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 arbeidet ble økonomisk støttet av Nederland organisasjonen for vitenskapelig forskning (NWO - topp PUNT Grant: 10018944) og europeiske forskningsråd (vibrere ERC, Grant 669991). A. H. G. anerkjenner støtte fra folk Program (Marie Curie handlinger) av EUs syvende rammeverk Program FP7-2013, Grant nr. 607602.

Merk: generelle prosedyren er beskrevet i figur 1.
 1. forberedelse av celler <ol><li>rengjøring av glassplater <ol><li>Rengjør 3 cm x 3 cm glassplater bruker såpe og varmt vann for å fjerne forurensing ( figur 1A).</li>
		<li>Plasserer glassplater i et beaker og dekk med etanol 99,5% ( figur 1B).</li>
		<li>Sted begeret i ultralydbad i ca 10 min.</li>
		<li>Nøye tørke glassplater vev og blåst luft.</li>
		<li>Kontroller at det er ingen spor av løsemiddel, støv, eller alle typer forurensning igjen på platene. 
		Merk: Glassplater er nå rent og skal manipuleres med hansker.</li>
		<li>Sette glassplater i en UV-ozon photoreactor etter 20 min for å fjerne organiske rester. Etter ozon behandling, platene er klar for belegg trinn ( figur 1 c).</li>
	</ol></li> <li>Belegg av glassplater Merk: to sett med belagt plater er forberedt: ett sett med et plan justering lag og den andre med en homeotropic-justering. I en senere fase, vil cellen bestå av en plan glassplate og en homeotropic glassplate ( figur 1 d).
	<ol><li>Air blåse en glassplate og plassere den på spin coater.</li>
		<li>Innskudd polyimid (pi) løsningen på glassplaten å dekke hele overflaten (ca 0,5 mL løsning).</li>
		<li>Snurr pels justering laget etter følgende: Program 1: 5 s 17 x g og akselerasjon av 11 x g/s; Program 2:40 s på 420 x g og akselerasjon av 17 x g/s.</li>
	</ol></li> <li>Curing av justering lag <ol><li>sette tonet glass platene i en varm plate på 110 ° C i 10 min for å fjerne fleste løsemiddel i justering lag blandingen ( figur 1E).</li>
		<li>Merke glassplater (på ikke-belagt side) med karakteristiske tegn til å gjenkjenne homeotropic og de planar justering lag. En liten pil er vanligvis nyttig for planar glassplaten siden det indikerer også rubbing retning beskrevet på et senere stadium ( figur 1F).</li>
		<li>Når alle glassplater er belagt og løsemiddelet fjernes, plassere glassplater i en ovn ved 180 ° C i 1 time å kurere polyimid (pi) laget ( figur 1G). 
		Advarsel: Dette trinnet involverer varme temperaturer; bruke hansker, briller og riktig personlig verneutstyr.</li>
		<li>Etter bakervarer i glassplater, la dem avkjøles til romtemperatur. 
		Merk: For å forhindre enhver kontaminering mellom hvert trinn, er det anbefalt å plassere en beskyttende folie over glassplater.</li>
	</ol></li> <li>Gni ut justering laget <ol><li>gni glass platene belagt med planar justering laget for å opprette (sub) microchannels i laget som vil lede LC i én retning. For å gjøre så, plassere glassplater med belegg side nedover på en fløyel klut. Bruk en jevn og myk trykk med to fingre. Nøye dra glassplaten langs overflaten av fløyel klut i en rett retning. Løft glassplaten og gjentar den samme operasjonen tre ganger ( figur 1 H). 
		Merk: Det er avgjørende å gni platen én retning og bare fremover. Gå frem og tilbake i en rett retning vil resultere i en dårlig justering.</li>
	</ol></li> <li>Lime cellene <ol><li>Air blåse glassplater bruker den luft blåseren.</li>
		<li>Forberede limet ved å blande en UV-herding lim med avstandsstykker (glassperler) å ha en veldefinert diameter på 20 µm.</li>
		<li>Ta en glassplate belagt med et plan justering lag og en glassplate belagt med et homeotropic justering lag. Plass to små dråper lim på to tilstøtende hjørner planar glasset. Deretter sted to andre dråper lim på cirka 5 mm fra de to siste hjørnene ( figur 1I).</li>
		<li>Ta homeotropic glassplaten og plassere den på toppen. La et gap på ca 4 mm mellom kantene av glassplater å gi nok plass for LC blandingen. Kontroller at belagt sider står overfor hverandre.</li>
		<li>Kurere limet ved å plassere cellen for 2 min under UV lys. 
