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Engineering

Macroscopic थरथरानवाला प्रकाश द्वारा प्रेरित गति के लिए तरल क्रिस्टल नेटवर्क की तैयारी

Published: September 20, 2017 doi: 10.3791/56266
Automatic Translation
*1,2, *1,3, 1,3, 1,2
1Institute for Complex Molecular Systems (ICMS), Technical University of Eindhoven, 2Department of Chemical Engineering and Chemistry, Laboratory of Macromolecular and Organic Chemistry, Technical University of Eindhoven, 3Department of Chemical Engineering and Chemistry, Laboratory for Functional Organic Materials and Devices (SFD), Technical University of Eindhoven
* These authors contributed equally

Summary

प्रोटोकॉल के लक्ष्य के लिए तरल क्रिस्टलीय बहुलक फिल्मों है कि यांत्रिक सतत प्रकाश विकिरण के तहत दोलन कर सकते है बनाने के लिए है । हम महान विस्तार में वर्णन मुक्त खड़े फिल्मों के गर्भाधान, तरल क्रिस्टल संरेखण विधि से फोटो-एक्च्यूएशन के लिए । इस सामग्री को तैयार करने के लिए लागू प्रायोगिक प्रोटोकॉल मोटे तौर पर लागू है ।

Abstract

एक मैगनीज तरल क्रिस्टलीय नेटवर्क पर आधारित रणनीति सतत प्रकाश विकिरण के तहत प्लास्टिक की फिल्मों के यांत्रिक आत्म निरंतर दोलनों बनाने के लिए वर्णन किया गया है । फोटो-dopants की उत्तेजना है कि जल्दी से गर्मी में प्रकाश नष्ट कर सकते हैं, अनिसोट्रोपिक थर्मल विस्तार और स्वयं फिल्म की छाया के साथ युग्मित, आत्म निरंतर विकृति को जंम देता है । देखा दोलनों आयामों और फिल्म के मापांक से प्रभावित हैं, और दिशात्मकता और प्रकाश की तीव्रता से । प्रणाली विकसित ऊर्जा रूपांतरण और नरम-रोबोटिक्स और स्वचालित प्रणालियों के लिए कटाई में आवेदन प्रदान करता है ।

सामान्य विधि यहाँ वर्णित मुक्त खड़े तरल क्रिस्टलीय फिल्मों बनाने और यांत्रिक और थर्मल प्रभाव मनाया निस्र्पक के होते हैं । आणविक संरेखण संरेखण परतों का उपयोग कर हासिल की है (मला polyimide), आमतौर पर प्रदर्शन विनिर्माण उद्योग में इस्तेमाल किया । बड़े विरूपण के साथ प्रेरक प्राप्त करने के लिए, mesogens एक splay/मोड़ विन्यास में गठबंधन और बहुलक कर रहे हैं, यानी, तरल क्रिस्टल (एलसी) के निदेशक के साथ planar से homeotropic करने के लिए धीरे से जा रहा फिल्म मोटाई के माध्यम से. विकिरण पर, यांत्रिक और थर्मल दोलनों प्राप्त एक उच्च गति कैमरे के साथ निगरानी कर रहे हैं । परिणाम एक छवि प्रसंस्करण कार्यक्रम का उपयोग कर छवि विश्लेषण द्वारा आगे मात्रा हैं ।

Introduction

टिकाऊ ऊर्जा की ओर खोज जीवाश्म ऊर्जा और जलवायु परिवर्तन की कमी के जवाब में बढ़ती रुचि का एक क्षेत्र है । तरीकों को यांत्रिक काम में प्रकाश ऊर्जा को बदलने के लिए वर्तमान में जांच की जा रही है, जैसे photovoltaics बिजली पैदा करने के लिए, बायोमास ईंधन का उत्पादन करने के लिए, सौर जल बंटवारे के लिए ऑक्सीजन और हाइड्रोजन का उत्पादन । हालांकि, इन सभी प्रक्रियाओं प्रकाश द्वारा ईंधन से पहले अपनी ऊर्जा उत्पादन मशीनों है कि काम प्रदर्शन चला सकते है कई कदम की आवश्यकता है । हालांकि इन तरीकों आवेदनों की एक बड़ी पैनल की पेशकश, वे उत्पादन, भंडारण और मध्यवर्ती के परिवहन की आवश्यकता है (उदा., विद्युत क्षमता, रासायनिक ईंधन) । इसलिए, उपकरणों सरलीकरण के macroscopic गति वर्तमान लाभ में सीधे सूरज की रोशनी बदलने में सक्षम ।

