Name: preparation of liquid crystal networks for macroscopic oscillatory motion induced by light
Uploaded: 2017-09-20T15:00:00
Duration: 7 min 56 s
Description: Watch this Scientific Journal Video about Preparation of Liquid Crystal Networks for Macroscopic Oscillatory Motion Induced by Light at JoVE.com

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.

Bemærk: den samlede procedure er nærmere beskrevet i figur 1.
 1. forberedelse af celler <ol><li>rengøring af glasplader <ol><li>omhyggeligt rent 3 cm x 3 cm glasplader ved hjælp af varmt vand og sæbe til at fjerne forureninger ( figur 1A).</li>
		<li>Placer glasplader i et bægerglas og dækkes med ethanol 99,5% ( figur 1B).</li>
		<li>Sted i bægerglasset i et ultralydsbad i ca 10 min.</li>
		<li>Forsigtigt tørt glasplader med en væv og blæst luft.</li>
		<li>Sørg for at der er ingen spor af opløsningsmiddel, støv, eller enhver form for kontaminering efterladt på pladerne. 
		Bemærk: Glasplader er nu ren og bør blive manipuleret med handsker.</li>
		<li>Placer glasplader i en UV-ozon photoreactor i 20 min. for at fjerne eventuelle organiske rester. Efter behandlingen af ozon pladerne er klar til belægning trin ( figur 1 c).</li>
	</ol></li> <li>Belægning af glasplader Bemærk: to sæt af overtrukne plader er udarbejdet: et sæt med en planar justering lag og den anden med en homeotropic justering. I en senere fase, vil cellen bestå af ene planar glasplade og en homeotropic glasplade ( fig. 1 d).
	<ol><li>Air blæse en glasplade og placere den på spin coater.</li>
		<li>Deponere polyimid løsning på glasplade til at dække hele overfladen (ca. 0,5 mL løsning).</li>
		<li>Spin pels justering lag efter følgende betingelser: Program 1: 5 s på 17 x g og acceleration på 11 x g/s; Program 2:40 s på 420 x g og acceleration af 17 x g/s.</li>
	</ol></li> <li>Hærdning af justering lag <ol><li>placere coatede glasplader på en varm tallerken på 110 ° C i 10 min. for at fjerne fleste af opløsningsmidlet i justering lag blanding ( figur 1E).</li>
		<li>Mark glasplader (på den ikke-belagt side) med særlige tegn til at genkende homeotropic og de plane justering lag. En lille pil er normalt nyttigt for planar glasplade, da det angiver også den gnide retning beskrevet i et senere stadium ( figur 1F).</li>
		<li>Når alle glasplader belægges, og opløsningsmidlet er fjernet, Placer glasplader i ovnen på 180 ° C i 1 time til at helbrede polyimid lag ( figur 1 g). 
		Forsigtig: Dette trin indebærer meget varme temperaturer; bære handsker, briller og passende personlige beskyttelse.</li>
		<li>Efter bagning glasplader, lad dem køle ned til stuetemperatur. 
		Bemærk: For at forhindre enhver form for kontaminering mellem hvert trin, det anbefales at placere en beskyttende folie over glasplader.</li>
	</ol></li> <li>Gnide planar justering lag <ol><li>gnide glasplader overtrukket med planar justering lag for at oprette (sub) microchannels i det lag, der vil guide LC i én retning. For at gøre det, placere glasplader med den coatede side nedad på en fløjl klud. Anvende en ensartet og blødt tryk med to fingre. Forsigtigt trække glasplade langs overfladen af fløjl klud i en lige retning. Løft glasplade og gentage den samme operation, tre gange ( figur 1 H). 
		Bemærk: Det er afgørende at gnide pladen i en enkelt retning og kun mens du går fremad. Går frem og tilbage i en lige retning vil resultere i en dårlig tilpasning.</li>
	</ol></li> <li>Limning cellerne <ol><li>Air blæse glasplader ved hjælp af luft blæser.</li>
		<li>Forberede limen ved at blande en UV-hærdende lim med afstandsstykker (glasperler) har en veldefineret diameter på 20 µm.</li>
		<li>Tage et glasplade belagt med en planar justering lag og et glasplade overtrukket med et homeotropic justering lag. Placer to bittesmå dråber af lim på to tilstødende hjørner af planar glasset. Derefter placere to andre dråber af lim på ca 5 mm fra de to sidste hjørner ( figur 1I).</li>
		<li>Tage homeotropic glasplade og placere den på toppen. Efterlade et hul på ca. 4 mm mellem kanterne af glasplader at give tilstrækkelig plads til LC blanding. Sørg for, at de coatede sider står hinanden.</li>
		<li>Kurere limen ved at placere cellen for 2 min i UV-lys. 
