Målet med protokollen er at skabe flydende krystallinske polymer film, der kan mekanisk svinger under kontinuerlig lys bestråling. Vi beskriver i detaljer opfattelsen af fritstående film, fra den flydende krystal tilpasning metode til foto-aktivering. Den eksperimentelle protokollen anvendes for at forberede dette materiale er generelt gældende.
En strategi baseret på doteret flydende krystallinske netværk er beskrevet til at oprette mekaniske selvbærende svingninger af plastic film under kontinuerlig lys bestråling. Foto-excitation af energiniveauerne, der hurtigt kan sprede lys ind i varmen, kombineret med anisotrope termisk udvidelse og selvstændige afskygning af filmen, giver anledning til den selvbærende deformation. Svingningerne observeret er påvirket af dimensioner og modulus af filmen, og af direktionalitet og intensiteten af lys. System udviklet tilbyder programmer i Energikonvertering og høst for soft-robotteknologi og automatiserede systemer.
Den generelle metode beskrevet her består af at oprette fritstående flydende krystallinske film og kendetegner de mekaniske og termiske virkninger. Den molekylære justering er opnået ved hjælp af justering lag (gned polyimid), almindeligt anvendt i visningen af fremstillingsindustrien. For at opnå aktuatorer med stor deformation, er mesogens linje og polymeriserede i en splay/bøje konfiguration, dvs, med direktøren for flydende krystaller (LCs) vil gradvist fra planar homeotropic gennem filmtykkelse. Efter bestråling overvåges de mekaniske og varmemæssige svingninger fremstillet med en høj hastighed kamera. Resultaterne er yderligere kvantificeret ved billedanalyse ved hjælp af en billedbehandling program.
Søg mod bæredygtig energi er et område af voksende interesse i svar til nedbrydningen af fossil energi og klimaændringer. Metoder til at konvertere lys energi til mekanisk arbejde er i øjeblikket ved at blive undersøgt, såsom solceller til elproduktion, biomassen til at producere brændstoffer, sol vand opdeling til at producere ilt og brint. Men alle disse processer, næret af lys kræver flere trin før deres energiproduktion kan køre maskiner, der udfører arbejde. Selvom disse tilgange giver et stort panel af ansøgninger, kræver de produktion, oplagring og transport af mellemprodukter (fx, elektriske potentiale, kemiske brændstoffer). Dermed præsentere enheder købedygtig omforme direkte sollys i makroskopisk bevægelse fordelene ved forenkling.
I de sidste årtier, er blevet udviklet mange eksempler på foto-aktuatorer, hvor polymerer Skift figur ved bestråling1,2,3. Men i det store flertal af disse eksempler, kontinuerlig aktivering kræver dreje lys til/fra at skifte fra den ene medlemsstat til den anden. Hidtil har har kun et begrænset antal af foto-responsive materialer arbejder ud af ligevægt været beskrevet4,5,6,7. Systemer baseret på flydende krystal netværk (LCNs)8,9,10,11,12,13 er også undersøgt på grund af deres iboende Anisotropy, der giver mulighed for Forudprogrammering deformation i en kontrolleret mode14. For nylig forlød det, at foto-termiske effekt induceret af excitation af foto-stabilisatorer indarbejdet i LCN kan generere oscillerende bevægelse15.
Her, er metoden til at oprette LCN film, der mekanisk svinger under kontinuerlig lys bestråling beskrevet. Udformningen af filmene er detaljeret fra udarbejdelsen af cellerne til karakterisering og polymerisering af LC blandinger. Foto-aktivering af LCN film og analyse af forslaget er også rapporteret. LCNs er dopet med molekyler, der hurtigt kan sprede lys til varme inden for netværket, som inducerer anisotrope termisk udvidelse og efterfølgende makroskopisk deformation af filmen. Et samspil mellem selvstændige afskygning, temperatur variation og sammentrækning/forlængelse af materialet giver anledning til oscillerende bevægelse15. Den præcise opsætning, herunder orientering af lyset og prøve at opnå denne virkning er fremhævet i protokollen. Svingningerne er karakteriseret ved sin hyppighed og kontrolleret af egenskaberne for den logiske Klyngenummer. Til vores viden er dette den første beskrivelse af en metode til oprettelse af logiske Klyngenummer film, der kan selv svinge, ved en enkel mekanisme, der arbejder med en bred vifte af energiniveauerne.
Resultater beskrevet her er sammenlignelig med den tidligere undersøgelse15 på en LC diacrylate med en spacer af 6 kulstofatomer. Det viser, at metoden til at opnå svingning kan anvendes til film med forskellige mekaniske egenskaber16.
Udarbejdelsen af en foto-termiske lydhør LCN er rapporteret. Der er et par skridt i den beskrevne protokol, som er kritiske, gnidning af planar justering lag og forberedelse af cellen. Faktisk, succes i protokollen er baseret på den høje kvalitet af LC erst justering, som også begrænser anvendelsen til tynde film.
Tidligere har mange eksempler på foto-aktuatorer baseret på LCNs, der indeholder en stor mængde af foto-switches været rapporteret11,12,13,19. De vigtigste fordele ved metoden udviklet her er det begrænsede antal energiniveauerne nødvendig for at overholde aktivering (< 5 wt %) og den brede udvalg af energiniveauerne rådighed. 15 disse resultater udvide viften af mulige applikationer. Kraften i denne protokol er desuden mulighed for at variere frekvensen og amplitude af svingning af skiftende modulus af film med en forskellige matrix sammensætning, dimensioner af stribe og lysintensitet.
Denne metode kan udvides let til at fabrikere en bred vifte af LC materialer til automatiserede systemer. Protokollen beskrevet heri baner vejen for udviklingen af ikke-ligevægt systemer for soft-robotteknologi og automatiseret materialer.
The authors have nothing to disclose.
Dette arbejde blev støttet økonomisk af den nederlandske organisation for videnskabelig forskning (NWO – TOP PUNT Grant: 10018944) og det Europæiske Forskningsråd (vibrere ERC, Grant 669991). A. H. G. anerkender støtte fra folk Program (Marie Curie-aktioner) af EUs syvende ramme Program RP7-2013, bevilling 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 |