		FORSIKTIG: UV lys er farlig; bruke hansker, briller og riktig personlig verneutstyr.</li>
	</ol></li></ol> 2. LC blanding forberedelse og karakterisering <ol><li>komponenter <ol><li>veie 97.5 mg LC diacrylate 1, 2,5 mg av foto-stabilisator og 1 mg photoinitiator i en brun hetteglass ( figur 2). Grunn av sensitiviteten av initiatoren, hindre UV lyseksponering til blandingen best mulig.</li>
	</ol></li> <li>Homogen blanding av pulver Merk: dette trinnet utføres i en kjemisk hette.
	<ol><li>Legge 3 mL diklormetan (DCM) til de ovennevnte komponentene og rist til solid er fullstendig oppløst.</li>
		<li>Plasser ampullen på en varm plate på 30 ° C i 30 min og legge til en strøm av argon å fremme rask fordampning av DCM. 
		Merk: Det anbefales å plassere ampullen i vakuum fjerne gjenværende spor av DCM.</li>
	</ol></li> <li>Observasjon under polarisert optisk mikroskopet (POM) for fase overgang vilje <ol><li>Når blandingen er helt tørr, plassere en liten mengde (± 10 mg) mellom to glass og tallerkener belagt med planar justering laget. 
		Merk: For å karakterisere fasene riktig, er det anbefalt å bruke unrubbed planar glassplater.</li>
		<li>Sett lysbildene i en POM utstyrt med en varm scene. Varme opp cellen til bildet blir svart (med kryssende polarisatorer) indikerer isotropic fasen.</li>
		<li>Sakte kjøle ned kokeplate og Merk overgang temperaturen. For blandingen beskrevet ovenfor, isotropic nematic overgang er på 103 ° C og nematic smectic overgang skjer på 86 ° C ( figur 3A).</li>
	</ol></li></ol> 3. Film forberedelse <ol><li>fylle cellene ( figur 1J) <ol><li>sted cellen i en kokeplate med homeotropic side oppover. Still inntemperaturen 110 ° c (isotropic fase) å lette fylling av cellen fordi væsken er mindre tyktflytende enn i nematic fase.</li>
		<li>Plasser del av solid blandingen på kanten av cellen.</li>
		<li>Solid smelter og den flytende blandingen renner av capillarity i cellen. Legg mer blanding på kanten til cellen fylles.</li>
	</ol></li> <li>Kjøling nematic fase og polymerisasjon ( figur 1 K) <ol><li>når cellen er fylt, sakte kjøle den ned (5 ° C/min) til 90 ° C i nematic-fasen.</li>
		<li>Så snart filmen er på riktig temperatur, danner blandingen ved å plassere den under UV-lys på 90 ° C i 30 min. 
		FORSIKTIG: UV lys er farlig, det anbefales å utføre polymerisasjon i et beskyttet miljø.</li>
		<li>A etter bakervarer anbefales å sikre full polymerisasjon av nettverket. Plasser cellen på en varm plate på 130 ° C i ca 10 min og la den sakte avkjøles til romtemperatur.</li>
	</ol></li> <li>Åpning av celle- og skjæring av prøven <ol><li>vil åpne cellen, sette et barberblad på en kant og skyv den mellom de to glass og tallerkener. Cellen åpnes samtidig ( figur 1 L).</li>
		<li>å skrelle av filmen, løfte et lite hjørne med et barberblad. Eventuelt glassplaten kan plasseres i varmt vann for å lette fjerning av filmen ( figur 1 M).</li>
		<li>Fjern filmen fra vannet og forsiktig Skrell det.</li>
		<li>Kuttet en stripe langs molekylær direktør (gnidning retning siden plan) for filmen har følgende dimensjoner: 4 mm x 2,5 cm ( figur 1N).</li>
	</ol></li></ol> 4. Selv oscillation observasjon <ol><li>Oppsett i laboratoriet <ol><li>klemme prøven ved hjelp av en selvlukkende tweezer slik at 1,7 cm av filmen er fri til å bevege.</li>
		<li>Holde prøven vertikalt og direkte lys emitting diode (LED) stråle (400 mW/cm 2) vinkelrett i forhold til prøven. Lyset er vanligvis ca 20 cm fra utvalget. Lyset skal nå toppen av filmen, under tweezer ( Figur 4). Svingninger innhentet registreres med et høyhastighets kamera (150 rammer/s) og analysert med et bilde-behandlingsprogram.</li>
	</ol></li> <li>Oppsett med sollys <ol><li>fortsette som beskrevet ovenfor i trinn 4.1.1, men i stedet for LED-lys, fokusere sollys på filmen med en objektiv.</li>
	</ol></li> <li>Måling av termiske effekten <ol><li>måle temperaturen variasjonen i oscillerende utvalget med en termisk kamera 15 (40 bilder/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 noen interessekonflikt.

