Işık tarafından indüklenen makroskopik salınım hareketi için sıvı kristal ağlar hazırlanması

Bu deneysel protokolün genel amacı, sürekli ışık ışınlaması altında mekanik osilasyon gösteren sıvı kristal ağlar hazırlamaktır. Bu yöntem, yumuşak robotik ve otomatik sistemlerde potansiyel uygulamaları olan sürekli mikroskobik hareketin nasıl sağlanacağı gibi malzeme bilimindeki temel soruların yanıtlanmasına yardımcı olabilir. Bu tekniğin temel avantajı, kullanım alanlarının ve yöntemlerinin, ticari olarak mevcut kimyasallarla seri üretim endüstrisinde yaygın olarak kullanılmasıdır.

İlk olarak, kontaminantları temizlemek için üç santimetreye üç santimetrelik cam plakaları sabun ve sıcak su kullanarak dikkatlice temizleyin. Cam plakaları etanol içeren bir behere yerleştirin. Ardından beheri yaklaşık 10 dakika boyunca bir ultrasonik banyoya yerleştirin.

Bunun ardından, cam plakaları bir peçete ve hava üfleyici ile dikkatlice kurulayın. Plakalar üzerinde çözücü, toz veya herhangi bir kontaminasyon izi kalmadığından emin olun. Organik kalıntıları gidermek için cam plakaları 20 dakika boyunca bir UV ozon fotoreaktörüne yerleştirin.

Ozon işleminden sonra, cam plakaların birine hava tutun ve spin coater üzerine yerleştirin. Ardından, tüm yüzeyi kaplayacak şekilde cam plaka üzerine yaklaşık 0,5 mililitre poliamid çözeltisi damlatın. Hizalama katmanını aşağıdaki koşullara göre spin coat yöntemiyle kaplayın.

Spin kaplama işleminden sonra, homeotropik ve planar hizalama katmanlarını ayırt edebilmek için cam plakaların kaplanmamış tarafına belirleyici işaretler koyun. Hizalama katmanı karışımında bulunan solventin büyük bir kısmını uzaklaştırmak için, kaplanmış cam plakayı 110 °C sıcaklıktaki bir ısıtıcı tabla üzerine 10 dakika boyunca yerleştirin. Tüm cam plakalar kaplandığında, poliamid katmanını kürlemek için onları 180 °C sıcaklıktaki bir fırında bir saat boyunca bekletin.

Kaplanmış cam plakalar üzerinde mikrokanallar oluşturmak için, her bir düzlemi kaplı tarafı aşağı bakacak şekilde kadife bir kumaş üzerine yerleştirin. İki parmağınızla hafif ve eşit bir basınç uygulayın. Cam plakayı, kadife kumaş yüzeyi boyunca düz bir hat şeklinde dikkatlice çekin.

Ardından cam plakanın üzerine hava üfleyin. Sonra, UV ile kürlenen bir yapıştırıcıyı 20 mikrometre tanımlı çapa sahip cam boncuklarla karıştırarak bir yapıştırıcı hazırlayın. Planar hizalama tabakası ile kaplanmış bir cam plakanın yan yana olan iki köşesine küçük iki damla yapıştırıcı sürün.

Ardından, diğer iki köşeden yaklaşık beş milimetre uzağa iki damla daha yapıştırıcı yerleştirin. LC karışımı için yeterli alan sağlamak amacıyla, plakaların kenarları arasında yaklaşık dört milimetrelik bir boşluk bırakarak, homeotropik hizalama tabakasıyla kaplanmış cam plakayı birinci cam plakanın üzerine yerleştirin. Daha sonra, iki cam plakayı veya hücreyi iki dakika boyunca UV ışığı altında tutarak yapıştırıcıyı kürleyin.

Hücreyi, homeotropik tarafı yukarı bakacak şekilde bir ısıtıcı tabla üzerine yerleştirin. Sıvı, nematik fazdakinden daha az viskoz olduğu için hücrenin doldurulmasını kolaylaştırmak amacıyla sıcaklığı 110 degrees Celsius olarak ayarlayın. Şimdi, katının erimesi ve sıvı karışımın kapiler etkiyle hücreye akması için LC karışımının bir kısmını hücrenin kenarına yerleştirin.

Hücre dolana kadar kenarlardan daha fazla karışım ekleyin. Hücre dolduğunda, nematik fazda olmak için yavaşça 90 °C'ye soğutun. Film 90 °C'ye ulaştığında, hücreyi bu sıcaklıkta 30 dakika boyunca UV ışığı altına yerleştirerek karışımı polimerize edin.

Polimerizasyonun ardından, hücreyi yaklaşık 10 dakika boyunca 130 °C sıcaklıktaki bir ısıtıcı tabla üzerine yerleştirin. Hücrenin oda sıcaklığına soğumasını bekledikten sonra, bir jiletle bir kenardan bastırarak iki cam plaka arasını açın. Filmi soyup çıkarmak için köşeleri jiletle kaldırın.

Filmi cam plakadan nazikçe soyun. Ardından, filmin moleküler direktörü boyunca bir şerit kesin. Sonrasında, filmin 1,7 santimetresi hareket edebilecek şekilde, film örneğini kendi kendine kapanan bir cımbızla sabitleyin.

Kendi kendine salınım gözlemi için numuneyi dikey olarak tutun ve bir ışık yayan diyot ışınını numuneye dik olarak yönlendirin. Işık ışınımı altında filmin gözlemlenen salınım hareketi sunulan protokolde gösterilmiştir ve splay diziliminin kalitesi, kendi kendini sürdüren aktivasyon için önemlidir. Film şeffaf olmalıdır.

Doğru splay hizalamasını doğrulamak için, cam substrata tutturulmuş film, yayılmış bir beyaz ışık kaynağının üzerinde çapraz polarize ediciler arasında gözlemlenir. Film şeritler halindeyken, polimerizasyondan kaynaklanan kalıntı gerilim nedeniyle, eğriliğin merkezinin homeotropik tarafta olduğu doğal bir kavis sergiler. Yüksek hızlı bir kamera ile kaydedilen mekanik ve termal salınımlar, protokolün başarısını doğrular.

Film sıkıştırıldığında, ışığın yönünde düz konuma doğru açılır. Ardından film, mekanik ve termal salınımlarla birlikte sürekli olarak hareket etmeye başlar. Bu fenomenin gözlemlenmesindeki temel faktörler, fototermal etki ve ışığın şiddeti ile konumu tarafından kontrol edilen filmin kendi kendini gölgelemesidir.

Işık şiddetinin çok düşük olması, menteşedeki sıcaklığın yetersiz kalması nedeniyle geniş bir bükülme sağlamaz; menteşe üzerindeki ışık şiddetinin çok yüksek olması ise aşırı bükülmeye (overshooting) yol açar. Uzmanlaşıldığında, bu teknik uygun şekilde uygulandığı takdirde dört saat içinde tamamlanabilir. Bu prosedürü uygularken, kararlı bir 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. Bu yöntem geliştirildikten sonra, malzeme bilimi alanındaki araştırmacıların yumuşak maddelerdeki diğer denge hareketlerini keşfetmelerine ön ayak olmuştur. Bu videoyu izledikten sonra, foto-tepki veren film elde etmek için hizalanmış sıvı kristal ağın nasıl hazırlanacağı konusunda iyi bir anlayışa sahip olmalısınız.

Işıkla çalışmanın son derece tehlikeli olabileceğini unutmayın ve bu deneyleri gerçekleştirirken her zaman UV korumalı gözlükler takılmalıdır.