Przejdź do treści

Planar and Homeotropic Liquid Crystal Alignment on 3D-Nanoprinted Layers and Microstructures

Precyzyjna kontrola orientacji ciekłych kryształów jest kluczowa dla większości zastosowań wykorzystujących ciekłe kryształy i jest zazwyczaj realizowana za pomocą warstw orientujących, które wymuszają uporządkowanie molekularne poprzez topografię powierzchni lub oddziaływania chemiczne. Chociaż technika nanodruku 3D oparta na zjawisku polimeryzacji dwufotonowej (2PP-based direct laser writing, DLW) była wcześniej badana pod kątem wytwarzania takich warstw, dotychczasowe prace koncentrowały się głównie na płaskich powierzchniach przeznaczonych do wzorowanej orientacji planarnej (patterned planar alignment), w których orientacja ciekłego kryształu jest determinowana przez topografię powierzchni. W konsekwencji jedna z kluczowych zalet tej techniki, czyli możliwość wytwarzania dowolnych trójwymiarowych geometrii z precyzją w skali nanometrów, pozostawała w dużej mierze nieprzebadana w kontekście orientacji ciekłych kryształów. W niniejszej pracy badano technikę nanodruku 3D opartą na 2PP jako wszechstronną platformę do kontroli orientacji ciekłych kryształów poprzez łączne wykorzystanie topografii powierzchni, chemii materiałowej oraz geometrii trójwymiarowej. W pierwszej kolejności zademonstrowano wzorowaną orientację planarno-homeotropową (patterned planar-homeotropic alignment) na pojedynczym podłożu poprzez integrację topograficznych i chemicznych mechanizmów orientacji. Następnie koncepcję orientacji rozszerzono poza powierzchnie płaskie na trójwymiarowe mikrostruktury, obejmujące nachylone geometrie przypominające pryzmaty, kapilary oraz w pełni drukowane w technologii 3D komórki, w których zarówno warstwy orientujące, jak i separatory międzywarstwowe były wytwarzane w pojedynczym procesie. Podejście to umożliwia uzyskanie kontrolowanych konfiguracji skręconych nematyków o zadanym kącie skrętu. Ponadto wykazano, że dowolne trójwymiarowe nanodrukowane mikrostruktury mogą być funkcjonalizowane chemicznie za pomocą konwencjonalnych środków orientujących, co dodatkowo rozszerza możliwości kontrolowania orientacji ciekłych kryształów. Połączenie przestrajalnych właściwości optycznych ciekłych kryształów z możliwością wytwarzania dowolnych trójwymiarowych architektur metodą nanodruku 3D może w przyszłości umożliwić opracowanie mikrostruktur pełniących określone funkcje optyczne, a jednocześnie działających jako elementy orientujące.

Artykuł:

ACS Applied Materials & Interfaces

Autorzy z PW:

Sławomir Ertman Sławomir, Monika Halendy

Dyscyplina:

Rok wydania: