Summary
وهدف البروتوكول هو إنشاء أفلام البوليمر البلورية السائلة التي يمكن أن يتذبذب ميكانيكيا تحت إشعاع الضوء المستمر. يصف لنا بقدر كبير من التفصيل مفهوم الأفلام ذاتها، من الأسلوب الكريستال السائل المحاذاة للصور-يشتغل. البروتوكول التجريبي المطبق لإعداد هذه المواد قابل للتطبيق على نطاق واسع.
Abstract
ويرد وصف استراتيجية تقوم على أساس الشبكات البلورية السائلة مخدر لخلق ذبذبات الميكانيكية مكتفية ذاتيا من الأفلام البلاستيكية تحت إشعاع الضوء المستمر. الصور--إثارة دوبانتس التي يمكن أن تتبدد بسرعة الضوء في الحرارة، مقترنة بالتمدد الحراري متباين والتظليل الذاتي للفيلم، ويؤدي إلى تشوه مكتفية ذاتيا. الذبذبات ولاحظ تتأثر بالأبعاد والمعامل للفيلم، واتجاه وكثافة الضوء. يوفر نظام تطوير التطبيقات في تحويل الطاقة والحصاد لينة--الروبوتات والنظم الآلية.
الطريقة العامة الموضحة هنا يتكون من إنشاء أفلام البلورية السائلة بذاتها ووصف التأثيرات الميكانيكية والحرارية التي لوحظت. ويتحقق في محاذاة الجزيئية استخدام محاذاة الطبقات (يفرك بوليميد)، يشيع استخدامها في عرض الصناعة التحويلية. للحصول على المحركات مع تشوه كبير، ميسوجينس الانحياز وبلمره في معالجته/بيند تكوين، أيمع مدير البلورات السائلة (LCs) الانتقال تدريجيا من مستو إلى هوميوتروبيك عن طريق سمك الفيلم. عند التشعيع، يتم رصد الذبذبات الميكانيكية والحرارية التي تم الحصول عليها مع كاميرا عالية السرعة. كذلك تحدد كمياً النتائج بتحليل الصور باستخدام برنامج معالجة صور.
Introduction
السعي نحو الطاقة المستدامة مجالاً لتزايد الاهتمام بالاستجابة إلى نضوب الطاقة الأحفورية، وتغير المناخ. تجري حاليا تحقيقات أساليب تحويل الطاقة الضوئية إلى الأعمال الميكانيكية، مثل وحدات الطاقة الشمسية لتوليد الكهرباء، والكتلة الحيوية لإنتاج الوقود، تقسيم لإنتاج الأوكسجين والهيدروجين الماء بالطاقة الشمسية. ومع ذلك، تتطلب جميع هذه العمليات التي تغذيها الضوء متعددة الخطوات قبل إنتاجها من الطاقة يمكن تشغيل الأجهزة التي تقوم بعمل. ورغم أن هذه النهج فريق كبير من التطبيقات، أنها تتطلب إنتاج وتخزين ونقل المواد الوسيطة (مثلاً، الوقود الكهربائية المحتملة، والمواد الكيميائية). ومن ثم، يقدم أجهزة قادرة على تحويل أشعة الشمس مباشرة إلى الحركة العيانية مزايا التبسيط.
في العقود الأخيرة، وضعت العديد من الأمثلة للصور-المحركات حيث البوليمرات تغيير الشكل عند تشعيع1،،من23. ومع ذلك، يتطلب يشتغل المستمر في الغالبية العظمى من هذه الأمثلة، تحول الضوء على/قبالة التحول من دولة إلى أخرى. حتى الآن، سوى عدد محدود من المواد المراعية لصور العامل الخروج من التوازن قد وصف4،5،،من67. النظم القائمة على الكريستال السائل الشبكات (لكنس)8،،من910،11،،من1213 أيضا التحقيق بسبب ما مضمن تباين تسمح بريبروجرامينج التشوه في أزياء التي تسيطر عليها14. في الآونة الأخيرة، أفيد بأن تأثير الصورة الحرارية الناجمة عن الإثارة من صور-مثبتات تضمنته لكن يمكن أن تولد الحركة متذبذبة15.