Resultatene som er beskrevet her er sammenlignbare med de tidligere studie15 på en LC diacrylate av 6 karbonatomer. Det viser at metoden å få oscillation kan brukes til filmer med ulike mekaniske egenskaper16.
Utarbeidelse av en foto-thermal forståelsesfull LCN rapporteres. Det er et par skritt beskrevet protokollen som er kritisk, som gnir planar justering lag og utarbeidelse av cellen. Faktisk suksessen til protokollen er avhengig av den høye kvaliteten LC splay justering, som begrenser også programmet til tynne filmer.
Mange eksempler på Foto-aktuatorer basert på LCNs som inneholder en stor mengde av foto-brytere har tidligere vært rapportert11,12,13,19. De viktigste fordelene av metoden utviklet her er begrenset antall dopants for å observere aktivering (&#60; 5 wt %) og bred valg av dopants tilgjengelig. 15 disse resultatene utvider utvalget av potensielle programmer. Videre er kraften i denne protokollen muligheten til å variere frekvensen og amplituden reservoarets ved å endre modulus av filmen med en annen matrix komposisjon, dimensjonene på stripen og lysintensiteten.
Denne metoden kan lett utvides for å utvikle et bredt spekter av LC materialer for automatiserte systemer. Protokollen beskrevet her baner vei til utvikling av ikke-likevekt systemer for myk-robotikk og automatisert.

Søket mot bærekraftig energi er et område av økende interesse svar til uttømming av fossil energi og klimaendringer. Metoder for å konvertere lys energi til mekanisk arbeid for tiden blir undersøkt, som solcellepanel generere elektrisitet, biomasse å produsere drivstoff, solar vann splitting for å produsere oksygen og hydrogen. Men krever alle disse prosessene av lys flere trinn før deres energiproduksjon kan kjøre maskiner som utfører arbeid. Selv om disse tilnærmingene tilbyr et stort panel programmer, krever de produksjon, lagring og transport av mellomprodukter (f.eks, elektriske potensial, kjemiske brensel). Derfor presentere enheter kjøpedyktig konvertere direkte sollys i makroskopisk bevegelse fordelene forenkling.
I de siste tiårene, har mange eksempler på Foto-aktuatorer utviklet der polymerer endre figuren ved bestråling1,2,3. Men det store flertallet av disse eksemplene krever kontinuerlig aktivering å skru lyset på/av bytte fra én tilstand til en annen. Så langt er bare et begrenset antall Foto-responsive materialer arbeider ut-av-balanse beskrevet4,5,6,7. Systemer basert på flytende nettverk (LCNs)8,9,10,11,12,13 er også undersøkt på grunn av sine iboende anisotropy som tillater preprogramming deformasjon i en kontrollert måte14. Det ble nylig rapportert at Foto-termiske effekten indusert av magnetisering av foto-stabilisatorer i LCN kan generere oscillasjon bevegelse15.
Her beskrives metoden å lage LCN filmer som mekanisk svinge under kontinuerlig lys bestråling. Oppfatning av filmene er detaljert fra utarbeidelse av cellene karakterisering og polymerisasjon av LC blandinger. Foto-aktivering LCN filmer og analyse av bevegelse er også rapportert. LCNs er dopet med molekyler som kan raskt spre lys til varme i nettverket, som induserer Anisotrop termisk ekspansjon og påfølgende makroskopisk deformasjon av filmen. Et samspill mellom selvbildet skygging, temperaturen variasjonen og sammentrekning/forlengelse av materialet gir opphav til oscillasjon bevegelse15. Presis stilling, inkludert retningen på lyset og prøve å oppnå denne effekten er uthevet i protokollen. Oscillation er preget av sin frekvens og kontrolleres av egenskapene til LCN. Vi vet er dette den første beskrivelsen av en metode for etableringen av LCN filmer som selv kan svinge, av en enkel mekanisme som arbeider med en rekke dopants.

<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 basert på dopet flytende krystallinsk nettverk er beskrevet for å opprette mekanisk selvbilde vedvarende oscillerende plastfolie under kontinuerlig lys bestråling. Foto-magnetisering av dopants som kan raskt spre lys til varme, kombinert med Anisotrop termisk ekspansjon og selv skygge av filmen, gir opphav til selv vedvarende deformasjon. Svingninger observert påvirkes av dimensjonene og modulus av filmen, og av retningen og lysintensiteten. Systemet utviklet tilbyr programmer i energi konvertering og høsting for myk-roboter og automatiske systemer.
Generelle metoden beskrevet her består av å lage frittstående flytende krystallinsk filmer og karakterisere mekanisk og termisk effektene observert. Molekylær justeringen oppnås bruke justering lag (gned polyimid (pi)), vanligvis brukes i visningen industrien. For å få aktuatorer med stor deformasjon, mesogens justeres og polymerized i spriker/bøy konfigurasjon, dvsmed direktør for flytende krystaller (LCs) går gradvis fra plan til homeotropic gjennom filmen tykkelsen. Ved bestråling overvåkes mekanisk og termisk svingninger innhentet med et høyhastighets kamera. Resultatene er ytterligere kvantifisert ved bildeanalyser bildebehandlings program.

