는 1.7 cm (길이) x 20 µ m (두께) x 0.4 c m (폭). <a href="//ecsource.jove.com/files/ftp_upload/56266/56266fig8large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.</a>

프로토콜의 목표는 지속적인 빛 조사에서 기계적으로 진동 수 액체 크리스탈 중합체 필름을 만드는 것입니다. 우리가 훌륭한 세부 사항에서 무료 서 영화, 사진-개폐를 액정 정렬 방법의 개념을 설명합니다. 이 자료 준비에 적용 실험 프로토콜은 광범위 하 게 적용 됩니다.

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

이 실험 프로토콜의 전반적인 목표는 지속적인 빛 조사 하에서 기계적 진동을 나타내는 액정 네트워크를 제조하는 것입니다. 이 방법은 소프트 로보틱스 및 자동화 시스템에 응용 가능한 연속적인 미세 운동을 구현하는 방법과 같은 재료 과학의 핵심 질문에 답하는 데 도움이 될 수 있습니다. 이 기술의 주요 장점은 상용 화학 물질을 사용하여 스프레이 제조 산업에서 널리 쓰이는 용도 및 방법들을 활용한다는 점입니다.먼저, 오염 물질을 제거하기 위해 비누와 뜨거운 물을 사용하여 3x3 cm 크기의 유리 플레이트를 조심스럽게 세척합니다. 유리 플레이트를 에탄올이 담긴 비커에 넣습니다. 그런 다음 비커를 초음파 세척기에 넣고 약 10분 동안 처리합니다.그 다음, 티슈와 에어 블로워를 사용하여 유리 플레이트를 조심스럽게 건조합니다. 플레이트에 용매, 먼지 또는 어떠한 종류의 오염물도 남아 있지 않은지 확인하십시오. 유기 잔류물을 제거하기 위해 유리 플레이트를 UV 오존 광반응기에 넣고 20분 동안 처리합니다.오존 처리 후, 유리판 중 하나에 에어를 불어내고 스핀 코터 위에 놓습니다. 그런 다음 유리판의 전체 표면을 덮을 수 있도록 폴리아미드 용액 약 0.5 milliliters를 도포합니다. 다음 조건에 따라 배향막을 스핀 코팅합니다.스핀 코팅 후, 홈오트로픽(homeotropic) 정렬층과 평면(planar) 정렬층을 구분할 수 있도록 코팅되지 않은 면의 유리판에 식별 표시를 합니다. 정렬층 혼합물에 포함된 용매의 대부분을 제거하기 위해, 코팅된 유리판을 110 °C의 핫플레이트 위에 10분 동안 놓아둡니다. 모든 유리판의 코팅이 완료되면, 폴리아미드 층을 경화시키기 위해 180 °C의 오븐에 1시간 동안 넣습니다.코팅된 유리 플레이트에 마이크로채널을 생성하려면, 코팅된 면이 아래로 향하게 하여 각 평면 플레이트를 벨벳 천 위에 놓으십시오. 두 손가락으로 균일하고 부드럽게 압력을 가합니다. 벨벳 천의 표면을 따라 유리 플레이트를 직선 방향으로 조심스럽게 끕니다.그 다음 유리 플레이트에 공기를 불어넣습니다. 이어서, 직경이 20 micrometers로 일정하게 정의된 유리 비즈와 UV 경화 접착제를 혼합하여 접착제를 준비합니다. 평면 배향층이 코팅된 유리 플레이트의 인접한 두 모서리에 접착제를 아주 작게 두 방울 떨어뜨립니다.그런 다음 다른 두 모서리에서 약 5 mm 떨어진 곳에 접착제 두 방울을 더 떨어뜨립니다. 홈오트로픽 배향층이 코팅된 유리판을 첫 번째 유리판 위에 올리되, LC 혼합물을 위한 충분한 공간을 확보하기 위해 판의 가장자리 사이에 약 4 mm의 간격을 둡니다. 그 후 두 유리판 또는 셀을 UV 광원 아래에 2분 동안 두어 접착제를 경화시킵니다.