Att utöka vår vetenskapliga förståelse handlar ofta om att få en så nära titt som möjligt på vad som händer. Nu har forskare från Japan observerat beteendet i nanoskala hos azopolymerfilmer samtidigt som de triggar dem med laserljus.
I en studie publicerad förra månaden i Nano Letters forskarna från Osaka University använde tip-scan höghastighets atomic force microscopy (HS-AFM) kombinerat med ett optiskt mikroskop för att skapa filmer när polymerfilmerna förändrades.
Azopolymerer är fotoaktiva material, vilket innebär att de genomgår förändringar när ljus lyser på dem. Specifikt ändrar ljus deras kemiska struktur, vilket förändrar ytan på filmerna. Detta gör dem intressanta för applikationer som optisk datalagring och ljusutlöst rörelse.
Att kunna initiera dessa förändringar med ett fokuserat laserljus samtidigt som man tar bilder kallas in situ-mätning.
"Det är vanligt att undersöka förändringar i polymerfilmer genom att utsätta dem för en behandling, som att bestråla med ljus, och sedan göra mätningar eller observationer efteråt. Detta ger dock begränsad information", förklarar studiens huvudförfattare Keishi Yang. "Genom att använda en HS-AFM-inställning inklusive ett inverterat optiskt mikroskop med en laser kunde vi utlösa förändringar i azopolymerfilmer samtidigt som vi observerade dem i realtid med hög spatiotemporal upplösning."
HS-AFM-mätningarna kunde spåra de dynamiska förändringarna i polymerfilmernas ytor i filmer med två bilder per sekund. Det visade sig också att riktningen för det polariserade ljuset som användes hade en inverkan på det slutliga ytmönstret.
Ytterligare undersökningar med in situ-metoden förväntas leda till en grundlig förståelse av mekanismen för ljusdriven azopolymerdeformation, vilket gör att potentialen hos dessa material kan maximeras.
"Vi har visat vår teknik för att observera polymerfilmsdeformation", säger seniorförfattaren Takayuki Umakoshi. "Men genom att göra det har vi visat potentialen i att kombinera tip-scan HS-AFM och en laserkälla för användning inom materialvetenskap och fysikalisk kemi."
Material och processer som reagerar på ljus är viktiga inom en lång rad områden inom kemi och biologi, inklusive avkänning, avbildning och nanomedicin. In situ-tekniken ger en möjlighet att fördjupa förståelsen och maximera potentialen och förväntas därför tillämpas på olika optiska enheter.
Mer information: Keishi Yang et al, In situ realtidsobservation av fotoinducerade nanoskala azo-polymerrörelser med hjälp av höghastighets atomkraftsmikroskopi kombinerat med ett inverterat optiskt mikroskop, nanobokstäver (2024). DOI:10.1021/acs.nanolett.3c04877
Tillhandahålls av Osaka University