		Forsigtig: UV-lys er farlige; bære handsker, briller og passende personlige beskyttelse.</li>
	</ol></li></ol> 2. LC blanding forberedelse og karakterisering <ol><li>komponenter <ol><li>vejer 97.5 mg af LC diacrylate 1, 2,5 mg af foto-stabilisator og 1 mg af photoinitiator i en brun hætteglas ( figur 2). På grund af følsomheden af initiativtageren, forhindre UV-lys eksponering til blandingen bedst muligt.</li>
	</ol></li> <li>Homogen blanding af pulver Bemærk: dette trin er udført i en kemisk hætte.
	<ol><li>3 mL dichlormethan (DCM) tilsættes til de ovennævnte komponenter og ryste, indtil legemet er helt opløst.</li>
		<li>Placer hætteglasset på en varmeplade ved 30 ° C i 30 min og tilføje en strøm af argon at fremme hurtig fordampning af DCM. 
		Bemærk: Det anbefales at placere hætteglasset i vakuum for at fjerne enhver resterende spor af DCM.</li>
	</ol></li> <li>Bemærkning under polariseret optisk mikroskop (POM) for fase overgang bestemmelse <ol><li>Når blandingen er helt tørt, placere en lille mængde (± 10 mg) mellem to glasplader overtrukket med planar justering lag. 
		Bemærk: For at karakterisere faserne korrekt, er det anbefales at bruge unrubbed planar glasplader.</li>
		<li>Placer dias i en POM udstyret med en hot scene. Varme op i cellen, indtil billedet vender sort (med krydsede polarisatorer) der angiver den isotropic fase.</li>
		<li>Langsomt køle ned varmepladen og Bemærk overgang temperaturer. For blandingen beskrevet ovenfor, den isotropic nematisk overgangen er ved 103 ° C og nematisk at smectic overgangen sker på 86 ° C ( figur 3A).</li>
	</ol></li></ol> 3. Film forberedelse <ol><li>fyldning af celler ( figur 1J) <ol><li>sted celle på en varm tallerken med homeotropic side opad. Indstil temperaturen til 110 ° C (isotropisk fase) for at lette påfyldning af cellen, fordi væsken er mindre tyktflydende end i nematisk fasen.</li>
		<li>Placerer en del af en solid blanding på cellens kant.</li>
		<li>Solid smelter og den flydende blanding strømme af kapillarvirkning i cellen. Tilføje flere blanding på kanten, indtil cellen er fyldt.</li>
	</ol></li> <li>Køling til den nematisk fase og polymerisation ( figur 1 K) <ol><li>når cellen er fyldt, langsomt køle det ned (5 ° C/min.) til 90 ° C i nematisk fasen.</li>
		<li>Så snart filmen er på den rette temperatur, polymerisere blandingen ved at placere det under UV-lys ved 90 ° C i 30 min. 
		Forsigtig: UV-lys er farlige, kan det anbefales at udføre polymerisering i et beskyttet miljø.</li>
		<li>A efter bagning trin anbefales at sikre den fulde polymerisering af netværket. Placere cellen på en varmeplade ved 130 ° C i ca 10 min og lad den langsomt køle ned til stuetemperatur.</li>
	</ol></li> <li>Åbning af celle og skæring af prøven <ol><li>for at åbne celle, sætte et barberblad på en kant, og skub det ind imellem to glasplader. Den celle åbner på én gang ( figur 1 L).</li>
		<li>At skalle af filmen, løft et lille hjørne med et barberblad. Hvis det er nødvendigt, glasplade kan anbringes i varmt vand for at lette fjernelsen af film ( figur 1 M).</li>
		<li>Fjern filmen fra vandet og forsigtigt skræl det.</li>
		<li>Skåret en stribe langs den molekylære direktør (gnide retning af den plane side) af filmen har følgende dimensioner: 4 mm x 2,5 cm ( figur 1N).</li>
	</ol></li></ol> 4. Selvstændig svingning Observation <ol><li>Setup i lab <ol><li>klemme prøven ved hjælp af en selvlukkende pincet i sådan en måde at 1,7 cm af filmen er gratis at flytte.</li>
		<li>Holde prøven lodret og direkte lysemitterende diode (LED) BOM (400 mW/cm 2) vinkelret på prøven. Lyset er typisk ca. 20 cm fra prøven. Lyset bør nå toppen af filmen, nedenfor pincet ( figur 4). Svingningerne opnået registreres med en høj hastighed kamera (150 rammer/s) og analyseres med en billede behandlingsprogram.</li>
	</ol></li> <li>Setup med direkte sollys <ol><li>videre som beskrevet ovenfor i trin 4.1.1 men istedet for benytter LED-lys, fokusere sollyset på toppen af film med en linse.</li>
	</ol></li> <li>Måling af den termiske effekt <ol><li>måle temperatur variation i oscillerende prøven ved hjælp af et termisk kamera 15 (40 rammer/s).</li>
	</ol>
	</li>
</ol>

