Işık tarafından indüklenen makroskopik salınım hareketi için sıvı kristal ağlar hazırlanması

Bu deneysel protokolün genel amacı, sürekli ışık ışınlaması altında mekanik salınım gösteren sıvı kristal ağları hazırlamaktır. Bu yöntem, yumuşak robotik ve otomatik sistemlerdeki potansiyel uygulamalarla sürekli mikroskobik hareketin nasıl elde edileceği gibi malzeme bilimindeki temel soruların yanıtlanmasına yardımcı olabilir. Bu tekniğin temel avantajı, kullanımlarının ve yöntemlerinin, ticari olarak temin edilebilen kimyasallarla yayvan imalat endüstrisinde yaygın olarak kullanılmasıdır.

İlk olarak, kirleticileri gidermek için sabun ve sıcak su kullanarak üç ila üç santimetre cam plakaları dikkatlice temizleyin. Cam plakaları etanol içeren bir behere yerleştirin. Ardından kabı yaklaşık 10 dakika ultrasonik banyoya koyun.

Bunu takiben, cam plakaları bir mendil ve bir hava üfleyici ile dikkatlice kurulayın. Plakalarda solvent, toz veya herhangi bir kirlilik kalıntısı kalmadığından emin olun. Organik kalıntıları gidermek için cam plakaları 20 dakika boyunca bir UV ozon fotoreaktörüne yerleştirin.

Ozon işleminden sonra, cam plakalardan birine hava üfleyin ve bir sıkma kaplayıcı üzerine yerleştirin. Daha sonra, tüm yüzeyi kaplamak için cam plaka üzerine yaklaşık 0,5 mililitre poliamid çözeltisi bırakın. Hizalama katmanını aşağıdaki koşullara göre sıkarak kaplayın.

Sıkma kaplamasından sonra, homeotropik ve düzlemsel hizalama katmanlarını tanımak için kaplanmamış taraftaki cam plakaları belirgin işaretlerle işaretleyin. Hizalama tabakası karışımında bulunan çözücünün çoğunu çıkarmak için kaplanmış cam plakayı 110 santigrat derecede 10 dakika sıcak bir plaka üzerine yerleştirin. Tüm cam plakalar kaplandıktan sonra, poliamid tabakasını sertleştirmek için bir saat boyunca 180 santigrat derecede bir fırına koyun.

Kaplanmış cam plakalar üzerinde mikro kanallar oluşturmak için, her düzlemsel düzlemi kaplanmış tarafı aşağı bakacak şekilde kadife bir kumaş üzerine yerleştirin. İki parmağınızla düzgün ve yumuşak bir baskı uygulayın. Cam plakayı kadife kumaşın yüzeyi boyunca düz bir yönde dikkatlice sürükleyin.

Ardından cam plakaya hava üfleyin. Daha sonra, UV ile kürlenen bir yapıştırıcıyı, iyi tanımlanmış 20 mikrometre çapa sahip cam boncuklarla karıştırarak bir yapıştırıcı hazırlayın. Düzlemsel bir hizalama tabakası ile kaplanmış bir cam plakanın iki bitişik köşesine iki küçük damla yapıştırıcı yerleştirin.

Ardından, diğer iki köşeden yaklaşık beş milimetre uzakta iki damla daha yapıştırıcı yerleştirin. Homeotropik bir hizalama tabakası ile kaplanmış cam plakayı, LC karışımı için yeterli alan sağlamak için plakaların kenarları arasında yaklaşık dört milimetre boşluk bırakarak ilk cam plakanın üzerine yerleştirin. Daha sonra iki cam plakayı veya hücreyi iki dakika UV ışığı altına yerleştirerek yapıştırıcıyı sertleştirin.