هنا، يتم وصف طريقة لإنشاء أفلام لكن أن يتذبذب ميكانيكيا تحت إشعاع الضوء المستمر. تصور هذه الأفلام هو مفصل من إعداد الخلايا للتوصيف والبلمره من الخلائط LC. وأفيد أيضا الصور-يشتغل الأفلام لكن والتحليل للحركة. هي يخدر لكنس مع الجزيئات التي يمكن أن تتبدد بسرعة الضوء في الحرارة داخل الشبكة، والذي يدفع متباين من التمدد الحراري وتشوه العيانية اللاحقة للفيلم. تفاعل بين التظليل الذاتي وتباين درجات الحرارة والانكماش/استطالة المواد تثير الحركة متذبذبة15. يتم تمييز الإعداد الدقيقة، بما في ذلك اتجاه الضوء والعينة للحصول على هذا التأثير في البروتوكول. اتسمت التردد ويسيطر عليها خصائص لكن بالتذبذب. على حد علمنا، هذا هو أول وصف لطريقة لإنشاء الأفلام لكن التي يمكن أن يتذبذب الذاتي، حسب إليه بسيطة للعمل مع مجموعة واسعة من دوبانتس.
Protocol
ملاحظة: الإجراء العام يرد في الشكل 1-
1-"إعداد من الخلايا"
- تنظيف ألواح الزجاج
- بعناية تنظيف ألواح زجاجية 3 × 3 سم باستخدام الصابون والماء الساخن لإزالة التلوث ( الشكل 1A).
- وضع ألواح الزجاج في الكأس والغطاء مع الإيثانول 99.5 ٪ ( الشكل 1B).
- وضع الكأس في حمام الموجات فوق الصوتية لحوالي 10 دقيقة
- الجاف بعناية لألواح الزجاج بالانسجة والجو مهب.
- تأكد من أنه لا يوجد أي أثر للمذيبات، الغبار، أو ترك أي نوع من التلوث في اللوحات-
ملاحظة: ألواح الزجاج الآن نظيفة، وينبغي معالجته بقفازات.
ضع - ألواح الزجاج في فوتوريكتور الأوزون الأشعة فوق البنفسجية لمدة 20 دقيقة بغية إزالة أي المخلفات العضوية. بعد العلاج الأوزون واللوحات جاهزة للخطوة طلاء ( الشكل 1).
- طلاء ألواح الزجاج
ملاحظة: يتم إعداد مجموعتين من الألواح المغلفة: مجموعة واحدة مع طبقة محاذاة مستو والآخر مع محاذاة هوميوتروبيك. في مرحلة لاحقة، سوف تتألف الخلية من لوح الزجاج مستو واحد ولوح الزجاج هوميوتروبيك واحد ( الشكل 1).- الجوية ضربة صفيحة زجاج ووضعه على المغطى تدور.
- إيداع الحل بوليميد على لوح الزجاج لتغطية كامل السطح (حوالي 0.5 مل من محلول). معطف
- تدور في طبقة المحاذاة وفقا للشروط التالية: برنامج s 1:5 في 17 س ز وتسارع ز خ 11/ثانية؛ برنامج 02:40 ثانية في 420 × ز وتسريع 17 x ز/س.
- كرينج محاذاة الطبقات
- مكان ألواح الزجاج المطلي على صفيحة عند 110 درجة مئوية لمدة 10 دقائق لإزالة معظم المذيبات في الخليط طبقة المحاذاة ( الشكل 1E). مارك
- ألواح الزجاج (على الجانب غير المغلفة) مع علامات مميزة التعرف هوميوتروبيك والطبقات المستوية المحاذاة. سهم صغير عادة ما تكون مفيدة للوحة الزجاج مستو حيث أنه يشير أيضا إلى اتجاه فرك الموصوفة في مرحلة لاحقة ( الشكل 1F).
