Kombineret mikroskopiteknik observerer nanoskala opførsel af lysdrevne polymerer

At udvide vores videnskabelige forståelse handler ofte om at se så tæt som muligt på, hvad der sker. Nu har forskere fra Japan observeret azo-polymerfilms opførsel i nanoskala, mens de udløses med laserlys.

I en undersøgelse offentliggjort i sidste måned i Nano Letters forskerne fra Osaka University brugte tip-scan high-speed atomic force microscopy (HS-AFM) kombineret med et optisk mikroskop til at skabe film, efterhånden som polymerfilmene ændrede sig.

Azo-polymerer er fotoaktive materialer, hvilket betyder, at de undergår ændringer, når lyset skinner på dem. Specifikt ændrer lys deres kemiske struktur, hvilket ændrer filmens overflade. Dette gør dem interessante til applikationer såsom optisk datalagring og lysudløst bevægelse.

At være i stand til at starte disse ændringer med et fokuseret laserlys, mens der tages billeder, er kendt som in situ-måling.

"Det er sædvanligt at undersøge ændringer i polymerfilm ved at udsætte dem for en behandling, såsom bestråling med lys, og derefter foretage målinger eller observationer bagefter. Dette giver dog begrænset information," forklarer studielederforfatter Keishi Yang. "Ved at bruge en HS-AFM-opsætning inklusive et inverteret optisk mikroskop med en laser, kunne vi udløse ændringer i azo-polymerfilm, mens vi observerede dem i realtid med høj spatiotemporal opløsning."

HS-AFM-målingerne var i stand til at spore de dynamiske ændringer i overfladerne af polymerfilmene i film med to billeder i sekundet. Det blev også fundet, at retningen af ​​det anvendte polariserede lys havde en indflydelse på det endelige overflademønster.

Yderligere undersøgelser ved hjælp af in situ-tilgangen forventes at føre til en grundig forståelse af mekanismen for lysdrevet azo-polymer deformation, hvilket gør det muligt at maksimere disse materialers potentiale.

"Vi har demonstreret vores teknik til at observere polymerfilmdeformation," siger seniorforfatter Takayuki Umakoshi. "Men ved at gøre det har vi vist potentialet i at kombinere tip-scan HS-AFM og en laserkilde til brug på tværs af materialevidenskab og fysisk kemi."

Materialer og processer, der reagerer på lys, er vigtige inden for en lang række områder inden for kemi og biologi, herunder sansning, billeddannelse og nanomedicin. In situ-teknikken giver mulighed for at uddybe forståelsen og maksimere potentialet og forventes derfor at blive anvendt på forskellige optiske enheder.

Flere oplysninger: Keishi Yang et al., In situ realtidsobservation af fotoinducerede azo-polymerbevægelser i nanoskala ved hjælp af højhastigheds atomkraftmikroskopi kombineret med et omvendt optisk mikroskop, nanobogstaver (2024). DOI:10.1021/acs.nanolett.3c04877

Leveret af Osaka University