पिछले दशकों में, फोटो के कई उदाहरण-प्रेरक विकसित किया गया है, जहां पॉलिमर विकिरण1,2,3पर आकार बदल जाते हैं । हालांकि, इन उदाहरणों के बड़े बहुमत में, सतत एक्च्यूएशन एक राज्य से दूसरे करने के लिए स्विच करने के लिए प्रकाश चालू/ अब तक, केवल एक सीमित संख्या में फोटो उत्तरदायी सामग्री के संतुलन का काम कर4,5,6,7बताया गया है । लिक्विड क्रिस्टल नेटवर्क पर आधारित सिस्टंस (LCNs)8,9,10,11,12,13 की भी जांच कर रहे है क्योंकि उनके आंतरिक anisotropy कि एक नियंत्रित फैशन14में विकृति प्रोग्रामिंग के लिए अनुमति देता है । हाल ही में, यह फोटो थर्मल LCN में शामिल फोटो-स्थिरता के उत्तेजना द्वारा प्रेरित प्रभाव थरथरानवाला गति15उत्पन्न कर सकते हैं कि बताया गया था.

यहाँ, LCN फिल्में बनाने की विधि है कि निरंतर प्रकाश विकिरण के तहत दोलन यांत्रिक वर्णन किया गया है । फिल्मों के गर्भाधान के लक्षण वर्णन करने के लिए कोशिकाओं की तैयारी और नियंत्रण रेखा के मिश्रण के बहुलकीकरण से विस्तृत है । LCN फिल्मों के फोटो-एक्च्यूएशन और प्रमोशन के विश्लेषण की भी खबरें हैं । LCNs अणुओं है कि जल्दी से नेटवर्क है, जो अनिसोट्रोपिक थर्मल विस्तार और बाद में फिल्म के macroscopic विकृति लाती है भीतर गर्मी में प्रकाश नष्ट कर सकते है के साथ मैगनीज रहे हैं । आत्म-छाया, तापमान भिन्नता और सामग्री के संकुचन/बढ़ाव के बीच एक नाटक थरथरानवाला गति15को जन्म देता है । इस प्रभाव को प्राप्त करने के लिए प्रकाश और नमूना का ओरिएंटेशन सहित सटीक सेटअप, प्रोटोकॉल में हाइलाइट किया गया है । दोलन इसकी आवृत्ति और LCN के गुणों द्वारा नियंत्रित की विशेषता है । हमारे ज्ञान के लिए, यह LCN फिल्मों के निर्माण के लिए एक विधि का पहला वर्णन है कि स्व-दोलन कर सकते हैं, एक सरल तंत्र द्वारा dopants की एक विस्तृत श्रृंखला के साथ काम कर रहा है ।

Protocol

< p class = "jove_content" > नोट: समग्र प्रक्रिया < सुदृढ वर्ग में विस्तृत है = "xfig" > चित्रा 1 .

