Vloeibare kristallen hebben nieuwe technologieën mogelijk gemaakt, zoals lcd-schermen, door hun vermogen om bepaalde kleurgolflengten te reflecteren.

Onderzoekers van de Pritzker School of Molecular Engineering aan de Universiteit van Chicago en het Argonne National Laboratory hebben een innovatieve manier ontwikkeld om een ​​vloeibaar "kristal in een kristal" te vormen. Deze nieuwe kristallen kunnen worden gebruikt voor displaytechnologieën van de volgende generatie of sensoren die heel weinig energie verbruiken.

Omdat dergelijke kristallen-in-kristallen licht kunnen reflecteren op bepaalde golflengten die anderen niet kunnen, ze zouden kunnen worden gebruikt voor betere weergavetechnologieën. Ze kunnen ook worden gemanipuleerd met temperatuur, spanning of toegevoegde chemicaliën, waardoor ze waardevol zouden zijn voor detectietoepassingen. Veranderingen in temperatuur, bijvoorbeeld, zou leiden tot kleurveranderingen. En omdat voor dergelijke veranderingen slechts kleine temperatuurschommelingen of kleine spanningen nodig zijn, de apparaten zouden heel weinig energie verbruiken.

Integraal in technologie

De moleculaire oriëntatie van vloeibare kristallen maakt ze bruikbaar voor belangrijke aspecten van veel weergavetechnologieën. Ze kunnen ook "blauwe fasekristallen vormen, " waarin moleculen zijn georganiseerd in zeer regelmatige patronen die zichtbaar licht reflecteren.

Blauwe fase kristallen hebben de eigenschappen van zowel vloeistoffen als kristallen, wat betekent dat ze kunnen stromen en buigzaam zijn, terwijl ze zeer regelmatige kenmerken vertonen die zichtbaar licht doorlaten of reflecteren. Ze hebben ook betere optische eigenschappen en een snellere responstijd dan traditionele vloeibare kristallen, waardoor ze een goede kandidaat zijn voor optische technologieën.

Aanvullend, de kenmerken die verantwoordelijk zijn voor het weerkaatsen van licht in kristallen in de blauwe fase zijn op relatief grote afstanden van elkaar gescheiden in vergelijking met traditionele kristallen zoals kwarts. De grotere functiegroottes maken het gemakkelijker om de interfaces ertussen te ontwerpen, een notoir moeilijk proces in traditionele kristallijne materialen. Dergelijke interfaces zijn belangrijk omdat ze ideale plaatsen bieden voor chemische reacties en mechanische transformaties, en omdat ze het transport van geluid kunnen belemmeren, energie, of licht.

Een interface tussen kristallen creëren

Om een ​​blauwe fase kristalinterface te ontwerpen, de wetenschappers ontwikkelden technologie die gebaseerd is op chemisch patroonvormende oppervlakken waarop vloeibare kristallen worden afgezet, waardoor een middel wordt verschaft om hun moleculaire oriëntatie te manipuleren. Die oriëntatie wordt dan versterkt door het vloeibare kristal zelf, waardoor een bepaald kristal met blauwe fase kan worden gebeeldhouwd in een ander kristal met blauwe fase.

Het proces, een resultaat van theoretische voorspellingen en experimenten om tot het juiste ontwerp te komen, stelde hen in staat om specifieke, op maat gemaakte kristalvormen te creëren binnen de vloeibare kristallen - een nieuwe doorbraak.

Niet alleen dat, het nieuw gevormde kristal kan zowel met temperatuur als met stroom worden gemanipuleerd om van de ene blauwe fase in een andere soort blauwe fase te veranderen, daardoor van kleur veranderen.

"Dat betekent dat het materiaal zijn optische eigenschappen heel precies kan veranderen, " zei papier co-auteur Juan de Pablo, de Liew Family hoogleraar Molecular Engineering, senior wetenschapper bij Argonne National Laboratory, en een vooraanstaand wetenschapper op het gebied van polymeermaterialen. "We hebben nu een materiaal dat kan reageren op externe stimuli en licht kan reflecteren op bepaalde golflengten waarvoor we eerder geen goede alternatieven hadden."

Handig voor weergavetechnologieën, sensoren

Dit vermogen om de kristallen op zo'n kleine schaal te manipuleren, stelt onderzoekers ook in staat ze te gebruiken als sjablonen voor het fabriceren van perfect uniforme structuren op nanoschaal, zei co-auteur Paul Nealey, de Brady W. Dougan Professor of Molecular Engineering en een van 's werelds toonaangevende experts op het gebied van patroonvorming van organische materialen.

"We experimenteren al met het kweken van andere materialen en experimenteren met optische apparaten, "Zei Nealey. "We kijken ernaar uit om deze methode te gebruiken om nog complexere systemen te creëren."