pH betriebene artifizielle hybride Architekturen als Modellsysteme für direktionale Bewegung und Transport
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Multiple stimuli-responsive Materialkonfiguration können in Kombination mit zwei gleichzeitig einwirkenden Stimuli genutzt werden, um Materialfunktionen dynamisch zu modulieren. Dadurch entstehen Systeme, die auf denselben Stimulus je nach Umgebungsbedingungen unterschiedlich reagieren können. Hier präsentieren wir ein photoresponsives, mehrphasiges Flüssigkristall-Elastomer (LCE), das sein Bewegungsverhalten in Reaktion auf Licht in temperaturabhängiger Weise verändern kann. Auf diese Weise lassen sich sowohl der Umfang als auch die Richtung der lichtinduzierten Bewgung und der thermischen Rückehrbewegung kontrollieren. Die Form der Reaktionslandschaft des mehrphasigen LCE sowie die Art und Weise, wie Licht und Temperatur mit dem Material interagieren, bestimmen die Adaptivität gegenüber den beiden Stimuli. Dieses System stellt einen Paradigmenwechsel dar, da es demonstriert, dass stimuli-responsive Materialien multiple Reaktionsmodi auf einen einzelnen Stimulus zeigen können – über klassische Input-Output-Modelle hinaus. Das ursprüngliche Ziel dieses Projekts war es, Materialien zu entwickeln und zu verstehen, die in der Lage sind, sich aktiv an ihre Umgebung anzupassen und diese gezielt zu beeinflussen – insbesondere zur Steuerung komplexer Bewegungen. Zu diesem Zweck wurde das oben beschriebene mehrphasige photoresponsive Flüssigkristall-Elastomer realisiert. Die Abkehr von den ursprünglich geplanten pH-aktivierten Hybridarchitekturen ergab sich aus dem aktuellen Forschungsschwerpunkt des Gastlabors. Das entwickelte Material zeigte frei programmierbare Bewegungsmuster sowohl während der UV-Bestrahlung als auch in der thermischen Rückgewinnung. Durch den Einsatz eines endständigen mesogenen Monomers und eines azobenzolbasierten Vernetzers konnten Materialien hergestellt werden, die eine chevron smectic-C (cSmC)-Phase aufweisen, welche sich beim Erhitzen zunächst in eine smectic-A (SmA)-Phase und anschließend in eine isotrope (Iso) Phase überführt. Mittels eines magnetischen Feldes lässt sich die Orientierung der Mesogene – und somit die richtungsabhängige, phasenspezifische Ausdehnung und Kontraktion – gezielt programmieren. Die geometrische Form des Materials kann zusätzlich durch Softlithographie frei definiert werden.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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Flexible fluid-based encapsulation platform for water-sensitive materials. Proceedings of the National Academy of Sciences, 120(34).
Lemaire, Baptiste; Yu, Yanhao; Molinari, Nicola; Wu, Haichao; Goodwin, Zachary A. H.; Stricker, Friedrich; Kozinsky, Boris & Aizenberg, Joanna
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Programming liquid crystal elastomers for multistep ambidirectional deformability. Science, 386(6726), 1161-1168.
Yao, Yuxing; Wilborn, Atalaya Milan; Lemaire, Baptiste; Trigka, Foteini; Stricker, Friedrich; Weible, Alan H.; Li, Shucong; Bennett, Robert K. A.; Cheung, Tung Chun; Grinthal, Alison; Zhernenkov, Mikhail; Freychet, Guillaume; Wąsik, Patryk; Kozinsky, Boris; Lerch, Michael M.; Wang, Xiaoguang & Aizenberg, Joanna