< p class = "jove_title" > 1. कोशिकाओं की तैयारी

  1. कांच की प्लेटों की सफाई
    1. ध्यान से साफ 3 सेमी x 3 cm ग्लास प्लेट्स साबुन और गर्म पानी का उपयोग कर दूषणों को दूर करने के लिए (< सबल वर्ग = "xfig" > चित्र 1a ).
    2. एक चोंच में ग्लास प्लेट्स प्लेस और इथेनॉल ९९.५% के साथ कवर (< मजबूत वर्ग = "xfig" > चित्रा 1b ).
    3. के बारे में 10 मिनट के लिए एक अल्ट्रासोनिक स्नान में चोंच जगह
    4. ध्यान से एक ऊतक और उड़ा हवा के साथ कांच प्लेटें सूखी ।
    5. सुनिश्चित करें कि वहां विलायक, धूल, या संदूषण के किसी भी प्रकार का कोई निशान प्लेटों पर छोड़ दिया है ।
      नोट: ग्लास प्लेटें अब साफ कर रहे है और दस्ताने के साथ हेरफेर किया जाना चाहिए ।
    6. किसी भी कार्बनिक अवशेषों को दूर करने के लिए 20 मिनट के लिए एक यूवी ओजोन photoreactor में ग्लास प्लेटें जगह है । ओजोन उपचार के बाद, प्लेट कोटिंग कदम के लिए तैयार कर रहे हैं (< सुदृढ वर्ग = "xfig" > चित्रा 1C ).
      7. ग्लास प्लेट्स के
  2. कोटिंग
    नोट: लेपित प्लेटों के दो सेट तैयार कर रहे हैं: एक planar संरेखण परत के साथ एक सेट और एक homeotropic संरेखण के साथ दूसरे । बाद के चरण में, सेल एक planar ग्लास प्लेट और एक homeotropic ग्लास प्लेट (< मजबूत वर्ग = "xfig" > चित्रा 1 डी ) की रचना की जाएगी ।
    1. एयर एक ग्लास प्लेट उड़ा और यह स्पिन कोट पर जगह है ।
    2. ग्लास प्लेट पर polyimide समाधान जमा करने के लिए पूरी सतह को कवर (समाधान के बारे में ०.५ मिलीलीटर) ।
    3. स्पिन कोट निंनलिखित शर्तों के अनुसार संरेखण परत: कार्यक्रम 1:5 एस 17 x जी और त्वरण 11 x g/ कार्यक्रम 2:40 एस ४२० x जी और त्वरण 17 x g/s.
  3. संरेखण परतों का इलाज
    1. एक हॉट प्लेट पर लेपित ग्लास प्लेट्स को ११० & #176 पर रखें; सी 10 मिनट के लिए संरेखण परत मिश्रण में विलायक वर्तमान के बहुमत को दूर करने के लिए (< मजबूत वर्ग = "xfig" > चित्रा 1E ).
    2. मार्क ग्लास प्लेटें (गैर पर लेपित पक्ष) विशिष्ट संकेत के साथ homeotropic और planar संरेखण परतों को पहचाना । एक छोटा सा तीर आम तौर पर planar ग्लास प्लेट के लिए उपयोगी है क्योंकि यह भी एक बाद की अवस्था में वर्णित मलाई दिशा इंगित करता है (< मजबूत वर्ग = "xfig" > चित्रा 1F ).
    3. एक बार सभी गिलास प्लेटें लेपित हैं, और विलायक हटा दिया जाता है, एक ओवन में ग्लास प्लेटों जगह १८० & #176; ग 1 ज के लिए इलाज polyimide परत (< सुदृढ वर्ग = "xfig" > चित्रा 1G ).
      चेतावनी: यह कदम अत्यंत गर्म तापमान शामिल है; दस्ताने, चश्मा और उचित व्यक्तिगत संरक्षण पहनें ।
    4. के बाद गिलास प्लेटें बेकिंग करें, उन्हें कमरे के तापमान पर ठंडा होने दें ।
      नोट: हर कदम के बीच किसी भी संदूषण को रोकने के लिए, यह ग्लास प्लेटों पर एक सुरक्षात्मक पंनी जगह की सिफारिश की है ।
  4. मलाई planar संरेखण परत
    1. रगड़ ग्लास planar संरेखण परत के साथ लेपित प्लेटों में आदेश (उप) परत है कि एक दिशा में नियंत्रण रेखा का मार्गदर्शन करेंगे में microchannels बनाने के लिए । ऐसा करने के लिए, एक मखमली कपड़े पर लेपित पक्ष नीचे की ओर के साथ कांच की प्लेटें रखें । दो उंगलियों के साथ एक समान और नरम दबाव लागू करें । सावधानी से एक सीधी दिशा में मखमली कपड़े की सतह के साथ कांच की थाली खींचें । कांच की प्लेट उठा लें और उसी ऑपरेशन को तीन बार दोहराएं (< सबल वर्ग = "xfig" > चित्रा ज ).
      नोट: यह एक ही दिशा में थाली रगड़ और केवल जबकि आगे जा रहा महत्वपूर्ण है । आगे और पीछे एक सीधी दिशा में जा रहे एक गरीब संरेखण में परिणाम होगा ।
  5. Gluing कोशिकाओं
    1. हवा का उपयोग कर ग्लास प्लेटें उड़ाने हवा ब्लोअर ।
    2. के साथ एक यूवी इलाज गोंद मिश्रण से चिपकने तैयार (ग्लास मोती) 20 के एक सुपरिभाषित व्यास होने & #181; m.
    3. एक ग्लास प्लेट एक planar संरेखण परत और एक ग्लास प्लेट एक homeotropic संरेखण परत के साथ लेपित के साथ लेपित ले लो । planar ग्लास के दो आसंन कोनों पर गोंद के दो छोटे बूंदें रखें । फिर दो आखरी कोनों से लगभग 5 मिमी पर गोंद की दो अन्य बूँदें जगह (< मज़बूत वर्ग = "xfig" > फिगर 1I ).
    4. homeotropic ग्लास प्लेट लें और उसे टॉप पर लगाएं । नियंत्रण रेखा के मिश्रण के लिए पर्याप्त स्थान प्रदान करने के लिए ग्लास प्लेटों के किनारों के बीच के बारे में 4 मिमी के अंतर को छोड़ दें । सुनिश्चित करें कि लेपित पक्षों एक दूसरे का सामना कर रहे हैं ।
    5. यूवी प्रकाश के तहत 2 मिनट के लिए सेल रखकर गोंद का इलाज ।
      चेतावनी: यूवी प्रकाश खतरनाक है; दस्ताने, चश्मा और उचित व्यक्तिगत संरक्षण पहनें ।
< p class = "jove_title" > 2. lc मिश्रण तैयारी और लक्षण वर्णन