- بمجرد المغلفة جميع لوحات الزجاج، ويتم إزالة المذيب، ضع ألواح الزجاج في فرن على 180 درجة مئوية ح 1 لعلاج طبقة بوليميد ( الشكل 1).
تنبيه: هذه الخطوة تنطوي على درجات حرارة ساخنة للغاية؛ ارتداء القفازات والنظارات والحماية الشخصية المناسبة. - بعد الخبز ألواح الزجاج، السماح لهم بارد وصولاً إلى درجة حرارة الغرفة.
ملاحظة: لمنع أي تلوث من بين كل خطوة، من المستحسن وضع إحباط واقية على ألواح الزجاج.
- فرك طبقة المحاذاة مستو
- فرك ألواح الزجاج مغلفة بطبقة المحاذاة مستو من أجل خلق ميكروتشانيلس (الفرعية) في الطبقة التي ستوجه LC في اتجاه واحد. للقيام بذلك، وضع ألواح زجاجية مع الجانب المغلفة نازلا على قطعة قماش مخملية. تطبيق ضغط موحدة وميسرة مع اثنين من أصابعه. اسحب لوحة الزجاج على طول سطح القماش المخملية بعناية في اتجاه مستقيم. أرفع لوحة زجاج وكرر نفس العملية ثلاث مرات ( الشكل 1 ح)-
ملاحظة: من المهم لفرك اللوحة في اتجاه واحد، وفقط في حين تسير إلى الأمام. تسير ذهابا وإيابا في اتجاه مستقيم سينتج محاذاة فقراء.
- فرك ألواح الزجاج مغلفة بطبقة المحاذاة مستو من أجل خلق ميكروتشانيلس (الفرعية) في الطبقة التي ستوجه LC في اتجاه واحد. للقيام بذلك، وضع ألواح زجاجية مع الجانب المغلفة نازلا على قطعة قماش مخملية. تطبيق ضغط موحدة وميسرة مع اثنين من أصابعه. اسحب لوحة الزجاج على طول سطح القماش المخملية بعناية في اتجاه مستقيم. أرفع لوحة زجاج وكرر نفس العملية ثلاث مرات ( الشكل 1 ح)-
- الالتصاق الخلايا
- ضربة جوية ألواح الزجاج باستخدام منفاخ الهواء.
- إعداد اللاصقة بخلط غراء علاج الأشعة فوق البنفسجية مع الفواصل (الزجاج الخرز) بعد قطر محدد جيدا من 20 ميكرومتر.
- تأخذ لوحة زجاج مغطاة بطبقة محاذاة مستو ولوح زجاج واحد مغطاة بطبقة محاذاة هوميوتروبيك. ضع نقطتين صغيرة من الغراء في زوايا متجاورة اثنين من الزجاج مستو. ثم ضع نقطتين أخرى من الغراء في حوالي 5 ملم من زوايا الماضي اثنين ( الرقم 1I).
- لوحة زجاج هوميوتروبيك ووضعه في الأعلى. ترك فجوة حوالي 4 مم بين الحواف من ألواح الزجاج لتوفير مساحة كافية الخليط LC. تأكد من أن الجانبين المغلفة في مواجهة بعضهما البعض. علاج
- الغراء بوضع الخلية على 2 دقيقة تحت الأشعة فوق البنفسجية الخفيفة-
تنبيه: الأشعة فوق البنفسجية الخطرة؛ ارتداء القفازات والنظارات والحماية الشخصية المناسبة.
2. إعداد الخليط LC وتوصيف
المكونات- تزن ملغ 97.5 من ش دياكريلاتي 1، 2.5 ملغ من استقرار الصورة و 1 ملغ من فوتوينيتياتور في قنينة زجاج براون ( الشكل 2). وبسبب حساسية البادئ، منع التعرض للضوء للأشعة فوق البنفسجية إلى الخليط على أفضل وجه ممكن.
