A cantilever based sensor system was adapted to characterize the photo-mechanical effect in thin films of azobenzene based polymers coated on silicon and mica cantilevers. The photomechanical effect is defined as a reversible molecular shape change upon absorption of light, resulting in a significant mechanical macroscopic deformation of the host material. The sensor was used to calculate cantilever bending, changes in surface stress, photo-mechanical energy, efficiency, and energy per unit volume for the polymers PDR1A, PDR13A and PMMA-co-PDR1A based on DR1 and DR12 dyes. The study demonstrated fast and significant cantilever bending as well as a robust, repeatable, and measurable photo-mechanical effect for the polymers studied. PDR1A exerted the largest forces and PMMA-co-PDR1A the greatest efficiency. This exhibits the ability of these thin polymer layers to act as strong light-driven 'artificial muscles' for larger mechanical systems, and the utility of the cantilever sensor platform for quantitative characterization of the photomechanical effect of azobenzene based polymers.While micron-scale surface mass transport and formation of surface relief gratings in azobenzene polymers is a well-known phenomenon, a complete understanding of the underlying mechanism has yet to be achieved. Nanoindentation experiments were conducted to elucidate the changes in mechanical properties of PDR1A, a well-known covalent side-chain azo polymer and P4VP(DY7)0.5, a hydrogen-bonded polymer-azobenzene complex, under irradiation. Material creep was characterized by calculation of the strain rate sensitivity m, of the two polymers for the dark and illuminated states. The experiments show a significant change in material creep between the dark and illuminated states of both materials. The measured strain rate sensitivity m increases from 0.021 to 0.038 (81%) for PDR1A and 0.086 to 0.192 (123%) for P4VP(DY7)0.5 between the dark and illuminated states respectively. The correlation of experimental data describing photo-induced softening to the structure-property relationships of the two materials and their implications to understanding surface mass transport in azobenzene based materials is discussed. / Un système de détection utilisant un micro-lévier fut adapté pour caractériser l'effet photomécanique dans des couches mince de polymères contenant de l'azobenzène sur des micro-lévier fabriqués de silicium et mica. L'effet photomécanique est défini comme un changement réversible de la forme moléculaire lors de l'absorption de la lumière, ce qui entraîne une déformation importante mécanique macroscopique du matériel. Ce capteur a été utilisé pour calculer la flexion du micro-lévier, les changements dans la tension de surface, l'énergie photomécanique, l'efficacité du système et l'énergie capté par unité de volume pour les polymères PDR1A, PDR13A et PMMA-co-PDR1A basé sur les chromophores DR1 et DR12. L'étude a démontré une flexion rapide ainsi que robuste du micro-lévier, basé sur des mesure reproductible photomécanique pour les polymères étudiés. Nous avons trouvé que les polymères PDR1A exercent la plus grande force et PMMA-co-PDR1A la plus grande efficacité. Ceci démontre la capacité de ces couches minces de polymères à agir en tant que «muscles artificiels» pour des systèmes mécaniques macroscopique, et l'utilité de la plate-forme du capteur micro-lévier pour la caractérisation de l'effet photomécanique des polymères à base d'azobenzène.Bien que le transport de masse micrométrique et la formation des reliefs de surface dans les polymères d'azobenzène est un phénomène bien connu, une compréhension complète du mécanisme que mène a ceux-ci n'a pas encore été atteint. Des expériences de nanoindentation sous irradiation ont été menées pour élucider les changements dans les propriétés mécaniques de PDR1A, un polymère bien connu avec des chaînes latérales azoïques et P4VP(DY7)0,5, un polymère complexé à l'aide de liens d'hydrogène. Du fluage de ces matériaux a été caractérisé par le calcul du rapport de la sensibilité de déformation (m) de ces deux polymères pour les états sombres et lumineux. Les expériences montrent un changement significatif du fluage des polymères entre les états sombres et lumineux de ces deux matériaux. Le taux de la sensibilité de déformation (m) mesuré augmente de 0,021 à 0,038 (81%) pour PDR1A et de 0,086 à 0,192 (123%) pour P4VP(DY7)0,5 entre les états sombres et lumineux, respectivement. La corrélation des données expérimentales décrit l'adoucissement photo-induit basé sur les relations structure-propriété des deux matériaux, leurs implications pour la compréhension du transport de masse pour les matériaux à base d'azobenzène sont discutées.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:LACETR/oai:collectionscanada.gc.ca:QMM.114203 |
| Date | January 2013 |
| Creators | Mahimwalla, Zahid |
| Contributors | Christopher Barrett (Internal/Supervisor) |
| Publisher | McGill University |
| Source Sets | Library and Archives Canada ETDs Repository / Centre d'archives des thèses électroniques de Bibliothèque et Archives Canada |
| Language | English |
| Detected Language | French |
| Type | Electronic Thesis or Dissertation |
| Format | application/pdf |
| Coverage | Master of Science (Department of Chemistry) |
| Rights | All items in eScholarship@McGill are protected by copyright with all rights reserved unless otherwise indicated. |
| Relation | Electronically-submitted theses. |
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