Voorbereiding van vloeibare kristallen netwerken macroscopische oscillerende beweging door licht geïnduceerde

Het algemene doel van dit experimentele protocol is het bereiden van vloeibare kristalnetwerken die mechanische oscillatie vertonen onder continue lichtbestraling. Deze methode kan helpen bij het beantwoorden van kernvragen in de materiaalkunde, zoals het bereiken van continue microscopische beweging met potentiële toepassingen in zachte robotica en geautomatiseerde systemen. Het belangrijkste voordeel van deze techniek is dat de toepassingen en methoden veelvuldig worden gebruikt in de splay-productie-industrie met commercieel beschikbare chemicaliën.

Reinig eerst glazen plaatjes van drie bij drie centimeter zorgvuldig met zeep en warm water om verontreinigingen te verwijderen. Plaats de glazen plaatjes in een bekerglas met ethanol. Plaats het bekerglas vervolgens gedurende ongeveer 10 minuten in een ultrasoonbad.

Droog vervolgens de glazen platen voorzichtig met een tissue en een luchtblazer. Zorg ervoor dat er geen sporen van oplosmiddel, stof of enig ander type contaminatie op de platen achterblijven. Plaats de glazen platen gedurende 20 minuten in een UV-ozonfotoreactor om organische residuen te verwijderen.

Blaas na de ozonbehandeling lucht op een van de glasplaten en plaats deze op een spincoater. Breng vervolgens ongeveer 0,5 milliliters polyamideloplossing aan op de glasplaat om het gehele oppervlak te bedekken. Spincoat de uitlijnlaag volgens de volgende condities.

Markeer na het spin-coaten de glazen platen aan de niet-gecoate zijde met kenmerkende tekens om de homeotrope en de planaire uitrichtingslagen te kunnen onderscheiden. Plaats de gecoate glasplaat gedurende 10 minuten op een warmteplaat bij 110 °C om het grootste deel van het oplosmiddel in het uitrichtingslaagmengsel te verwijderen. Zodra alle glazen platen zijn gecoat, worden ze gedurende één uur in een oven bij 180 °C geplaatst om de polyamide-laag uit te harden.

Om microkanalen te creëren op de gecoate glasplaten, plaatst u elke vlakke plaat met de gecoate zijde naar beneden op een fluwelen doek. Oefen met twee vingers een gelijkmatige en zachte druk uit. Sleep de glasplaat voorzichtig in een rechte richting over het oppervlak van de fluwelen doek.

Blas vervolgens lucht op de glasplaat. Bereid daarna een kleefmiddel voor door een UV-uithardende lijm te mengen met glasparels met een goed gedefinieerde diameter van 20 micrometers. Plaats twee kleine druppels lijm op twee aangrenzende hoeken van een glasplaat die is gecoat met een planaire uitrichtingslaag.

Plaats vervolgens twee andere druppels lijm op ongeveer vijf millimeter van de andere twee hoeken. Plaats de glasplaat die is gecoat met een homeotrope uitlijningslaag bovenop de eerste glasplaat, waarbij een opening van ongeveer vier millimeter tussen de randen van de platen wordt gelaten om voldoende ruimte te bieden voor het LC-mengsel. Hard vervolgens de lijm uit door de twee glasplaten of de cel gedurende twee minuten onder UV-licht te plaatsen.

Plaats de cel op een warmteplaat met de homeotrope zijde naar boven. Stel de temperatuur in op 110 °C om het vullen van de cel te vergemakkelijken, aangezien het fluïdum minder viskeus is dan in de nematische fase. Plaats nu een deel van het LC-mengsel op de rand van de cel, zodat de vaste stof smelt en het vloeibare mengsel via capillaire werking in de cel stroomt.

Voeg aan de rand meer mengsel toe tot de cel gevuld is. Zodra de cel gevuld is, wordt deze langzaam afgekoeld naar 90 graden Celsius om in de nematische fase te komen. Zodra de film 90 graden Celsius bereikt, wordt het mengsel gepolymeriseerd door de cel bij deze temperatuur gedurende 30 minuten onder UV-licht te plaatsen.

Plaats de cel na polymerisatie gedurende ongeveer 10 minuten op een warmteplaat bij 130 graden Celsius. Nadat de cel is afgekoeld tot kamertemperatuur, wordt deze geopend door een scheermesje aan één zijde te plaatsen en dit tussen de twee glasplaten te duwen. Om de film af te pellen, worden de hoeken met het scheermesje opgetild.

Pel de folie voorzichtig van de glasplaat af. Snijd vervolgens een strook langs de moleculaire director van de folie. Klem daarna het foliemonster vast met een zelfsluitende pincet, zodanig dat 1.7 centimeters van de folie vrij kan bewegen.

Houd het monster verticaal en richt een lichtemitterende diodebundel loodrecht op het monster voor de observatie van zelfoscillatie. De waargenomen oscillatorische beweging van de film onder lichtbestraling wordt gedemonstreerd in het gepresenteerde protocol, waarbij de kwaliteit van de splay-uitlijning van belang is voor zelfonderhouden actuatie. De film dient transparant te zijn.

Om de correcte splay-uitlijning te verifiëren, wordt de film op het glazen substraat geobserveerd tussen gekruiste polarisatoren boven een diffuse witte lichtbron. Wanneer de film in strips is, vertoont deze een natuurlijke kromming met het centrum van de curve aan de homeotrope zijde, wat wordt veroorzaakt door de residuele spanning die voortvloeit uit de polymerisatie. De mechanische en thermische oscillaties die zijn geregistreerd door een hogesnelheidscamera bevestigen het succes van het protocol.

Wanneer de folie is vastgeklemd, buigt deze terug naar de vlakke toestand in de richting van het licht. De folie begint vervolgens continu te bewegen met mechanische en thermische oscillaties. De belangrijkste factoren bij het observeren van dit fenomeen zijn het fotothermisch effect en de zelfschaduwing van de folie, die worden bepaald door de intensiteit en positie van het licht.

Een te lage lichtintensiteit resulteert niet in een grote buiging omdat de temperatuur bij het scharnier onvoldoende is, terwijl een te hoge lichtintensiteit op het scharnier zal leiden tot overshooting. Eenmaal onder de knie, kan deze techniek in vier uur worden voltooid mits deze correct wordt uitgevoerd. Tijdens het uitvoeren van deze procedure is het belangrijk om de uitlijning van de vloeibaarkristallijne fase vóór polymerisatie te verifiëren om te garanderen dat er een stabiele oscillatie wordt verkregen.

De kracht van dit protocol is de mogelijkheid om de frequentie en de amplitude van de oscillatie te variëren door de afmetingen van de film en de lichtintensiteit aan te passen. Na de ontwikkeling van deze methode konden onderzoekers in het vakgebied van de materiaalkunde andere evenwichtsbewegingen in zachte materie verkennen. Na het bekijken van deze video zou u een goed begrip moeten hebben van hoe u een uitgelijnd vloeibaarkristallijn netwerk voorbereidt om een fotoresponsieve film te verkrijgen.

Vergeet niet dat werken met licht uiterst gevaarlijk kan zijn en dat er altijd een UV-beschermingsbril gedragen moet worden tijdens het uitvoeren van deze experimenten.