  1. अवयव
    1. वजन ९७.५ के नियंत्रण रेखा diacrylate के मिलीग्राम 1, २.५ मिलीग्राम फोटो-स्थिरता और एक भूरे रंग की कांच की शीशी में photoinitiator के 1 मिलीग्राम (< मजबूत वर्ग = "xfig" > चित्रा 2 ). क्योंकि सर्जक की संवेदनशीलता की, मिश्रण करने के लिए यूवी प्रकाश जोखिम को रोकने के रूप में सबसे अच्छा संभव के रूप में ।
  2. समरूप चूर्ण का मिश्रण
    नोट: यह चरण एक रासायनिक हुड में किया जाता है ।
    1. उपरोक्त घटकों को dichloromethane (डीसीएम) के 3 मिलीलीटर जोड़ें और ठोस पूरी तरह से भंग होने तक हिला ।
    2. 30 मिनट के लिए एक गर्म थाली पर एक शीशी स्थान पर रखें और डीसीएम के त्वरित वाष्पीकरण को बढ़ावा देने के लिए आर्गन का एक प्रवाह जोड़ें ।
      नोट: यह डीसीएम के किसी भी अवशिष्ट ट्रेस को दूर करने के लिए वैक्यूम में शीशी जगह की सिफारिश की है ।
  3. अवलोकन के तहत ध्रुवीकरण ऑप्टिकल माइक्रोस्कोप (पोम) चरण संक्रमण निर्धारण के लिए
    1. एक बार मिश्रण पूरी तरह से सूखा है, एक छोटी राशि जगह (& #177; 10 मिलीग्राम) दो ग्लास planar संरेखण परत के साथ लेपित प्लेटों के बीच.
      नोट: आदेश में ठीक से चरणों की विशेषता के लिए, यह unplanar ग्लास प्लेट्स का उपयोग करने के लिए सिफारिश की है.
    2. एक गर्म अवस्था से सुसज्जित पोम में स्लाइड प्लेस । जब तक छवि काले बदल जाता है (पार ध्रुवों का उपयोग) आइसोट्रोपिक चरण का संकेत है जब तक सेल गर्मी ।
    3. धीरे गर्म थाली नीचे ठंडा और संक्रमण तापमान ध्यान दें । ऊपर वर्णित मिश्रण के लिए, आइसोट्रोपिक nematic संक्रमण के लिए १०३ & #176 पर है; c और nematic smectic संक्रमण होता है पर ८६ & #176; c (< सुदृढ वर्ग = "xfig" > चित्र 3 ए ).
< p class = "jove_title" > 3. फिल्म वडा

  1. कोशिकाओं की फिलिंग (< सुदृढ वर्ग = "xfig" > फिगर 1J )
    1. सेल को एक हॉट प्लेट पर homeotropic ओर ऊपर की तरफ रखें । तापमान सेट करने के लिए ११० & #176; ग (आइसोट्रोपिक चरण) कोशिका के भरने की सुविधा के लिए क्योंकि द्रव nematic चरण की तुलना में कम चिपचिपा है.
    2. सेल के किनारे पर ठोस मिश्रण का हिस्सा जगह है.
    3. ठोस पिघला देता है और तरल मिश्रण कोशिका में केशिकाओं द्वारा बहती है । जब तक सेल भर न जाए तब तक किनारे पर अधिक मिश्रण डालें ।
  2. ठंडा करने के लिए nematic चरण और बहुलकीकरण (< सबल वर्ग = "xfig" > चित्रा १-५ )
    1. एक बार कोशिका भर जाती है, धीरे से इसे ठंडा कर नीचे (5 & #176; c/min) तक ९० & #176; ग को nematic चरण म.
    2. जैसे ही फिल्म सही तापमान पर होती है, polymerize को यूवी लाइट के नीचे रखकर मिश्रण को ९० & #176; ग के लिए 30 min.
      चेतावनी: यूवी प्रकाश खतरनाक है, यह एक संरक्षित वातावरण में बहुलकीकरण प्रदर्शन करने की सलाह दी है ।
    3. एक पोस्ट-पाक कदम नेटवर्क की पूरी बहुलकीकरण सुनिश्चित करने के लिए सिफारिश की है । सेल को एक हॉट प्लेट पर १३० & #176 पर रखें; सी के बारे में 10 मिनट के लिए और इसे धीरे से कमरे के तापमान के लिए नीचे ठंडा ।
    3. सेल के
  3. खोलने और नमूना
    1. के काटने के लिए सेल खोलने के लिए, एक पर एक उस्तरा ब्लेड डाल एज और यह दो गिलास प्लेटों के बीच में धक्का । कक्ष एक बार में खुलता है (< सबल वर्ग = "xfig" > चित्रा 1L ).
    2. से फिल्म छील, एक उस्तरा ब्लेड के साथ एक छोटा सा कोना उठा । अगर जरूरत हो तो इस फिल्म को हटाने की सुविधा के लिए ग्लास प्लेट को गर्म पानी में रखा जा सकता है (< मज़बूत वर्ग = "xfig" > फिगर 1m ).
    3. पानी से फिल्म निकालें और धीरे से इसे छील ।
    4. आणविक निदेशक (planar पक्ष के मलाई दिशा) के साथ एक पट्टी काट निंनलिखित आयाम होने फिल्म के: 4 मिमी x २.५ सेमी (< मजबूत वर्ग = "xfig" > चित्रा 1N ).
< p class = "jove_title" > 4. स्व-दोलन अवलोकन