<ol>
	<li>Ionov, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Polymeric+Actuators.">Polymeric Actuators.</a> Langmuir. 31 (18), 5015-5024 (2015).</li><li>Hu, Y., Li, Z., Lan, T., Chen, W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Photoactuators+for+Direct+Optical-to-Mechanical+Energy+Conversion:+From+Nanocomponent+Assembly+to+Macroscopic+Deformation.">Photoactuators for Direct Optical-to-Mechanical Energy Conversion: From Nanocomponent Assembly to Macroscopic Deformation.</a> Adv Mater. 28 (47), 10548-10556 (2016).</li><li>Ikeda, T., Mamiya, J., Yu, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Photomechanics+of+Liquid-Crystalline+Elastomers+and+Other+Polymers.">Photomechanics of Liquid-Crystalline Elastomers and Other Polymers.</a> Angew Chem Int Ed. 46 (4), 506-528 (2007).</li><li>Arazoe, H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=An+autonomous+actuator+driven+by+fluctuations+in+ambient+humidity.">An autonomous actuator driven by fluctuations in ambient humidity.</a> Nat Mater. 15 (10), 1084-1089 (2016).</li><li>Ikegami, T., Kageyama, Y., Obara, K., Takeda, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Dissipative+and+autonomous+square-wave+self-oscillation+of+a+macroscopic+hybrid+self-assembly+under+continuous+light+irradiation.">Dissipative and autonomous square-wave self-oscillation of a macroscopic hybrid self-assembly under continuous light irradiation.</a> Angew Chem Int Ed. 55 (29), 8239-8243 (2016).</li><li>Uchida, E., Azumi, R., Norikane, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Light-induced+crawling+of+crystals+on+a+glass+surface.">Light-induced crawling of crystals on a glass surface.</a> Nat Commun. 6, 7310 (2015).</li><li>Panda, M. K., Run&#269;evski, T., Husain, A., Dinnebier, R. E., Naumov, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Perpetually+Self-Propelling+Chiral+Single+Crystals.">Perpetually Self-Propelling Chiral Single Crystals.</a> J Am Chem Soc. 137 (5), 1895-1902 (2015).</li><li>Kumar, K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+chaotic+self-oscillating+sunlight-driven+polymer+actuator.">A chaotic self-oscillating sunlight-driven polymer actuator.</a> Nat. Commun. 7, 11975 (2016).</li><li>Camacho-Lopez, M., Finkelmann, H., Palffy-Muhoray, P., Shelley, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Fast+liquid-crystal+elastomer+swims+into+the+dark.">Fast liquid-crystal elastomer swims into the dark.</a> Nat Mater. 3 (5), 307-310 (2004).</li><li>Kausar, A., Nagano, H., Ogata, T., Nonaka, T., Kurihara, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Photocontrolled+translational+motion+of+a+microscale+solid+object+on+azobenzene-doped+liquid-crystalline+films.">Photocontrolled translational motion of a microscale solid object on azobenzene-doped liquid-crystalline films.