光活性ポリマーフィルムで波を作る

外部刺激に応じて形状を適応させる振動材料は、医学とロボット工学における新たな用途にとって興味深いものです。たとえば、液晶ネットワークは、光への応答を含め、さまざまな幾何学で刺激によって誘発される変形を受けるようにプログラムできます。アゾベンゼン分子は、しばしば液結晶ポリマー膜に組み込まれ、それらを光検査を行うようにします。ただし、ほとんどの場合、これらのフィルムの曲げ応答のみが研究されており、光感染後のリラクゼーションはかなり遅いです。コアを変更したり、置換基をアゾベンゼン部分に追加すると、光物理的および光化学的特性の顕著な変化につながり、複数の光源、レンズ、または鏡を含む複雑なセットアップの使用を回避する機会を提供します。ここでは、アゾベンゼン誘導体を高速CIからトランスへの熱弛緩を液体結晶ネットワークに組み込むことにより、一定の光照明下で連続的で方向性の、巨視的な機械的波を示す光活性ポリマーフィルムを生成します。シャドウイング。理論モデルと数値シミュレーションを使用して波生成のメカニズムを説明します。これは、実験との良好な定性的な一致を示しています。また、光駆動型の移動や自己洗浄表面における光活性フィルムの潜在的な応用を実証し、光メカニカルエネルギー採取や小型化された輸送などのフィールドでのさらなる応用を予測します。

Oscillating materials that adapt their shapes in response to external stimuli are of interest for emerging applications in medicine and robotics. For example, liquid-crystal networks can be programmed to undergo stimulus-induced deformations in various geometries, including in response to light. Azobenzene molecules are often incorporated into liquid-crystal polymer films to make them photoresponsive; however, in most cases only the bending responses of these films have been studied, and relaxation after photo-isomerization is rather slow. Modifying the core or adding substituents to the azobenzene moiety can lead to marked changes in photophysical and photochemical properties, providing an opportunity to circumvent the use of a complex set-up that involves multiple light sources, lenses or mirrors. Here, by incorporating azobenzene derivatives with fast cis-to-trans thermal relaxation into liquid-crystal networks, we generate photoactive polymer films that exhibit continuous, directional, macroscopic mechanical waves under constant light illumination, with a feedback loop that is driven by self-shadowing. We explain the mechanism of wave generation using a theoretical model and numerical simulations, which show good qualitative agreement with our experiments. We also demonstrate the potential application of our photoactive films in light-driven locomotion and self-cleaning surfaces, and anticipate further applications in fields such as photomechanical energy harvesting and miniaturized transport.