  1. लैब में सेटअप
    1. एक आत्म बंद नोचना का उपयोग कर नमूना दबाना ऐसे में कि इस फिल्म के १.७ cm को ले जाने की आज़ादी है.
    2. नमूना खड़ी पकड़ और प्रकाश उत्सर्जक डायोड (एलईडी) बीम (४०० मेगावाट/सेमी 2 ) सीधा नमूना करने के लिए । आमतौर पर, प्रकाश नमूना से लगभग 20 सेमी दूर है । रोशनी को फिल्म के ऊपर पहुंचना चाहिए, नीचे नोचना (< सबल वर्ग = "xfig" > चित्रा 4 ) । प्राप्त दोलनों एक उच्च गति कैमरे के साथ दर्ज कर रहे है (१५० फ्रेम/एस) और एक छवि प्रसंस्करण कार्यक्रम के साथ विश्लेषण किया ।
  2. सेटअप प्रत्यक्ष सूर्यप्रकाश
    1. आगे के रूप में कदम शुू में वर्णित है लेकिन एलईडी लाइट का उपयोग करने के बजाय, एक लेंस के साथ फिल्म के शीर्ष पर सूरज की रोशनी ध्यान केंद्रित ।
      2. ताप प्रभाव का
  3. माप
    1. एक थर्मल कैमरा का उपयोग कर दोलन नमूना में तापमान भिन्नता को मापने < सुप वर्ग = "xref" > १५ (४० फ्रेंस/

Representative Results

प्रोटोकॉल की सफलता प्रकाश विकिरण के तहत फिल्म की थरथरानवाला गति का अवलोकन है । दोलनों बड़े होते है और कोई भ्रामक परिणाम देखा जा सकता है । इसके अलावा, दोलनों समय के साथ स्थिर है (घंटे के टाइमस्केल) और थोड़ा थकान मनाया गया ।