</a> Angew Chem Int Ed. 48 (12), 2144-2147 (2009).</li><li>Yamada, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Photomobile+Polymer+Materials:+Towards+Light-Driven+Plastic+Motors.">Photomobile Polymer Materials: Towards Light-Driven Plastic Motors.</a> Angew Chem Int Ed. 47 (27), 4986-4988 (2008).</li><li>White, T. J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+high+frequency+photodriven+polymer+oscillator.">A high frequency photodriven polymer oscillator.</a> Soft Matter. 4 (9), 1796 (2008).</li><li>Lee, K. M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Photodriven,+flexural-torsional+oscillation+of+glassy+azobenzene+liquid+crystal+polymer+networks.">Photodriven, flexural-torsional oscillation of glassy azobenzene liquid crystal polymer networks.</a> Adv Func Mater. 21 (15), 2913-2918 (2011).</li><li>Liu, D., Broer, D. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Liquid+crystal+polymer+networks:+preparation,+properties,+and+applications+of+films+with+patterned+molecular+alignment.">Liquid crystal polymer networks: preparation, properties, and applications of films with patterned molecular alignment.</a> Langmuir. 30 (45), 13499-13509 (2014).</li><li>Gelebart, A. H., Vantomme, G., Meijer, E. W., Broer, D. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Mastering+the+Photothermal+Effect+in+Liquid+Crystal+Networks:+A+General+Approach+for+Self-Sustained+Mechanical+Oscillators.">Mastering the Photothermal Effect in Liquid Crystal Networks: A General Approach for Self-Sustained Mechanical Oscillators.</a> Adv Mater. 29 (18), (2017).</li><li>Broer, D. J., Mol, G. N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Anisotropic+thermal+expansion+of+densely+cross-linked+oriented+polymer+networks.">Anisotropic thermal expansion of densely cross-linked oriented polymer networks.</a> Polym Eng Sci. 31 (9), 625-631 (1991).</li><li>Mol, G. N., Harris, K. D., Bastiaansen, C. W. M., Broer, D. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Thermo-Mechanical+Responses+of+Liquid-Crystal+Networks+with+a+Splayed+Molecular+Organization.">Thermo-Mechanical Responses of Liquid-Crystal Networks with a Splayed Molecular Organization.</a> Adv Funct Mater. 15 (7), 1155-1159 (2005).</li><li>van Oosten, C. L., Harris, K. D., Bastiaansen, C. W. M., Broer, D. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Glassy+photomechanical+liquid-crystal+network+actuators+for+microscale+devices.">Glassy photomechanical liquid-crystal network actuators for microscale devices.</a> Eur Phys J E Soft Matter. 23 (3), 329-336 (2007).</li><li>Yu, Y., Nakano, M., Ikeda, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Photomechanics:+Directed+bending+of+a+polymer+film+by+light.">Photomechanics: Directed bending of a polymer film by light.</a> Nature. 425 (6954), 145 (2003).</li></ol>