- خلط متجانس للمساحيق
ملاحظة: يتم تنفيذ هذه الخطوة في غطاء كيميائية.- أضف 3 مل الميثان (DCM) للعناصر السالفة الذكر ويهز حتى الصلبة تماما يذوب.
- مكان القنينة على صفيحة ساخنة في 30 درجة مئوية لمدة 30 دقيقة وإضافة تدفق من الأرجون لتعزيز التبخر السريع DCM-
ملاحظة: من المستحسن وضع القنينة في الفراغ لإزالة أي أثر المتبقية من DCM-
- المراقبة تحت الاستقطاب الضوئي المجهر (بوم) لتحديد المرحلة الانتقالية
- مجرد الخليط جاف تماما، ضع كمية صغيرة (± 10 ملغ) بين اثنين من لوحات الزجاج مغلفة بطبقة المحاذاة مستو.
ملاحظة: لوصف المراحل بشكل صحيح، من المستحسن استخدام ألواح الزجاج مستو أونروبيد. - وضع الشرائح في بوم مجهزة بمرحلة ساخنة. حرارة أعلى الخلية حتى الصورة سوداء (باستخدام المستقطبات متقاطعة) تشير إلى أن المرحلة الخواص.
- ببطء تبريد صفيحة وملاحظة درجة حرارة التحول. لخليط الموصوفة أعلاه، الخواص للانتقال nematic في 103 درجة مئوية و nematic للانتقال سميكتيك يحدث عند 86 درجة مئوية ( الشكل 3A).
- مجرد الخليط جاف تماما، ضع كمية صغيرة (± 10 ملغ) بين اثنين من لوحات الزجاج مغلفة بطبقة المحاذاة مستو.
3. فيلم إعداد
- تعبئة الخلايا ( الشكل 1J)
- مكان الخلية على صفيحة ساخنة مع الجانب هوميوتروبيك إلى أعلى. تعيين درجة الحرارة إلى 110 درجة مئوية (المرحلة الخواص) لتسهيل ملء الخلية للزوجة أقل من السائل في مرحلة nematic.
- وضع جزء من المخلوط الصلب على حافة الخلية. يذوب
- الصلبة وخليط السائل يتدفق بالشعرية في الخلية. إضافة خليط أكثر عند الحافة حتى يتم تعبئة الخلية.
- التبريد إلى مرحلة nematic والبلمره ( الشكل 1 K)
- حالما يتم تعبئة الخلية، ببطء تبرد عليه (5 درجة مئوية/دقيقة) إلى 90 درجة مئوية تكون في مرحلة nematic. بلمرة
- بمجرد أن الفيلم في درجة الحرارة الصحيحة، المخلوط بوضعه تحت الأشعة فوق البنفسجية الخفيفة عند 90 درجة مئوية للحد الأدنى 30
تنبيه: الأشعة فوق البنفسجية الخطرة، ينصح بإجراء البلمرة في بيئة محمية. - بالخبز بعد خطوة يوصي بضمان البلمرة كامل الشبكة. وضع الخلية على صفيحة ساخنة في 130 درجة مئوية لمدة حوالي 10 دقائق وندعه يبرد ببطء وصولاً إلى درجة حرارة الغرفة.
- فتح الخلية وقطع من العينة
- لفتح الخلية، وضع شفرة حلاقة في أحد الحافة ويدفع به ما بين ألواح الزجاج اثنين. خلية يفتح مرة واحدة ( الشكل 1 لتر)-
- لقشر إيقاف الفيلم، ورفع ركن صغير بشفرة حلاقة. إذا لزم الأمر، يمكن وضع لوحة زجاجية في ماء ساخن لتسهيل إزالة الفيلم ( الشكل 1 م)-
- إزالة الفيلم من الماء وقشر برفق عليه.
