Målet med protokollen er å skape væske krystallinsk polymer filmer som kan mekanisk svinge under kontinuerlig lys bestråling. Vi beskriver i stor detalj oppfatning av frittstående filmer, fra metoden krystall justering til Foto-aktivering. Eksperimentell protokollen brukes for å forberede dette materialet er bredt aktuelt.
En strategi basert på dopet flytende krystallinsk nettverk er beskrevet for å opprette mekanisk selvbilde vedvarende oscillerende plastfolie under kontinuerlig lys bestråling. Foto-magnetisering av dopants som kan raskt spre lys til varme, kombinert med Anisotrop termisk ekspansjon og selv skygge av filmen, gir opphav til selv vedvarende deformasjon. Svingninger observert påvirkes av dimensjonene og modulus av filmen, og av retningen og lysintensiteten. Systemet utviklet tilbyr programmer i energi konvertering og høsting for myk-roboter og automatiske systemer.
Generelle metoden beskrevet her består av å lage frittstående flytende krystallinsk filmer og karakterisere mekanisk og termisk effektene observert. Molekylær justeringen oppnås bruke justering lag (gned polyimid (pi)), vanligvis brukes i visningen industrien. For å få aktuatorer med stor deformasjon, mesogens justeres og polymerized i spriker/bøy konfigurasjon, dvsmed direktør for flytende krystaller (LCs) går gradvis fra plan til homeotropic gjennom filmen tykkelsen. Ved bestråling overvåkes mekanisk og termisk svingninger innhentet med et høyhastighets kamera. Resultatene er ytterligere kvantifisert ved bildeanalyser bildebehandlings program.
Søket mot bærekraftig energi er et område av økende interesse svar til uttømming av fossil energi og klimaendringer. Metoder for å konvertere lys energi til mekanisk arbeid for tiden blir undersøkt, som solcellepanel generere elektrisitet, biomasse å produsere drivstoff, solar vann splitting for å produsere oksygen og hydrogen. Men krever alle disse prosessene av lys flere trinn før deres energiproduksjon kan kjøre maskiner som utfører arbeid. Selv om disse tilnærmingene tilbyr et stort panel programmer, krever de produksjon, lagring og transport av mellomprodukter (f.eks, elektriske potensial, kjemiske brensel). Derfor presentere enheter kjøpedyktig konvertere direkte sollys i makroskopisk bevegelse fordelene forenkling.
I de siste tiårene, har mange eksempler på Foto-aktuatorer utviklet der polymerer endre figuren ved bestråling1,2,3. Men det store flertallet av disse eksemplene krever kontinuerlig aktivering å skru lyset på/av bytte fra én tilstand til en annen. Så langt er bare et begrenset antall Foto-responsive materialer arbeider ut-av-balanse beskrevet4,5,6,7. Systemer basert på flytende nettverk (LCNs)8,9,10,11,12,13 er også undersøkt på grunn av sine iboende anisotropy som tillater preprogramming deformasjon i en kontrollert måte14. Det ble nylig rapportert at Foto-termiske effekten indusert av magnetisering av foto-stabilisatorer i LCN kan generere oscillasjon bevegelse15.
Her beskrives metoden å lage LCN filmer som mekanisk svinge under kontinuerlig lys bestråling. Oppfatning av filmene er detaljert fra utarbeidelse av cellene karakterisering og polymerisasjon av LC blandinger. Foto-aktivering LCN filmer og analyse av bevegelse er også rapportert. LCNs er dopet med molekyler som kan raskt spre lys til varme i nettverket, som induserer Anisotrop termisk ekspansjon og påfølgende makroskopisk deformasjon av filmen. Et samspill mellom selvbildet skygging, temperaturen variasjonen og sammentrekning/forlengelse av materialet gir opphav til oscillasjon bevegelse15. Presis stilling, inkludert retningen på lyset og prøve å oppnå denne effekten er uthevet i protokollen. Oscillation er preget av sin frekvens og kontrolleres av egenskapene til LCN. Vi vet er dette den første beskrivelsen av en metode for etableringen av LCN filmer som selv kan svinge, av en enkel mekanisme som arbeider med en rekke dopants.
Resultatene som er beskrevet her er sammenlignbare med de tidligere studie15 på en LC diacrylate av 6 karbonatomer. Det viser at metoden å få oscillation kan brukes til filmer med ulike mekaniske egenskaper16.
Utarbeidelse av en foto-thermal forståelsesfull LCN rapporteres. Det er et par skritt beskrevet protokollen som er kritisk, som gnir planar justering lag og utarbeidelse av cellen. Faktisk suksessen til protokollen er avhengig av den høye kvaliteten LC splay justering, som begrenser også programmet til tynne filmer.
Mange eksempler på Foto-aktuatorer basert på LCNs som inneholder en stor mengde av foto-brytere har tidligere vært rapportert11,12,13,19. De viktigste fordelene av metoden utviklet her er begrenset antall dopants for å observere aktivering (< 5 wt %) og bred valg av dopants tilgjengelig. 15 disse resultatene utvider utvalget av potensielle programmer. Videre er kraften i denne protokollen muligheten til å variere frekvensen og amplituden reservoarets ved å endre modulus av filmen med en annen matrix komposisjon, dimensjonene på stripen og lysintensiteten.
Denne metoden kan lett utvides for å utvikle et bredt spekter av LC materialer for automatiserte systemer. Protokollen beskrevet her baner vei til utvikling av ikke-likevekt systemer for myk-robotikk og automatisert.
The authors have nothing to disclose.
Dette arbeidet ble økonomisk støttet av Nederland organisasjonen for vitenskapelig forskning (NWO – topp PUNT Grant: 10018944) og europeiske forskningsråd (vibrere ERC, Grant 669991). A. H. G. anerkjenner støtte fra folk Program (Marie Curie handlinger) av EUs syvende rammeverk Program FP7-2013, Grant nr. 607602.
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 |