Forfatterne har nogen interessekonflikt.

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 (&#60; 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.

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.

<table>
	<tbody>
		<tr>
			<td>Material</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>LC diacrylate ( compound 1: Figure 2)</td>
			<td>Syncom</td>
			<td>custom synthesis</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>photo-stabilizer</td>
			<td>Ciba</td>
			<td>tinuvin 328</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>photoinitiator</td>
			<td>Ciba</td>
			<td>Irgacure 819</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Alignment layer planar</td>
			<td>JSR micro</td>
			<td>optimer Al1051</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Alignment layer homeotropic</td>
			<td>Nissan chemical industry</td>
			<td>Sunever grade 5300</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Name</td>
			<td>Company</td>
			<td>Catalog Number</td>
			<td>Comments</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Equipment</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>UV-ozone photoreactor</td>
			<td>Ultra Violet Products, PR-100</td>
			<td>Not available</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>spin coater</td>
			<td>Karl-SUSS</td>
			<td>SUSS RC spin coater CT62 V098</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>UV light</td>
			<td>Gentec</td>
			<td>EXFO-Omnicure S2000</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>micropearl</td>
			<td>Sekisui Chemicals</td>
			<td>SP220-20um</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Glue</td>
			<td>Gentec</td>
			<td>UVS91</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>LED 365 nm</td>
			<td>Thorlabs</td>
			<td>M365LP1</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>light collimator</td>
			<td>Thorlabs</td>
			<td>SM2F32-A</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>high speed camera</td>
			<td>PCO.</td>
			<td>PCO 5.5 sCMOS camera</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>thermal camera</td>
			<td>Xenics Infrared solution</td>
			<td>Gobi-640-GigE</td>
			<td>used with Xeneth software</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Differential Scanning Calorimeter</td>
			<td>TA instruments</td>
			<td>Q1000</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Dynamic Mechanical Analyzer</td>
			<td>TA instruments</td>
			<td>Q800</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Polarized Optical Microscope</td>
			<td>Leica</td>
			<td>DM6000M</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

preparation of liquid crystal networks for macroscopic oscillatory motion induced by light

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.