홈오트로픽(homeotropic) 면이 위를 향하도록 셀을 핫플레이트 위에 놓습니다. 유체의 점도가 네마틱(nematic) 상보다 낮아 셀 충전이 용이하도록 온도를 110 °C로 설정합니다. 이제 LC 혼합물의 일부를 셀 가장자리에 놓아 고체가 녹으면서 액체 혼합물이 모세관 현상에 의해 셀 내부로 흘러 들어가게 합니다.셀이 가득 찰 때까지 가장자리에 혼합물을 더 추가합니다. 셀이 가득 차면, 네마틱 상(nematic phase)이 되도록 90 °C까지 천천히 냉각합니다. 필름의 온도가 90 °C에 도달하는 즉시, 이 온도에서 셀을 UV 광원 아래에 30분 동안 두어 혼합물을 중합시킵니다.중합 후, 셀을 130 °C의 핫플레이트에 약 10분 동안 둡니다. 셀이 실온으로 식으면, 면도날을 한쪽 가장자리에 대고 두 유리판 사이로 밀어 넣어 셀을 엽니다. 필름을 벗겨내려면 면도날로 모서리 부분을 들어 올립니다.유리판에서 필름을 조심스럽게 떼어냅니다. 그런 다음 필름의 분자 배향 방향을 따라 길게 자릅니다. 다음으로, 필름의 1.7 centimeters 부분이 자유롭게 움직일 수 있도록 셀프 클로징 핀셋으로 필름 샘플을 고정합니다.시료를 수직으로 세워 잡고, 자가 진동 관찰을 위해 발광 다이오드 빔을 시료에 수직으로 조사합니다. 빛 조사 하에서 필름의 진동 운동 관찰 과정이 본 프로토콜에 제시되어 있으며, 자가 지속 구동을 위해서는 스플레이 정렬(splay alignment)의 품질이 중요합니다. 필름은 투명해야 합니다.올바른 splay 정렬을 확인하기 위해, 확산 백색 광원 위에서 직교 편광판 사이에 유리 기판에 부착된 필름을 관찰합니다. 필름이 스트립 형태일 때, 중합 과정에서 발생하는 잔류 응력으로 인해 호모트로픽(homeotropic) 측이 곡선의 중심이 되는 자연스러운 곡률이 나타납니다. 고속 카메라로 기록한 기계적 및 열적 진동을 통해 프로토콜의 성공 여부를 확인합니다.필름을 고정하면, 빛이 비치는 방향으로 평평한 상태가 되도록 펴집니다. 이후 필름은 기계적 및 열적 진동과 함께 지속적으로 움직이기 시작합니다. 이러한 현상을 관찰하는 핵심 요인은 광열 효과와 빛의 세기 및 위치에 의해 제어되는 필름의 자체 차폐 효과입니다.광강도가 너무 낮으면 힌지 부분의 온도가 충분하지 않아 굽힘 정도가 크지 않으며, 반대로 힌지에 가해지는 광강도가 너무 높으면 오버슈팅이 발생할 수 있습니다. 이 기술을 숙달하고 적절하게 수행한다면 4시간 이내에 완료할 수 있습니다. 본 절차를 시도할 때, 안정적인 진동을 얻기 위해서는 중합 전 액정 상의 정렬 상태를 확인하는 것이 중요합니다.이 프로토콜의 강점은 필름의 크기와 빛의 세기를 조절함으로써 진동의 주파수와 진폭을 변화시킬 수 있다는 점입니다. 이 방법이 개발된 이후, 재료 과학 분야의 연구자들은 소프트 물질 내의 다른 평형 운동을 탐구할 수 있는 길을 열게 되었습니다. 이 영상을 시청하고 나면, 광응답성 필름을 얻기 위해 정렬된 액정 네트워크를 준비하는 방법에 대해 충분히 이해하게 될 것입니다.빛을 이용한 작업은 매우 위험할 수 있으므로, 이 실험을 수행하는 동안에는 항상 UV 보호 안경을 착용해야 함을 잊지 마십시오.

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연구

JoVE Journal

Engineering

공학

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