University of Groningen
Light switchable surface topographies
Liu, Ling
IMPORTANT NOTE: You are advised to consult the publisher's version (publisher's PDF) if you wish to cite from it. Please check the document version below.
Document Version
Publisher's PDF, also known as Version of record
Publication date: 2018
Link to publication in University of Groningen/UMCG research database
Citation for published version (APA):
Liu, L. (2018). Light switchable surface topographies: Modelling and design of photo responsive topographical changes of liquid crystal polymer films. Rijksuniversiteit Groningen.
Copyright
Other than for strictly personal use, it is not permitted to download or to forward/distribute the text or part of it without the consent of the author(s) and/or copyright holder(s), unless the work is under an open content license (like Creative Commons).
Take-down policy
If you believe that this document breaches copyright please contact us providing details, and we will remove access to the work immediately and investigate your claim.
Downloaded from the University of Groningen/UMCG research database (Pure): http://www.rug.nl/research/portal. For technical reasons the number of authors shown on this cover page is limited to 10 maximum.
Samenvatting 151
Samenvatting
Planten en dieren hebben speciale topografische structuren om bepaalde fysiologische taken te kunnen uitvoeren en om te interacteren met de veranderende omgeving. Een recente trend in de wetenschap heeft als doel een nieuwe generatie materialen en apparaten te ontwikkelen die de specifieke structuren van het leven nabootsen, om een functionaliteit te bereiken die eerder voor onmogelijk werd gehouden met bestaande materialen. Dit proefschrift en bestudeert bio-geïnspireerde structuren en biomimetische toepassingen.
In dit proefschrift is een computationeel onderzoek uitgevoerd om een systematis-che analyse van topografissystematis-che transformaties van lichtgevoelige polymeerfilms te on-twikkelen, waarbij licht-gestuurde oppervlakteschakeling en ruwheidsvorming worden verkregen op basis van azobenzeen-gemodificeerde vloeibaar kristal (“LC” in Engels) polymeren. De computationele / theoretische verkenning is gericht op
(1) het vinden van de onderliggende mechanistische oorsprong van morfologische veranderingen wanneer vloeibare kristalnetwerken die azobenzeenchromoforen bevat-ten worden belicht;
(2) de output van de ontwikkelde oppervlakteschakelsystemen verbeteren door op-timalisatie van de microstructurele en fysisch-chemische parameters;
(3) het rekenkundig ontwerpen van nieuwe fotoschakelbare systemen voor gea-vanceerde functionele toepassingen.
Om de hierboven genoemde doelen te bereiken, begint dit proefschrift met de for-mulering van een numeriek model om de interactie tussen lichtbronnen en de vloeibare kristalpolymeren en de oorsprong van oppervlakteschakeling op te helderen (hoofdstuk 2). Het licht binnen het vloeibaar-kristalmedium wordt verzwakt, omdat het wordt geabsorbeerd door de azobenzeenmoleculen, waarbij deze overgaan van de natuur-lijke trans-toestand naar de meta-stabiele cis-toestand. Het isomerisatieproces van het azobenzeen verstoort de structuur van de naburige LC-moleculen en induceert
152 Samenvatting
een anisotrope vervorming van het vloeibaar-kristalnetwerk. Door een niet-uniforme moleculaire uitlijningsverdeling te genereren, wordt een gegolfd oppervlak gevormd na lichtactivering. Hoofdstuk 2 behandelt drie klassen films met een complexe mole-culaire verdeling en verifieert het rekenmodel door aan te tonen dat de voorspelde oppervlaktetexturen in goede overeenstemming zijn met experimentele observatie.
Op basis van het experimenteel geverifieerde model dat in hoofdstuk 2 is ontwikkeld, bevat hoofdstuk 3 een computationele ontwerp studie van bewegende oppervlaktegol-ven op LC-films met een speciale director-verdeling in het vlak. De voortbewegende golven worden gegenereerd door middel van een lichtbron met een roterende polar-isatievector, die selectief verschillende gebieden aanslaat en een reeks bewegende gol-ven genereert. De golfamplitude, golfsnelheid en golfrichting kunnen worden bepaald door de lichtintensiteit, rotatiesnelheid en rotatierichting van de gepolariseerde licht-bron, wat leidt tot een bestuurbaar licht-schakelbaar systeem.
Om de prestaties van het oppervlakteschakelen te verbeteren en te optimaliseren, worden twee methoden onderzocht in hoofdstuk 4 en 5 van dit proefschrift. Hoofdstuk 4 stelt een aanpak voor om fotopolymerisatie-geïnduceerde diffusie te gebruiken om materiaalsamenstellingsgradiënten (in termen van LC-mesogenen en azobenzenen) te creëren in de LC-films. Dit wordt bereikt door polymerisatie-initiatielicht te gebruiken dat enigszins kan worden geabsorbeerd door de azobenzeenmoleculen. Een niet-uniform intensiteitsveld van het polymerisatielicht initieert een verschil in de poly-merisatiesnelheid, wat uiteindelijk resulteert in diffusie van mesogenen van vloeibare kristallen en azobenzeenmoleculen. De resulterende opto-mechanische eigenschap-gradiënt kan worden bepaald door middel van de golflengte van licht, het belich-tingspatroon, de polymerisatietijd en de selectie van LC-mesogenen en azobenzeen. Er wordt aangetoond dat de methode in staat is om de hoogteveranderingen van het oppervlak te verbeteren en oppervlaktetexturen te verfijnen.
Als tweede methode bevat hoofdstuk 5 een onderzoek naar de interactie tussen licht, azobenzeen en het LC-polymeernetwerk, gericht op het verklaren van een verrassende versterking van de actuatie-respons van de LC-netwerken, wanneer ze worden belicht met ultraviolet licht en een keine toevoeging van zichtbaar licht. Hoofdstuk 5 bevat een nieuwe theoretische formulering, die de totale respons ontbindt in een deel afkom-stig van de accumulatie van cis-azobenzeen en het ordeverlies van het LC-netwerk, en een tweede deel afkomstig van de dynamiek van azobenzeenmoleculen die cyclisch trans-naar-cis-naar-trans-isomerisatiegedrag vertonen. Deze nieuwe formulering on-thult het belang van het activeren van de azobenzeendynamica en de coöperatieve bewegingen van azobenzeen en omliggende polymeernetwerk..
Samenvattend: in dit proefschrift is een computationeel raamwerk ontwikkeld dat in staat is om het oppervlakteschakelgedrag van azobenzeen-gemodificeerde vloeibare-kristallen-glasachtige-polymeerfilms te voorspellen, en dat gebruikt kan worden als een richtlijn om de prestatie te verbeteren en te optimaliseren. Het onderliggende opto-mechanische mechanisme van de door licht getriggerde respons van LC-netwerken is verder opgehelderd. Deze inzichten kunnen worden gebruikt voor het ontwer-pen van nieuwe coatings met complexe director-patronen en opto-mechanische eigen-schapsverdelingen, om in de toekomst unieke, stimuli-responsieve oppervlaktetexturen te genereren voor toepassingen op het gebied van ’wetting control’, ’haptics’ en ’soft-robotics’.