Succes i protokollen er observation af oscillerende bevægelse af film under lys bestråling. Svingninger er store og ikke misvisende resultat kan ses. Derudover svingningerne er stabil over tid (tidsskala timer) og lidt træthed blev observeret.
Blandt andre er kvaliteten af den offi justering af betydning for realisering af de selvbærende aktivering (figur 5A). Graduering i molekylær orientering i hele tykkelsen af filmen inducerer en sammentrækning/ekspansion på planar/homeotropic sider af film ved aktivering16,17,18. Denne asymmetriske reaktion forbedrer den makroskopiske bevægelse. Mislykkede eksperiment (fravær af bøjning, lille deformation eller ulige bøjning) kan forklares ved en dårlig LC tilpasning. For det første bør filmen være gennemsigtig. (Figur 5B).  For at kontrollere den korrekte erst justering i et enkelt trin, er filmen knyttet til glas substrat observeret mellem krydsede polarisatorer over et diffust hvidt lys kilde (figur 5 c-E). Ved at dreje film mellem de cross polarisatorerne fra 0° til 45° i xy-plan, bør filmen kraftigt ændre lysstyrke. Ved drejelige film ud af flyet omkring den molekylære direktør, bør filmen ændre farve fra sort (i fly) til hvid (ud af flyet) mens visning fra toppen. Lignende bekræftelsesprocessen kan gøres før polymerisering ved at observere cellen gennem en polarisator oven på varm tallerken dækket med en aluminiumsfolie. Desuden, når filmen er skåret i strimler, det præsenterer en naturlige krumning med midten af kurven i homeotropic siden. Dette skyldes den resterende stress med oprindelse fra polymerisering ved en høj temperatur, hvor udvidelser af de to sider af filmen har modsatte tegn (figur 6A). Hvis justeringen ikke er vellykket, bør metoden til at forberede polyimid lag genovervejes. Produktionen af disse celler er afgørende for at opnå godt justeret film. Den mest kritiske trin er gnide: et for kraftigt pres på pladen fjernes delvist af polyimid lag og resultere i en meget dårlig kommando lag for justering. Ved stuetemperatur er filmen i tilstanden glas (figur 3B). Hvis filmen er bløde og/eller klistret, betyder det, at polymerisering ikke er afsluttet, sandsynligvis fordi bestråling tid er for kort eller initiativtageren er nedbrudt. Blanding af LC mesogens bør være ensartede og tørre før påfyldning af cellen, fordi tilstedeværelsen af opløsningsmiddel kan påvirke funktionen fase af Rembursen blanding. LC blandingen bør tilpasses før polymerisering. Der bør tages forholdsregler til at undgå termisk polymerisation under processen af justering ved at gå gennem trinene hurtigt og ikke opvarmning prøven over 130 ° C i længere tid. Udfylde cellen lige over clearing punkt er tilstrækkelig (110 ° C).
De mekaniske og termiske svingninger registreret af den højhastighedskamera bekræfte succes præsenteret protokollen (figur 7; Video 1). Når filmen er fastspændt i den ene ende, unbends forlader 1,7 cm fri til at flytte og bestrålet på den plane side med fokuseret lys, det mod den flade stat i retning af lys (fig. 6B). Hængslet er placeret på placeringen af fokuspunkt af lys (figur 4). Filmen skal flytte gnidningsløst, vinkelret på at klemme og ikke på siden. Filmen starter derefter at flytte kontinuerligt med svingninger af frekvens 7,6 Hz ± 5% og amplitude 30 ° ± 10% til en film af dimensioner 1,7 cm x 0,4 cm x 20 µm. De termiske svingninger målt med den termiske kamera stede den samme frekvens (7,4 Hz ± 5%), med en svag fase forsinkelse som skyldes inertien af filmen. Denne frekvens f styres af dimensioner og modulus film15. Amplituden af svingningerne varierer med lysintensiteten og påvirkes af opsætningen, og især, positionering af fokuspunkt af lys på prøve. Mekanismen af svingning er som følger: 1) den krøllede film er bestrålet med fokuseret lys, dopant absorberer lyset og konverterer det til varme, filmen varmer på sin hængsel og unbends i den retning, pre-defineret af LC tilpasning; 2) spidsen skygger hængsel af filmen, som inducerer et fald for dens temperatur og dens efterfølgende ubøjelig af afslapning; 3) hængslet er igen under bestråling, varmer op og filmen bøjer15. En gentagelse af disse successive trin giver anledning til svingninger. De vigtigste faktorer i at observere dette fænomen er den foto-termiske effekt og den selvstændige afskygning af filmen, kontrolleret af intensiteten og placeringen af den fokuseret lys (figur 4). For eksempel, vil en lidt skrå lampe fremkalde en komplet curling af prøven. Desuden, for lavt af en lysintensiteten gør ikke give store bøjning fordi temperaturen på hængslet er utilstrækkelig, mens for højt af en lysintensitet på hængslet vil fremkalde overskridelser (figur 6 c, 180 ° bøjning af filmen). En anden forudsætning for succes af eksperimentet er at placere setup i et miljø, beskyttet mod vinden for at undgå undertrykkelse af netbårne.
