Fotopolymerisationsudløst molekylær bevægelse til fleksibelt flydende krystaldisplay

Med nuværende 2D-teknikker, man bestråler typisk en flydende krystalfilm, der indeholder tilføjede fotoresponsive farvestofmolekyler, med ensartet polariseret lys. Dette styrer netto-flydende krystaljusteringen via interaktionen mellem farvestofdipolen og lysets polarisationsakse. Ulempen med disse systemer er behovet for at tilføje stærke farvestoffer, som kan misfarve eller forringe optiske og stabilitetsegenskaber. Dermed, en farvefri metode er meget ønsket i ingeniørindustrien.

I øjeblikket, kun to tilgange til farvestoffri metoder er blevet undersøgt. Den første er en to-trins tilpasningsmetode, hvor de flydende krystalmaterialer er coatet over et meget tyndt farvestofholdigt fotojusteringslag og derefter justeret eller fikseret ved polymerisation. Selvom denne metode har vist sig meget vellykket til at opnå stimuli-responsive 2D-justerede flydende krystaller og elastomerer brugt i fotonik, høst af solenergi, mikrofluidik, og bløde robotter, det er dyrt og tidskrævende. Skabelsen af ​​en film med mikroskopiske arrays af mikrojusteringsmønstre kræver præcis og dynamisk kontrol af den polariserede retning af indfaldende lys i hver pixel, så denne metode er uegnet til at justere mønstre på nanoskalaen over store områder.

Den anden tilgang til udviklingen af ​​et farvestoffrit system bruger overfladetopografi til at overvinde begrænsningerne ved konventionel fotojustering. I denne metode, de flydende krystaller er justeret over en overfladetopografiskabelon gennem litografi, nanoimprinting, eller inkjet-teknikker blandt andre. Mens denne metode giver mulighed for 2D mikromønster af molekylær justering, det kræver stadig flertrinsbehandling, gør det dyrt og tidskrævende. På grund af overfladeruheden fra de topografiske skabeloner, denne metode viser sig at være vanskelig ved fremstilling af tynde film.

En forskergruppe ledet af Atsushi Shishido ved Tokyo Tech har rapporteret udviklingen af ​​en ny metode til scanning af bølgefotopolymerisering, der udnytter rumlig og tidsmæssig scanning af fokuseret styret lys. Efterhånden som polymerisationsreaktionen skrider frem, et masseflow i filmen udløses, og dette resulterer i justering af de flydende krystaller med de indfaldende lysmønstre. Den ønskede justering opnås gennem et enkelt trin ved lysudløst massestrøm.

Denne nye metode genererer vilkårlige tilpasningsmønstre med fin kontrol over større områder i en lang række flydende krystalmaterialer uden behov for stærke farvestoffer eller yderligere behandlingstrin, noget, som tidligere metoder ikke var i stand til at opnå. Denne metode har den yderligere fordel ved ubegrænset kompleksitet i 2D-mønstre, der ville, i princippet, kun være begrænset af lysdiffraktionsgrænserne.

Dette nye koncept for scanningsbølge-fotopolymerisation er i øjeblikket begrænset til fotopolymeriserbare flydende krystalsystemer med en tykkelse på under ti mikrometer. Imidlertid, yderligere undersøgelse kan udvide materialesystemer, der kan bruges, såsom nanorods, nanocarboner, og proteiner. Scanningsbølge-fotopolymerisering kan let indføres i eksisterende fotoproduktionsfaciliteter, giver store økonomiske fordele. Forskerne ved Tokyo Institute of Technology ser denne metode som en kraftfuld vej til simpel skabelse af højfunktionelle organiske materialer med vilkårlige, fine molekylære tilpasningsmønstre på nanoskalaen over store områder.