- قص شريط على طول مدير الجزيئية (فرك اتجاه الجانب مستو) الفيلم بعد الأبعاد التالية: 4 مم × 2.5 سم ( الشكل 1N)-
4. المراقبة الذاتية التذبذب
- الإعداد في مختبر
- المشبك العينة استخدام الملاقط إغلاق الذاتي في مثل هذه طريقة أن سم 1.7 من الفيلم حر في التحرك.
- عقد العينة رأسياً وتوجيه الضوء التي تنبعث منها خط عمودي على شعاع (400 ميغاواط/سم 2) صمام ثنائي (LED) للعينة. عادة، يكون الضوء حوالي 20 سم بعيداً عن العينة. الضوء ينبغي أن تصل إلى الجزء العلوي من الفيلم، وأدناه الملاقط ( الشكل 4). وتسجل مع كاميرا عالية السرعة (150 إطارات/ثانية) التذبذبات التي تم الحصول عليها وتحليلها باستخدام برنامج معالجة صور-
- الإعداد مع أشعة الشمس المباشرة
- المضي قدما كما هو موضح أعلاه في خطوات 4.1.1 ولكن بدلاً من استخدام ضوء الصمام، تركز أشعة الشمس على رأس الفيلم مع عدسة.
- قياس التأثير الحراري
- قياس اختلاف درجة حرارة العينة تتأرجح باستخدام كاميرا حرارية 15 (40 إطارات/ثانية)-
Representative Results
نجاح البروتوكول هو مراقبة الحركة متذبذبة من الفيلم تحت إشعاع الضوء. ذبذبات كبيرة ويمكن رؤية أي نتيجة مضللة. وعلاوة على ذلك، الذبذبات مستقرة على مر الزمن (مقياس الوقت ساعة) وقد لوحظ التعب قليلاً.
بين أمور أخرى، نوعية المحاذاة سبلاي ذات أهمية لإنجاز يشتغل مكتفية ذاتيا (الشكل 5A). التدرج في اتجاه الجزيئية في جميع أنحاء السماكة الفيلم الحث انكماش/توسع على جانبي مستو/هوميوتروبيك الفيلم عند يشتغل16،،من1718. ويعزز هذا الرد غير المتناظر الاقتراح العيانية. فشل التجربة (غياب الانحناء أو تشوه صغير أو الانحناء الغريب) يمكن تفسيره بمحاذاة LC فقراء. أولاً، ينبغي أن يكون الفيلم شفافة. (الشكل 5 (ب)). للتحقق من المحاذاة الصحيحة سبلاي في خطوة بسيطة، يلاحظ الفيلم يعلق على الركيزة الزجاج بين المستقطبات متقاطعة أعلاه مصدر ضوء أبيض منتشر (الشكل 5-E). الفيلم حادا بواسطة تدوير الفيلم بين المستقطبات عبر من 0° إلى 45° في الطائرة xy، ينبغي تغيير السطوع. الفيلم بتحوير الفيلم الخروج من الطائرة حول المدير الجزيئية، ينبغي تغيير لون من أسود (في الطائرة) إلى اللون الأبيض (الخروج من الطائرة) أثناء عرض من الأعلى. يمكن أن يتم اتخاذ خطوات مماثلة في التحقق قبل البلمرة بمراقبة الخلية من خلال المستقطب فوق صفيحة مغطاة رقائق ألومنيوم. وعلاوة على ذلك، عندما يتم قطع الفيلم في شرائط، فإنه يعرض انحناء طبيعية مع مركز المنحنى في الجانب هوميوتروبيك. وهذا بسبب الضغط المتبقية التي تنشأ من البلمرة في درجة حرارة مرتفعة، فيها التوسعات في كلا الجانبين من الفيلم علامات المعاكس (الشكل 6A). في حالة المحاذاة غير ناجحة، ينبغي أن يعاد النظر في طريقة إعداد طبقات بوليميد. إنتاج تلك الخلايا أمر حاسم للحصول على أفلام جيدة تمت محاذاته. أن الخطوة الأكثر أهمية هو فرك: سيتم إزالة ضغط قوي جداً على اللوحة جزئيا بوليميد الطبقة ويؤدي إلى طبقة فقراء جداً أمر للمحاذاة. في درجة حرارة الغرفة الفيلم في حالة الزجاج (الشكل 3B). إذا كان الفيلم الناعمة و/أو مبتذل، فهذا يعني أن البلمرة لم تكتمل، على الأرجح لأن الوقت تشعيع قصيرة جداً أو تتحلل البادئ. خليط ميسوجينس LC ينبغي أن تكون متجانسة والجافة قبل ملء الخلية، نظراً لوجود المذيبات قد تؤثر على سلوك المرحلة الخليط LC. يجب أن تكون محاذاة الخليط LC قبل البلمرة. ينبغي اتخاذ الاحتياطات اللازمة لتجنب البلمرة الحرارية أثناء العملية المحاذاة بالذهاب من خلال الخطوات سريعة ولا تدفئة العينة أعلاه 130 درجة مئوية لفترة طويلة. تعبئة الخلية فقط أعلى نقطة التخليص كافية (110 درجة مئوية).