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56266/56266fig1.jpg"> 
Figur 1. Den samlede Procedure at opnå Splay justeret LCN i 14 trin (fra A-N). Trin A-C: rengøring af glasplader; trin D-G: belægning af glasplader oprette planar eller homeotropic justering lag; trin H: gnide af glasplader med en fløjl klud; trin, jeg: Lime pladerne til at danne cellen; trin Jørgensen: udfylde cellen med LC blanding og justering i nematisk fasen; trin K: foto-polymeriserende i UV-lys; trin L-N: åbning af cellen og opskæring af filmen til at opnå en strimmel. <a href="//ecsource.jove.com/files/ftp_upload/56266/56266fig1large.jpg" target="_blank">Venligst klik her for at se en større version af dette tal.</a>
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56266/56266fig2.jpg"> 
Figur 2. Kemiske strukturer af de anvendte komponenter. <a href="//ecsource.jove.com/files/ftp_upload/56266/56266fig2large.jpg" target="_blank">Venligst klik her for at se en større version af dette tal.</a>
<img alt="Figure 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56266/56266fig3.jpg"> 
Figur 3. Termisk karakterisering af monomere blanding og polymerfilm. En) Differential scanning calorimetry (DSC) af blandingen før polymerisering til at bestemme faseovergange. Mellemværker: POM billeder, skala barer: 100 µm. B) dynamisk mekaniske termisk analyse (DMTA) måling af polymere film. <a href="//ecsource.jove.com/files/ftp_upload/56266/56266fig3large.jpg" target="_blank">Venligst klik her for at se en større version af dette tal.</a>
<img alt="Figure 4" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56266/56266fig4.jpg"> 
Figur 4. Billede af opsætningen af viser LED på venstre Side og oscillerende filmen fastspændt til pincet foran lyset. Indsatsen viser skematisk repræsentation af bøjet filmen og de lokaliserede lys belysning. Det røde område svarer til den varme hængsel nævnt i teksten. <a href="//ecsource.jove.com/files/ftp_upload/56266/56266fig4large.jpg" target="_blank">Venligst klik her for at se en større version af dette tal.</a>
<img alt="Figure 5" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56266/56266fig5.jpg"> 
Figur 5. A) skematisk fremstilling af den offi justering. B) billede af cellen glas foran TU/e logoet viser gennemsigtigheden og manglen farve af filmen. Pilen angiver retningen gnidning af planar glasplade. C - E) billeder af filmen taget mellem krydsede polarisatorer viser de særlige kendetegn ved den offi justering (Billede D: rotation af 45 ° i flyet XY, Billede E: Pivotering af xy-plan). Den molekylære direktør for justeringen er angivet med den røde pil. Skalalinjen: 1 cm. <a href="//ecsource.jove.com/files/ftp_upload/56266/56266fig5large.jpg" target="_blank">venligst klik her for at se en større version af dette tal.</a>
<img alt="Figure 6" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56266/56266fig6.jpg"> 
Figur 6. A) billede af filmen fastspændt med pincet viser en naturlige krumning med midten af kurven i homeotropic siden. B) billede i filmen går til en flad tilstand efter foto-bestråling (365 nm, 0,52 W/cm2). C) billede af en film, bestråles med for højt af en lysintensitet viser en bøjning på 180 °. <a href="//ecsource.jove.com/files/ftp_upload/56266/56266fig6large.jpg" target="_blank">Venligst klik her for at se en større version af dette tal.</a>
<img alt="Figure 7" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56266/56266fig7.jpg"> 
Figur 7. Mekaniske svingninger i spidsen af filmen Over tid under bestråling med UV-lys (LED 365 nm, 0,52 W/cm2). Mellemværker: Screenshots af den bevægende film optaget med high-speed kamera. Film geometri er 1,7 cm (længde) x 0,4 cm (bredde) x 20 µm (tyk). <a href="//ecsource.jove.com/files/ftp_upload/56266/56266fig7large.jpg" target="_blank">Venligst klik her for at se en større version af dette tal.</a>
<img alt="Figure 8" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56266/56266fig8.jpg"> 
Figur 8. Termisk svingninger af det udsatte område (hængsel) Over tid under bestråling med UV-lys (LED 365 nm, 0,52 W/cm2). Mellemværker: Screenshots af oscillerende filmen med temperatur profil registreret med det termiske kamera viser ændringer af temperatur på hængslet. Film geometri er 1,7 cm (længde) x 0,4 cm (bredde) x 20 µm (tyk). <a href="//ecsource.jove.com/files/ftp_upload/56266/56266fig8large.jpg" target="_blank">Venligst klik her for at se en større version af dette tal.</a>