Suksessen av protokollen er observasjon av filmen i lys bestråling oscillasjon bevegelse. Ingen villedende resultatet kan sees svingninger er stor. Videre svingninger er stabile over tid (tidsskala timer) og lite tretthet ble observert.
Blant annet er kvaliteten på splay justeringen av betydning for gjennomføring av selvbilde vedvarende aktivering (figur 5A). Forløpningen i molekylær retning gjennom tykkelsen av filmen induserer en sammentrekning/ekspansjon i planar/homeotropic sidene av filmen ved aktivering16,17,18. Dette asymmetrisk svaret forbedrer makroskopisk bevegelse. Svikt av eksperimentet (fravær bøying, liten deformasjon eller odde bøying) kan forklares med en dårlig LC-justering. Først skal filmen være gjennomsiktig. (Figur 5B).  For å bekrefte riktig splay justeringen i et enkelt trinn, er filmen knyttet til glass underlaget observert mellom krysset polarisatorer over diffust hvit lyskilde (figur 5C-E). Ved å rotere filmen mellom tvers polarisatorer fra 0 til 45° i xy flyet, bør filmen kraftig endre lysstyrke. Ved svingbare filmen av flyet rundt molekylær direktør, bør filmen endre farge fra svart (på fly) til hvitt (av flyet) mens du ser fra toppen. Lignende bekreftelse trinnene kan gjøres før polymerisasjon ved å observere cellen gjennom en polarisator på kokeplate dekket med en aluminiumsfolie. Videre, når filmen er kuttet i strimler, det presenterer en naturlig krumning med midten av kurven i den homeotropic siden. Dette skyldes det gjenværende stresset fra polymerisasjon ved en høy temperatur, der utvidelser av de to sidene av filmen har motsatt tegn (figur 6A). I tilfelle justeringen ikke er vellykket, bør metoden å forberede polyimid (pi) lagene vurderes på nytt. Produksjon av disse cellene er avgjørende å få godt justert filmer. Det viktigste trinnet er gni: for sterkt presset på platen vil fjerne delvis av polyimid (pi) lag og resultere i et svært dårlig kommandoen Lag for justering. Ved romtemperatur er filmen tilstanden glass (figur 3B). Hvis filmen er myk og/eller tacky, betyr det at polymerisasjon ikke er fullført, sannsynligvis fordi bestråling tiden er for kort eller initiativtaker er degradert. Blanding av LC-mesogens bør være homogene og tørr før fylling av cellen, fordi tilstedeværelsen av løsemiddel kan p├Ñvirker fase LC blandingen. LC blandingen skal justeres før polymerisasjon. Forholdsregler bør tas for å unngå termisk polymerisasjon under prosessen av justering ved å gå gjennom trinnene raskt og ikke varme prøven over 130 ° C for en lengre tid. Fylle cellen rett ovenfor clearing punktet er tilstrekkelig (110 ° C).
Mekanisk og termisk svingninger registrert av høyhastighets kameraet bekreftet suksessen av presentert protokollen (figur 7; Video 1). Når filmen er festet på den ene enden, unbends forlater 1,7 cm gratis flytte og bestrålt på siden plan med fokusert lys, det mot flat staten i retning av lyset (figur 6B). Hengslet ligger ved fokuspunktet lyset (Figur 4). Filmen skal gå jevnt, vinkelrett på klemmefestet og ikke på siden. Da begynner filmen å flytte kontinuerlig med svingninger av frekvens 7,6 Hz ± 5% og amplitude 30 ° ± 10% for en film av dimensjoner 1,7 cm x 0,4 cm x 20 µm. Termisk svingninger målt med termisk kameraet stede samme frekvens (7,4 Hz ± 5%), en liten fase forsinkelsen skyldes treghet av filmen. Denne frekvensen f styres av dimensjonene og modulus av filmen15. Amplituden til svingninger varierer med lysintensiteten og påvirkes av oppsettet, og spesielt, plasseringen av fokuspunktet lyset på prøven. Mekanismen for oscillation er som følger: 1) krøllet filmen er bestrålt med fokusert lys, dopant absorberer lys og konverterer den til varme, filmen varmer opp på dens hengsel og unbends i retning forhåndsdefinerte ved LC justering; 2) spissen skygger hengsel på filmen, som induserer en nedgang på sin temperatur og dens påfølgende ubøyelig av avslapning; 3) hengselet er igjen under bestråling, varmer opp filmen bøyer15. Repetisjon av følgende påfølgende gir opphav til svingninger. De viktigste faktorene i å observere dette fenomenet er Foto-termiske effekten og selvbildet skygging av filmen, kontrollert av intensiteten og plasseringen av fokusert lys (Figur 4). For eksempel, vil en litt skråstilt lampe indusere en komplett curling av utvalget. Videre, lavt på en lysintensiteten ikke gi stor bøyd fordi temperaturen hengselet er utilstrekkelig, mens for høy til lav intensitet på hengsel vil indusere overshooting (figur 6C, 180 ° bøying av filmen). En annen forutsetning for suksessen av eksperimentet er å plassere oppsettet i et miljø som er beskyttet mot vinden å unngå forstyrrelsene.
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56266/56266fig1.jpg"> 
Figur 1. Generelle prosedyren for å få spriker justert LCN i 14 trinn (fra A-N). Trinn A-C: rengjøring av glassplater; trinn D-G: belegg av glassplater opprette plan eller homeotropic justering lag. trinn H: gni av glass platene med en velvet klut; trinn jeg: lime platene for å danne cellen. trinn J: fylle cellen med LC blandingen og justering i nematic fase; trinn K: Foto-polymerizing under UV-lys; trinn L-N: åpning av cellen og kutte av filmen å få en stripe. <a href="//ecsource.jove.com/files/ftp_upload/56266/56266fig1large.jpg" target="_blank">Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.</a>
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56266/56266fig2.jpg"> 