التذبذبات الميكانيكية والحرارية مسجلة بكاميرا عالية السرعة تأكيد نجاح البروتوكول قدم (الشكل 7؛ فيديو 1). عندما فرضت الفيلم في نهاية واحدة، تاركاً 1.7 سم حرية التحرك والمشع في الجانب مستو مع تركيز الضوء، أونبيندس تجاه الدولة شقة في اتجاه الضوء (الشكل 6B). ويقع المفصل عند موضع نقطة التركيز للضوء (الشكل 4). الفيلم ينبغي الانتقال بسلاسة، عمودي على المشبك وليس على الجانب. ثم يبدأ الفيلم التحرك بشكل مستمر مع ذبذبات التردد هرتز 7.6 ± 5% والسعة 30 ° ± 10% لفيلم من أبعاد 1.7 × 0.4 سم × 20 ميكرومتر. قياس الذبذبات الحرارية مع الكاميرا الحرارية الحالية نفس التردد (هرتز 7.4 ± 5%)، مع تأخير مرحلة طفيف بسبب القصور الذاتي للفيلم. ويخضع هذا التردد و الأبعاد ومعامل التحويل من الفيلم15. السعة للذبذبات يختلف مع شدة الضوء وسوف تتأثر بالإعداد، وعلى الأخص موضع نقطة تركيز الضوء على العينة. إليه التذبذب على النحو التالي: 1) هو المشع الفيلم الكروشيه مع تركيز الضوء، يستعمل يمتص الضوء ويحوله إلى الحرارة، الفيلم دفء في المفصل، وأونبيندس في اتجاه معرفة مسبقاً بمحاذاة LC؛ 2 تلميح) الظلال المفصلة للفيلم، الذي يؤدي إلى انخفاض درجة الحرارة وبه كشف اللاحقة بالاسترخاء؛ 3) المفصل مرة أخرى تحت إشعاع، ارتفاع درجة حرارة الأرض والانحناءات الفيلم15. تكرار هذه الخطوات المتعاقبة يثير الذبذبات. هي العوامل الرئيسية في مراقبة هذه الظاهرة تأثير الصور الحرارية والتظليل الذاتي للفيلم، وتسيطر عليها الكثافة وموضع تركيز الضوء (الشكل 4). على سبيل المثال، ستؤدي مصباح مائلة قليلاً الشباك كامل العينة. وعلاوة على ذلك، منخفضة جداً شدة الضوء لا تعطي الانحناء الكبيرة نظراً لأن درجة حرارة المفصل غير كافية، بينما مرتفعة جداً شدة الضوء على المفصلة سوف تحفز تجاوز (الشكل 6، 180 ° الانحناء للفيلم). هناك شرط آخر للنجاح التجربة وضع الإعداد في بيئة محمية من الرياح لتجنب اضطراب.