दूसरों के अलावा, splay संरेखण की गुणवत्ता के लिए स्वयं की सिद्धि के लिए महत्व का है निरंतर एक्च्यूएशन (चित्र 5 ए). फिल्म की मोटाई में आणविक अभिविन्यास में ढाल एक्च्यूएशन16,17,18पर इस फिल्म के planar/homeotropic पक्षों में एक संकुचन/। इस असममित प्रतिक्रिया macroscopic गति को बढ़ाता है. प्रयोग की असफलता (झुकने की अनुपस्थिति, छोटे विकृति या विषम झुकने) एक गरीब नियंत्रण रेखा से समझाया जा सकता है । पहला, फिल्म पारदर्शी होनी चाहिए । (चित्रा 5B).  एक सरल कदम में सही splay संरेखण को सत्यापित करने के लिए, कांच सब्सट्रेट से जुड़ी फिल्म एक फैलाना सफेद प्रकाश स्रोत (चित्रा 5C-ई) के ऊपर पार कर ध्रुवकों के बीच मनाया जाता है । xy विमान में 0 ° से ४५ ° से क्रॉस ध्रुवीकरण के बीच फिल्म घूर्णन करके, फिल्म तेजी से चमक बदलने चाहिए । फिल्म को आणविक निर्देशक के इर्द-गिर्द विमान से बाहर की धुरी बनाकर, फिल्म को काले (विमान में) से सफेद (विमान से बाहर) के ऊपर से देखते समय रंग बदलना चाहिए. इसी तरह सत्यापन कदम गर्म एक एल्यूमीनियम पंनी के साथ कवर की थाली के शीर्ष पर एक ध्रुवीकरण के माध्यम से सेल देख द्वारा बहुलकीकरण से पहले किया जा सकता है । इसके अलावा, जब फिल्म स्ट्रिप्स में कटौती की है, यह homeotropic पक्ष में वक्र के केंद्र के साथ एक प्राकृतिक वक्रता प्रस्तुत करता है । यह अवशिष्ट एक ऊंचा तापमान पर बहुलकीकरण से उत्पंन तनाव के कारण है, जहां फिल्म के दोनों पक्षों के विस्तार विपरीत लक्षण है (चित्रा 6A) । संरेखण सफल नहीं है मामले में, polyimide परतों को तैयार करने के लिए विधि पर पुनर्विचार किया जाना चाहिए । उन कोशिकाओं का उत्पादन अच्छी तरह से गठबंधन फिल्मों को प्राप्त करने के लिए महत्वपूर्ण है । सबसे महत्वपूर्ण कदम है मलाई: प्लेट पर एक बहुत मजबूत दबाव आंशिक रूप से polyimide परत और संरेखण के लिए एक बहुत ही गरीब कमान परत में परिणाम निकाल देंगे । कमरे के तापमान पर फिल्म कांच राज्य (चित्र बी) में है । यदि फिल्म नरम और/या चिपचिपा है, इसका मतलब है कि बहुलकीकरण पूरा नहीं है, सबसे शायद क्योंकि विकिरण समय बहुत छोटा है या सर्जक नीचा है । नियंत्रण रेखा के मिश्रण mesogens सजातीय और सूखी सेल के भरने से पहले होना चाहिए, क्योंकि विलायक की उपस्थिति नियंत्रण रेखा के मिश्रण के चरण व्यवहार को प्रभावित हो सकता है । LC मिश्रण बहुलकीकरण से पहले गठबंधन किया जाना चाहिए । सावधानियों तेजी से कदम के माध्यम से जा रहा है और एक लंबे समय के लिए १३० डिग्री सेल्सियस से ऊपर नमूना हीटिंग नहीं द्वारा संरेखण की प्रक्रिया के दौरान थर्मल बहुलकीकरण से बचने के लिए लिया जाना चाहिए । बस समाशोधन बिंदु के ऊपर सेल भरना पर्याप्त (११० डिग्री सेल्सियस) है ।

उच्च गति कैमरे द्वारा पंजीकृत यांत्रिक और थर्मल दोलनों प्रस्तुत प्रोटोकॉल की सफलता की पुष्टि (चित्रा 7; वीडियो 1) । जब फिल्म एक छोर पर clamped है, १.७ cm को ले जाने के लिए स्वतंत्र और केंद्रित प्रकाश के साथ planar पक्ष पर विकिरणित, यह प्रकाश (चित्रा घमण्ड) की दिशा में सपाट राज्य की ओर झुकता । काज (चित्रा 4) प्रकाश के फोकस बिंदु की स्थिति पर स्थित है । फिल्म को सुचारू रूप से चलना चाहिए, सीधा दबाना है और ओर नहीं. फिर फिल्म आयाम १.७ cm x ०.४ cm x 20 µm की एक फिल्म के लिए आवृत्ति ७.६ हर्ट्ज ± 5% और आयाम 30 ° ± 10% के दोलनों के साथ लगातार कदम के लिए शुरू होता है । थर्मल दोलनों तापीय कैमरे के साथ मापा एक ही आवृत्ति (७.४ हर्ट्ज ± 5%), फिल्म की जड़ता के कारण एक मामूली चरण देरी के साथ उपस्थित । इस आवृत्ति एफ आयामों और फिल्म के मापांक15के द्वारा नियंत्रित किया जाता है । दोलनों के आयाम प्रकाश तीव्रता के साथ बदलता है और सेटअप से प्रभावित हो जाएगा, और विशेष रूप से, नमूना पर प्रकाश की फोकस बिंदु की स्थिति. दोलन का तंत्र इस प्रकार है: 1) कर्ल करवाने की फिल्म केंद्रित प्रकाश के साथ विकिरणित है, dopant प्रकाश अवशोषित और यह गर्मी में धर्मांतरित, फिल्म अपने काज में warms और दिशा में unझुकता पूर्व-नियंत्रण रेखा से परिभाषित; 2) टिप छाया फिल्म है, जो अपने तापमान की कमी लाती है और उसके बाद विश्राम से झुकने के काज; 3) काज फिर से विकिरण के तहत है, ऊपर गर्म और फिल्म15झुकता है । इन क्रमिक चरणों का दोहराव दोलनों को जंम देता है । इस घटना को देख में प्रमुख कारकों फोटो थर्मल प्रभाव और स्वयं फिल्म की छाया, तीव्रता और ध्यान केंद्रित प्रकाश की स्थिति द्वारा नियंत्रित कर रहे है (चित्रा 4) । उदाहरण के लिए, एक थोड़ा झुका लैंप नमूने का पूरा कर्लिंग प्रेरित करेगा । इसके अलावा, एक प्रकाश की तीव्रता के भी कम नहीं देता है क्योंकि काज में तापमान अपर्याप्त है झुकने, जबकि बहुत अधिक काज पर प्रकाश की तीव्रता के उच्च (चित्रा 6C, फिल्म के १८० ° झुकने प्रेरित होगा) । प्रयोग की सफलता के लिए एक और आवश्यकता के लिए गड़बड़ी से बचने के लिए हवा से संरक्षित एक वातावरण में सेटअप जगह है ।