Hücreyi, homeotropik tarafı yukarı bakacak şekilde sıcak bir tabağa yerleştirin. Hücrenin dolmasını kolaylaştırmak için sıcaklığı 110 santigrat dereceye ayarlayın çünkü sıvı nematik fazdan daha az viskozdur. Şimdi, LC karışımının bir kısmını hücrenin kenarına yerleştirin, böylece katı erir ve sıvı karışım kılcal damar yoluyla hücreye akar.

Hücre dolana kadar kenardan daha fazla karışım ekleyin. Hücre dolduktan sonra, nematik fazda olması için yavaşça 90 santigrat dereceye kadar soğutun. Film 90 santigrat dereceye ulaşır ulaşmaz, hücreyi bu sıcaklıkta 30 dakika boyunca UV ışığı altına yerleştirerek karışımı polimerize edin.

Polimerizasyonun ardından, hücreyi yaklaşık 10 dakika boyunca 130 santigrat derecede sıcak bir plakaya yerleştirin. Hücrenin oda sıcaklığına soğumasına izin verdikten sonra, bir kenarına bir tıraş bıçağı yerleştirerek ve iki cam plakanın arasına iterek açın. Filmi soymak için köşeleri tıraş bıçağıyla kaldırın.

Filmi cam plakadan yavaşça soyun. Ardından filmin moleküler yönetmeni boyunca bir şerit kesin. Daha sonra, film örneğini, filmin 1,7 santimetresi serbestçe hareket edecek şekilde kendiliğinden kapanan bir cımbız kullanarak sıkıştırın.

Numuneyi dikey olarak tutun ve kendi kendine salınım gözlemi için numuneye dik bir ışık yayan diyot ışını yönlendirin. Filmin ışık ışınlaması altında gözlenen salınım hareketi sunulan protokolde gösterilmiştir ve yayma hizalamasının kalitesi, kendi kendine devam eden çalıştırma için önemlidir. Film şeffaf olmalıdır.

Doğru yayma hizalamasını doğrulamak için, cam alt tabakaya tutturulmuş film, dağınık bir beyaz ışık kaynağının üzerindeki çapraz polarizörler arasında gözlemlenir. Film şeritler halinde olduğunda, polimerizasyondan kaynaklanan artık gerilime bağlı olarak homeotropik taraftaki eğrinin merkezi ile doğal bir eğrilik sunar. Yüksek hızlı bir kamera tarafından kaydedilen mekanik ve termal salınımlar, protokolün başarısını onaylar.

Film kenetlendiğinde, ışık yönünde düz duruma doğru bükülür. Film daha sonra mekanik ve termal salınımlarla sürekli hareket etmeye başlar. Bu fenomeni gözlemlemedeki temel faktörler, fototermal etki ve ışığın yoğunluğu ve konumu tarafından kontrol edilen filmin kendi kendini gölgelemesidir.

Işık yoğunluğunun çok düşük olması büyük bükülme vermez çünkü menteşedeki sıcaklık yetersizdir, menteşe üzerindeki ışık yoğunluğunun çok yüksek olması ise aşırıya kaçmaya neden olur. Bir kez ustalaştıktan sonra, bu teknik düzgün bir şekilde yapılırsa dört saat içinde yapılabilir. Bu prosedürü denerken, kararlı salınım elde ettiğinizden emin olmak için polimerizasyondan önce sıvı kristal fazın hizalamasını doğrulamak önemlidir.

Bu protokolün gücü, filmin boyutlarını ve ışık yoğunluğunu değiştirerek salınımın frekansını ve genliğini değiştirme yeteneğidir. Geliştirildikten sonra bu yöntem, malzeme bilimi alanındaki araştırmacıların yumuşak maddedeki diğer denge hareketlerini keşfetmelerinin yolunu açtı. Bu videoyu izledikten sonra, ışığa duyarlı film elde etmek için hizalanmış sıvı kristal ağın nasıl hazırlanacağını iyi anlamış olmalısınız.

Işıkla çalışmanın son derece tehlikeli olabileceğini ve bu deneyleri yaparken her zaman UV koruyucu gözlük takılması gerektiğini unutmayın.