الشكل 1. الإجراء العام للحصول على معالجته الانحياز لكن في الخطوات 14 (من A-N)- الخطوات A–ج: تنظيف من ألواح الزجاج؛ خطوات د–ز: طلاء ألواح الزجاج لإنشاء مستو أو هوميوتروبيك محاذاة الطبقات؛ الخطوة ح: فرك من ألواح الزجاج باستخدام قطعة قماش مخملية؛ الخطوة أنا: الالتصاق لوحات لتشكيل الخلية؛ خطوة ي: تعبئة الخلية مع خليط LC والمحاذاة في مرحلة nematic؛ الخطوة K: صور مبلمرة تحت ضوء الأشعة فوق البنفسجية؛ خطوات ل–ن: فتح الخلية وقطع من الفيلم للحصول على شريط. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-
الرقم 2. التركيبات الكيميائية للمكونات المستخدمة. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-
الشكل 3. الحرارية وصف مزيج مركب وفيلم البوليمر. ) فرق المسح كالوريمأترى (DSC) من الخليط قبل البلمرة لتحديد المرحلة الانتقالية. Insets: بوم الصور وأشرطة مقياس: 100 ميكرومتر. ب) تحليل الدينامية الحرارية الميكانيكية (DMTA) قياس الفيلم البوليمرية. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-
الشكل 4. صورة للإعداد عرض LED في الجانب الأيسر، والفيلم تتأرجح فرضت على الملاقط أمام الضوء. ويبين اقحم التمثيل التخطيطي للفيلم محني والإضاءة الخفيفة المترجمة. منطقة حمراء يناظر المفصلي الحارة المذكورة في النص. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-
الشكل 5. A) التمثيل التخطيطي لمحاذاة سبلاي. ب) صورة للخلية الزجاج أمام الشعار تو/ه عرض الشفافية وغياب اللون للفيلم. يشير السهم إلى اتجاه فرك لوحة الزجاج مستو. ج - ﻫ) صور من الفيلم بين المستقطبات متقاطعة عرض خصائص المحاذاة سبلاي (د الصورة: تناوب 45 ° في الطائرة XY، ه الصورة: تحوير من الطائرة س ص). وأشار مدير الجزيئية المحاذاة هو إلى بالسهم الأحمر. شريط المقياس: 1 سم. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-
الشكل 6. A) صورة من الفيلم فرضت مع ملقط عرض انحناء طبيعية مع مركز المنحنى في الجانب هوميوتروبيك. الصورة ب) الفيلم الذهاب إلى حالة شقة عليها صور-التشعيع (365 نانومتر، 0.52 واط/سم2). صورة ج) فيلم المشع مع عالية جداً من كثافة الضوء عرض الانحناء في 180 °. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-
الشكل 7. التذبذبات الميكانيكية من غيض الفيلم على مر الزمن خلال التشعيع بالأشعة فوق البنفسجية (الصمام 365 نانومتر، 0.52 واط/سم2). Insets: تسجيل لقطات الفيلم تتحرك مع الكاميرا عالية السرعة. هندسة الفيلم 1.7 سم (طول) × 0.4 سم (عرض) × 20 ميكرومتر (سميك). الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-
الرقم 8. التذبذبات الحرارية لمنطقة مكشوفة (المفصلي) مع مرور الوقت خلال التشعيع بالأشعة فوق البنفسجية (الصمام 365 نانومتر، 0.52 واط/سم2)- Insets: لقطات الفيلم تتأرجح مع التشكيل الجانبي لدرجة الحرارة المسجلة مع الكاميرا الحرارية تبين التغيرات في درجة الحرارة في المفصل. هندسة الفيلم 1.7 سم (طول) × 0.4 سم (عرض) × 20 ميكرومتر (سميك). الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-
Discussion
النتائج الواردة هنا قابلة للمقارنة مع الدراسة السابقة15 في دياكريلاتي LC مع فاصل الكربونات 6. ويبين أنه يمكن تطبيق أسلوب الحصول على التذبذب للأفلام مع الخصائص الميكانيكية المختلفة16.
