Gecombineerde microscopietechniek observeert het gedrag op nanoschaal van door licht aangedreven polymeren

Het uitbreiden van ons wetenschappelijk inzicht komt vaak neer op het zo nauwkeurig mogelijk bekijken van wat er gebeurt. Nu hebben onderzoekers uit Japan het gedrag op nanoschaal van azopolymeerfilms waargenomen terwijl ze deze met laserlicht activeerden.

In Een studie vorige maand gepubliceerd in Nano-brieven De onderzoekers van de Universiteit van Osaka gebruikten tip-scan high-speed atomic force microscopie (HS-AFM) gecombineerd met een optische microscoop om films te maken terwijl de polymeerfilms veranderden.

Azopolymeren zijn fotoactieve materialen, wat betekent dat ze veranderingen ondergaan als er licht op schijnt. Concreet verandert licht hun chemische structuur, waardoor het oppervlak van de films verandert. Dit maakt ze interessant voor toepassingen zoals optische gegevensopslag en het bieden van door licht geactiveerde beweging.

Het kunnen initiëren van deze veranderingen met gefocust laserlicht tijdens het vastleggen van beelden staat bekend als in situ meting.

“Het is gebruikelijk om veranderingen in polymeerfilms te onderzoeken door ze aan een behandeling te onderwerpen, zoals bestraling met licht, en daarna metingen of observaties te doen. Dit levert echter beperkte informatie op”, legt hoofdauteur Keishi Yang uit. “Door een HS-AFM-opstelling te gebruiken, inclusief een omgekeerde optische microscoop met een laser, konden we veranderingen in azo-polymeerfilms teweegbrengen terwijl we ze in realtime observeerden met een hoge spatiotemporele resolutie.”

Met de HS-AFM-metingen konden de dynamische veranderingen in de oppervlakken van de polymeerfilms in films met twee frames per seconde worden gevolgd. Er werd ook gevonden dat de richting van het gebruikte gepolariseerde licht invloed had op het uiteindelijke oppervlaktepatroon.

Verder onderzoek met behulp van de in situ benadering zal naar verwachting leiden tot een grondig begrip van het mechanisme van door licht aangedreven azopolymeervervorming, waardoor het potentieel van deze materialen kan worden gemaximaliseerd.

“We hebben onze techniek gedemonstreerd voor het observeren van de vervorming van polymeerfilms”, zegt senior studie-auteur Takayuki Umakoshi. “Door dit te doen hebben we echter het potentieel aangetoond van het combineren van tip-scan HS-AFM en een laserbron voor gebruik in de materiaalkunde en fysische chemie.”

Materialen en processen die reageren op licht zijn belangrijk op een groot aantal gebieden in de chemie en biologie, waaronder detectie, beeldvorming en nanogeneeskunde. De in situ techniek biedt de mogelijkheid om het begrip te verdiepen en het potentieel te maximaliseren en zal daarom naar verwachting worden toegepast op verschillende optische apparaten.