Figur 2. Kjemiske strukturer av komponentene som brukes. <a href="//ecsource.jove.com/files/ftp_upload/56266/56266fig2large.jpg" target="_blank">Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.</a>
<img alt="Figure 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56266/56266fig3.jpg"> 
Figur 3. Termisk karakterisering av Monomer blandingen og Polymer Film. En) differensial skanning calorimetry (DSC) av blandingen før polymerisasjon å finne fase overgangene. Insets: POM bilder, skala barer: 100 µm. B) dynamisk mekanisk termisk analyse (DMTA) måling av polymere filmen. <a href="//ecsource.jove.com/files/ftp_upload/56266/56266fig3large.jpg" target="_blank">Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.</a>
<img alt="Figure 4" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56266/56266fig4.jpg"> 
Figur 4. Bilde av oppsettet viser LED på venstre Side, og oscillerende filmen festet til Tweezer foran lyset. Rammemargen viser skjematisk representasjon av bended filmen og lokaliserte lys belysning. Det røde området tilsvarer varm hengselet nevnt i teksten. <a href="//ecsource.jove.com/files/ftp_upload/56266/56266fig4large.jpg" target="_blank">Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.</a>
<img alt="Figure 5" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56266/56266fig5.jpg"> 
Figur 5. A) skjematisk fremstilling av splay justeringen. B) bilde av glass cellen foran TU/e logoen viser åpenhet og fraværet av fargen av filmen. Pilen viser gni mot planar glassplaten. C - E) bilder av filmen tatt mellom krysset polarisatorer viser egenskapene til splay justeringen (Bilde D: rotasjon på 45 ° i XY flyet, Bildet E: pivotering av xy flyet). Molekylær direktør for justering angis av den røde pilen. Skala bar: 1 cm. <a href="//ecsource.jove.com/files/ftp_upload/56266/56266fig5large.jpg" target="_blank">Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.</a>
<img alt="Figure 6" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56266/56266fig6.jpg"> 
Figur 6. A) bilde av filmen festet en TWEEZER viser en naturlig krumning med midten av kurven på homeotropic side. B) bilde av filmen kommer til en flat tilstand på Foto-bestråling (365 nm, 0.52 W/cm2). C) bilde av en film bestrålt med for høy til lav intensitet viser en bøyd på 180 °. <a href="//ecsource.jove.com/files/ftp_upload/56266/56266fig6large.jpg" target="_blank">Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.</a>
<img alt="Figure 7" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56266/56266fig7.jpg"> 
Figur 7. Mekanisk svingninger av tuppen på filmen Over tid under bestråling med UV lys (LED 365 nm, 0.52 W/cm2). Insets: Skjermbilder av bevegelige filmen spilte med høyhastighets kameraet. Filmen geometrien er 1,7 cm (lengde) x 0,4 cm (bredde) x 20 µm (tykk). <a href="//ecsource.jove.com/files/ftp_upload/56266/56266fig7large.jpg" target="_blank">Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.</a>
<img alt="Figure 8" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56266/56266fig8.jpg"> 
Figur 8. Termisk oscillerende eksponert område (hengsel) Over tid under bestråling med UV lys (LED 365 nm, 0.52 W/cm2). Insets: Skjermbilder av oscillerende filmen med temperatur profilen registrert med termisk kameraet viser endringene av temperatur på hengslet. Filmen geometrien er 1,7 cm (lengde) x 0,4 cm (bredde) x 20 µm (tykk). <a href="//ecsource.jove.com/files/ftp_upload/56266/56266fig8large.jpg" target="_blank">Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.</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 å skape væske krystallinsk polymer filmer som kan mekanisk svinge under kontinuerlig lys bestråling. Vi beskriver i stor detalj oppfatning av frittstående filmer, fra metoden krystall justering til Foto-aktivering. Eksperimentell protokollen brukes for å forberede dette materialet er bredt aktuelt.

Utarbeidelse av flytende krystall nettverk for makroskopisk oscillasjon bevegelse av 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

Fabrikasjon og karakterisering av fotoniske krystaller bremse lys Waveguides og hulrom

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 området Modifisering av Silicon Surface fuktbarhet av Pulsed UV Laser bestråling i flytende 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

Synlig lys indusert reduksjon i Graphene Oxide Bruke Plasmonic Nanopartikkel

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

Integrering av Lys Overlappings sølv nanostrukturer i hydrogenert mikrokrystallinsk silisium 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

Fabrikasjon av 1-D fotoniske krystaller hulrom på en nanofiber Bruke femtosecond laser-indusert ablasjon

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

Orienteringsovergang i en flytende krystall utløst av den termodynamiske veksten av grensesnittet

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

Utarbeidelse av store området loddrett 2D Crystal Hetero-strukturer gjennom Sulfurization transisjonsmetall filmer apparat fabrikasjon

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

Synchrotron X-ray Microdiffraction og fluorescens avbildning av Mineral 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 av vakuum induksjon smelting av laser-indusert Breakdown 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

Utarbeidelse av Graphene væske celler for observasjon av litium-ion batteri materiale

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