وتفيد التقارير إعداد لكن تستجيب الصورة الحرارية. وهناك بضع خطوات في البروتوكول وصف ذات الأهمية الحاسمة، مثل فرك الطبقات المستوية المحاذاة وإعداد الخلية. والواقع أن نجاح البروتوكول يعتمد على الجودة العالية لمحاذاة سبلاي LC، الذي يحد أيضا من تطبيق للأغشية الرقيقة.
سابقا، كانت العديد من الأمثلة للصور-المشغلات استناداً إلى لكنس التي تحتوي على كمية كبيرة من الصور-رموز التبديل عنها11،،من1213،19. المزايا الرئيسية للأسلوب الذي وضعت هنا هي كمية محدودة من دوبانتس اللازمة لمراعاة يشتغل (< 5 wt %)، وخيار واسع من دوبانتس المتوفرة. 15 هذه النتائج توسيع نطاق التطبيقات المحتملة. وعلاوة على ذلك، أن السلطة من هذا البروتوكول هو القدرة على تختلف في التردد والسعة التذبذب بتغيير معامل التحويل الفيلم مع تكوين مصفوفة مختلفة، وأبعاد الشريط وشدة الضوء.
ويمكن تمديد هذه المنهجية سهولة اختﻻق مواد مجموعة واسعة من LC للنظم الآلية. البروتوكول الموضحة هنا يمهد الطريق لتطوير أنظمة غير متوازنة لمواد لينة--الروبوتات والآلي.
Disclosures
وقد المؤلفون لا تضارب في المصالح.
Acknowledgments
هذا العمل كان دعم مالي من "منظمة هولندا" "البحث العلمي" (جمعية البحث العلمي الهولندية-منحة "أعلى البونت": 10018944)، و "مجلس البحوث الأوروبي" (يهتز منسق الإغاثة الطارئة، ومنحة 669991). زاي حاء ألف تعترف بتمويل من "البرنامج الناس" (ماري كوري إجراءات) من السابعة إطار برنامج FP7-2013 الاتحاد الأوروبي، المنحة رقم 607602.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| 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 |
References
- Ionov, L. Polymeric Actuators. Langmuir. 31 (18), 5015-5024 (2015).
- 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).
- Ikeda, T., Mamiya, J., Yu, Y. Photomechanics of Liquid-Crystalline Elastomers and Other Polymers. Angew Chem Int Ed. 46 (4), 506-528 (2007).
- Arazoe, H., et al. An autonomous actuator driven by fluctuations in ambient humidity. Nat Mater. 15 (10), 1084-1089 (2016).
- 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).
- Uchida, E., Azumi, R., Norikane, Y. Light-induced crawling of crystals on a glass surface. Nat Commun. 6, 7310 (2015).
- 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).
- Kumar, K., et al. A chaotic self-oscillating sunlight-driven polymer actuator. Nat. Commun. 7, 11975 (2016).
- 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).
- 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).
- Yamada, M., et al. Photomobile Polymer Materials: Towards Light-Driven Plastic Motors. Angew Chem Int Ed. 47 (27), 4986-4988 (2008).
- White, T. J., et al. A high frequency photodriven polymer oscillator. Soft Matter. 4 (9), 1796 (2008).
- Lee, K. M., et al. Photodriven, flexural-torsional oscillation of glassy azobenzene liquid crystal polymer networks. Adv Func Mater. 21 (15), 2913-2918 (2011).
- 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).
- 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).
- Broer, D. J., Mol, G. N. Anisotropic thermal expansion of densely cross-linked oriented polymer networks. Polym Eng Sci. 31 (9), 625-631 (1991).
- 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).
- 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).
- Yu, Y., Nakano, M., Ikeda, T. Photomechanics: Directed bending of a polymer film by light. Nature. 425 (6954), 145 (2003).