Watch this Scientific Journal Video about Preparation of Liquid Crystal Networks for Macroscopic Oscillatory Motion Induced by Light at JoVE.com

Preparation of Liquid Crystal Networks for Macroscopic Oscillatory Motion Induced by Light

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.

Forberedelse af flydende krystal netværk for makroskopisk oscillerende bevægelse fremkaldt af lys

A strategy based on doped liquid crystalline networks is described to create mechanical self-sustained oscillations of plastic films under continuous ...

Research

Education

JoVE Journal

JoVE Core

Physics

Engineering

Unit 1

Oscillations

SCIENTISTS IN ACTION

Fabrication And Characterization Of Photonic Crystal Slow Light Waveguides And Cavities

Slow light has been one of the hot topics in the photonics community in the past decade, generating great interest both from a fundamental point of view ...

Selective Area Modification of Silicon Surface Wettability by Pulsed UV Laser Irradiation in Liquid Environment

Selektiv Area Ændring af Silicon overfladebefugtelighed af Pulsed UV laser Bestråling i Liquid Miljø

The wettability of silicon (Si) is one of the important parameters in the technology of surface functionalization of this material and fabrication of ...

Visible-light Induced Reduction of Graphene Oxide Using Plasmonic Nanoparticle

Synligt lys induceret Reduktion af Graphene Oxide Brug plasmoniske Nanopartikel

Present work demonstrates the simple, chemical free, fast, and energy efficient method to produce reduced graphene oxide (r-GO) solution at RT using ...

Integration of Light Trapping Silver Nanostructures in Hydrogenated Microcrystalline Silicon Solar Cells by Transfer Printing

Integration af Light fældefangst Sølv Nanostrukturer i hydrogeneret Mikrokrystallinsk silicium solceller ved Transfer Printing

One of the potential applications of metal nanostructures is light trapping in solar cells, where unique optical properties of nanosized metals, commonly ...

Fabrication of 1-D Photonic Crystal Cavity on a Nanofiber Using Femtosecond Laser-induced Ablation

Fabrikation af 1-D Photonic Crystal Cavity på en Nanofiber Brug Femtosekund Laser-induceret Ablation

We present a protocol for fabricating 1-D Photonic Crystal (PhC) cavities on subwavelength-diameter tapered optical fibers, optical nanofibers, using ...

Orientational Transition in a Liquid Crystal Triggered by the Thermodynamic Growth of Interfacial Wetting Sheets

Orienterende overgang i en flydende krystal udløst af den termodynamiske vækst af grænseflader

In liquid crystal (LC) physical chemistry, molecules near the surface play a great role in controlling bulk orientation. Thus far, mainly to achieve ...

Preparation of Large-area Vertical 2D Crystal Hetero-structures Through the Sulfurization of Transition Metal Films for Device Fabrication

Forberedelse af store område lodret 2D Crystal Hetero-strukturer for gennem Sulfurization af overgangen Metal film for enheden fabrikation

We have demonstrated that through the sulfurization of transition metal films such as molybdenum (Mo) and tungsten (W), large-area and uniform transition ...

Synchrotron X-ray Microdiffraction and Fluorescence Imaging of Mineral and Rock Samples

Synkrotron X-ray Microdiffraction og fluorescens billeddannelse af mineralsk og Rock prøver

In this report, we describe a detailed procedure for acquiring and processing&#160;x-ray microfluorescence (&#956;XRF), and Laue and powder ...

Quantitative Analysis of Vacuum Induction Melting by Laser-induced Breakdown Spectroscopy

Kvantitativ analyse af vakuum induktion smeltning af Laser induceret nedbrydnings spektroskopi

Vacuum induction melting is a popular method for refining high purity metal and alloys. Traditionally, standard process control in metallurgy involves ...

Preparation of Graphene Liquid Cells for the Observation of Lithium-ion Battery Material

Forberedelse af Graphene væske celler til iagttagelse af Lithium-ion batteri materiale

In this work, we introduce the preparation of graphene liquid cells (GLCs), encapsulating both electrode materials and organic liquid electrolytes between ...