Figure 1
चित्र 1। Splay को प्राप्त करने के लिए समग्र प्रक्रिया 14 चरणों में LCN संरेखित करें (A-N से) । चरण A-C: ग्लास प्लेट की सफाई; चरण D-G: planar या homeotropic संरेखण परतों बनाने के लिए ग्लास प्लेट की कोटिंग; चरण H: एक मखमली कपड़े का उपयोग कर ग्लास प्लेटों की मलाई; चरण I: कक्ष बनाने के लिए प्लेटों को gluing; चरण J: nematic चरण में नियंत्रण रेखा के मिश्रण और संरेखण के साथ सेल भरना; कदम कश्मीर: फोटो-यूवी प्रकाश के तहत polymerizing; कदम एल-एन: सेल के उद्घाटन और फिल्म के काटने के लिए एक पट्टी प्राप्त करते हैं । कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।

Figure 2
चित्र 2। उपयोग किए जाने वाले घटकों की रासायनिक संरचनाएं. कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।

Figure 3
चित्र 3। मोनोमर मिश्रण और बहुलक फिल्म के थर्मल लक्षण वर्णन । अ) अवकलन बेलामा calorimetry (DSC) मिश्रण से पहले बहुलकीकरण चरण संक्रमण निर्धारित करने के लिए । presets: पोम चित्र, पैमाने सलाखों: १०० µm. ख) गतिशील यांत्रिक थर्मल विश्लेषण (DMTA) बहुलक फिल्म का मापन । कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।

Figure 4
चित्र 4। बाईं ओर एलईडी दिखा सेटअप के चित्र, और दोलन फिल्म प्रकाश के सामने नोचना करने के लिए clamped । इनसेट झुका फिल्म के योजनाबद्ध प्रतिनिधित्व और स्थानीयकृत प्रकाश रोशनी से पता चलता है । लाल क्षेत्र पाठ में वर्णित गर्म काज से मेल खाती है । कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।

Figure 5
चित्र 5। एक) splay संरेखण के योजनाबद्ध प्रतिनिधित्व । ख) शीशे की कोशिका का चित्र तू के सामने/ई लोगो पारदर्शिता और फिल्म के रंग के अभाव दिखा । तीर planar ग्लास प्लेट की मलाई दिशा इंगित करता है । ग - ई) splay संरेखण (चित्र डी: xy विमान में ४५ ° के रोटेशन, चित्र ई: xy विमान के बाहर pivoting) की विशेषताओं को दिखा पार ध्रुवकों के बीच लिया फिल्म की तस्वीरें । संरेखण के आणविक निदेशक लाल तीर से संकेत दिया है । स्केल बार: 1 सेमी. इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए कृपया यहां क्लिक करें.

Figure 6
चित्र 6। फिल्म का एकचित्र homeotropic पक्ष में वक्र के केंद्र के साथ एक प्राकृतिक वक्रता दिखा नोचना के साथ clamped । फोटो-विकिरण (३६५ एनएम, ०.५२ डब्ल्यू/मुख्यमंत्री2) पर एक फ्लैट राज्य के लिए जा रहा फिल्म का ख) तस्वीर. ग) एक फिल्म विकिरणित की तस्वीर भी एक प्रकाश तीव्रता १८० डिग्री पर झुकने दिखा के उच्च के साथ । कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।

