该协议的目的是创造液晶聚合物薄膜, 可以在连续光照射下机械振荡。我们非常详细地描述了自支撑薄膜的概念, 从液晶对准方法到光驱动。用于制备该材料的实验协议广泛适用。
描述了一种基于掺杂液晶网络的策略, 在连续光照条件下, 建立了塑料薄膜的机械自持振荡。掺杂的光激发可以迅速地将光线消散到热中, 再加上各向异性的热膨胀和阴影, 从而产生了自我维持的变形。所观察到的振荡受薄膜的尺寸和模量以及光的方向性和强度的影响。该系统为 soft-robotics 和自动化系统的能源转换和收割提供了应用。
这里描述的一般方法包括创建独立的液晶膜和表征机械和热效应观察。分子对准是使用对准层 (摩擦聚酰亚胺), 通常用于显示制造行业。为了获得大变形的执行器, 液晶在扇/弯曲配置中对齐和聚合,即, 与液晶的控制器 (LCs) 逐渐从平面到垂直通过薄膜厚度。辐照后, 得到的机械和热振荡的监测与高速相机。通过图像分析, 利用图像处理程序对结果进行量化。
对可持续能源的研究是对化石能源枯竭和气候变化的反应越来越感兴趣的领域。目前正在研究将光能转化为机械工作的方法, 如光伏发电、生物质生产燃料、太阳能裂解制氧和氢气。然而, 所有这些由光驱动的过程需要多个步骤, 然后他们的能源生产可以运行机器执行工作。虽然这些方法提供了一个大的应用面板, 但它们需要生产、储存和运输中间体 (例如、电子电位、化学燃料)。因此, 能够直接将阳光转化为宏观运动的装置, 具有简化的优点。
在过去的几十年中, 许多例子的光致动器已经开发的地方, 聚合物改变形状后, 辐照1,2,3。然而, 在大多数这些例子中, 连续的驱动需要打开/关闭指示灯从一个状态切换到另一个。到目前为止, 只有有限数量的光敏材料工作 out-of-equilibrium 被描述4,5,6,7。基于液晶网络的系统 (LCNs)8,9,10,11,12,13 , 也因为它们的内部允许以受控方式 preprogramming 变形的各向异性14。最近, 据报道, 光热效应诱导的照片稳定剂合并在 LCN 可以产生振荡运动15。
本文介绍了在连续光照射下机械振荡的 LCN 薄膜的制作方法。影片的构想详细从细胞的准备到表征和 LC 混合物的聚合。还报道了 LCN 薄膜的光驱动和运动分析。LCNs 被掺杂的分子, 可以迅速消散在网络内的热量, 从而诱导各向异性热膨胀和随后的宏观变形的电影。阴影、温度变化和材料收缩/伸长之间的相互作用产生了振荡运动15。该协议中突出显示了精确的设置, 包括光源的方向和获取此效果的示例。振荡的特点是其频率和控制的性质的 LCN。根据我们的知识, 这是第一个描述的方法创建 LCN 薄膜, 可以 self-oscillate, 由一个简单的机制, 与广泛的掺杂的工作。
这里描述的结果与以前的研究15在 LC 丙烯酸酯与6碳的间隔物是可比较的。结果表明, 该方法可以应用于不同力学性能的薄膜,16。
报道了一种光热响应 LCN 的制备方法。在所描述的协议中有一些关键的步骤, 如平面对齐层的摩擦和单元的准备。实际上, 该协议的成功依赖于高质量的 LC 扇对准, 这也限制了对薄膜的应用。
以前, 许多例子的照片-执行器的基础上 LCNs, 其中包含大量的照片开关已报告11,12,13,19。这里开发的方法的主要优点是掺杂需要的有限数量观察驱动 (和 #60; 5%) 和宽广的选择掺杂可利用.15这些结果扩展了潜在应用程序的范围。此外, 该协议的威力在于, 通过改变薄膜的模量和条纹的尺寸以及光强的大小, 变化振荡频率和振幅的能力。
这种方法可以很容易地扩展, 为自动化系统制造各种 LC 材料。本文所述的协议为 soft-robotics 和自动化材料的非平衡系统的开发铺平了道路。
The authors have nothing to disclose.
这项工作得到了荷兰科学研究组织的资助 (NWO 最高平底船赠款: 10018944) 和欧洲研究理事会 (震动紧急救济委员会, 赠款 669991)。a.h.g. 承认, 欧洲联盟第七框架计划 FP7-2013 的 “人民计划” (居里夫人行动) 提供资金, 赠款 No. 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 |