Figure 7
चित्र 7। यूवी प्रकाश के साथविकिरण के दौरान समय पर फिल्म की नोक के यांत्रिक दोलनों (३६५ एनएम एलईडी, ०.५२ डब्ल्यू/ presets: चलती फिल्म के स्क्रीनशॉट उच्च गति कैमरे के साथ दर्ज की गई. फिल्म ज्यामिति १.७ सेमी (लंबाई) x ०.४ सेमी (चौड़ाई) x 20 µm (मोटी) है । कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।

Figure 8
चित्र 8। उजागर क्षेत्र केथर्मल दोलनों (टिका) यूवी प्रकाश के साथ विकिरण के दौरान समय पर (एलईडी ३६५ एनएम, ०.५२ डब्ल्यू/ presets: तापमान प्रोफ़ाइल काज में तापमान के परिवर्तन दिखा थर्मल कैमरा के साथ पंजीकृत के साथ झूलती फिल्म के स्क्रीनशॉट । फिल्म ज्यामिति १.७ सेमी (लंबाई) x ०.४ सेमी (चौड़ाई) x 20 µm (मोटी) है । कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।

Discussion

परिणाम यहां वर्णित पिछले अध्ययन के साथ तुलना कर रहे है15 एक नियंत्रण रेखा diacrylate पर 6 कार्बन की एक स्पेसर के साथ । यह पता चलता है कि दोलन प्राप्त करने के लिए विधि अलग यांत्रिक गुणों के साथ फिल्मों के लिए लागू किया जा सकता16.

एक फोटो थर्मल उत्तरदायी LCN की तैयारी की सूचना दी है । वहां वर्णित प्रोटोकॉल में कुछ कदम है कि महत्वपूर्ण हैं, जैसे planar संरेखण परतों के रगड़ और सेल की तैयारी कर रहे हैं । दरअसल, प्रोटोकॉल की सफलता नियंत्रण रेखा splay संरेखण है, जो भी पतली फिल्मों के लिए आवेदन सीमा की उच्च गुणवत्ता पर निर्भर करता है ।

पहले, फोटो-स्विचेस की एक बड़ी मात्रा में होते हैं जो LCNs पर आधारित फोटो-स्विच के कई उदाहरण11,12,13,19रिपोर्ट किया गया है । यहां विकसित विधि का मुख्य लाभ एक्च्यूएशन का निरीक्षण करने के लिए आवश्यक dopants की सीमित मात्रा (& #60; 5 wt%) और dopants के व्यापक विकल्प उपलब्ध हैं । 15 ये परिणाम संभावित अनुप्रयोगों की श्रेणी का विस्तार करते हैं । इसके अलावा, इस प्रोटोकॉल की शक्ति एक अलग मैट्रिक्स संरचना, धारी के आयामों और प्रकाश की तीव्रता के साथ फिल्म के मापांक को बदलकर आवृत्ति और दोलन के आयाम अलग करने की क्षमता है ।

इस पद्धति को आसानी से स्वचालित प्रणाली के लिए नियंत्रण रेखा की सामग्री का एक व्यापक रेंज बनाना बढ़ाया जा सकता है । यहां वर्णित प्रोटोकॉल नरम-रोबोटिक्स और स्वचालित सामग्री के लिए गैर-संतुलन प्रणालियों के विकास के लिए मार्ग प्रशस्त करती है ।

Disclosures

लेखकों के हित का कोई विरोध नहीं है.

Acknowledgments

यह काम आर्थिक रूप से नीदरलैंड के वैज्ञानिक अनुसंधान के लिए संगठन द्वारा समर्थित (NWO-शीर्ष बाज़ी अनुदान: १००१८९४४) और यूरोपीय अनुसंधान परिषद (कंपन ईआरसी, अनुदान ६६९९९१) था । ए. एच. जी. पीपुल्स प्रोग्राम (मैरी क्यूरी क्रियाएं) से यूरोपीय संघ के सातवें ढांचे के कार्यक्रम FP7-2013, अनुदान सं ६०७६०२ से धन स्वीकार करता है ।

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

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References

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रसायन विज्ञान अंक १२७ यांत्रिक दोलन लिक्विड क्रिस्टल फोटो थर्मल प्रभाव उत्तरदायी सामग्री पॉलिमर फोटो-प्रेरक आउट-ऑफ-संतुलन नेटवर्क
Macroscopic थरथरानवाला प्रकाश द्वारा प्रेरित गति के लिए तरल क्रिस्टल नेटवर्क की तैयारी
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Vantomme, G., Gelebart, A. H., Broer, D. J., Meijer, E. W. Preparation of Liquid Crystal Networks for Macroscopic Oscillatory Motion Induced by Light. J. Vis. Exp. (127), e56266, doi:10.3791/56266 (2017).

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