Kameleons staan ​​bekend om hun kleurveranderende vermogens. Afhankelijk van hun lichaamstemperatuur of stemming, hun zenuwstelsel stuurt huidweefsel dat nanokristallen bevat om uit te zetten of samen te trekken, verandert hoe de nanokristallen licht reflecteren en verandert de huid van het reptiel in een regenboog van kleuren.

Hierdoor geïnspireerd, wetenschappers van de Pritzker School of Molecular Engineering (PME) aan de Universiteit van Chicago hebben een manier ontwikkeld om vloeibare kristallen uit te rekken en te spannen om verschillende kleuren te genereren.

Door een dunne film van polymeer gevuld met vloeibare kristaldruppels te creëren en deze vervolgens te manipuleren, ze hebben de fundamenten bepaald voor een van kleur veranderend detectiesysteem dat kan worden gebruikt voor slimme coatings, sensoren, en zelfs draagbare elektronica.

Het onderzoek, onder leiding van Juan de Pablo, Liew Family Professor in Molecular Engineering, werd op 10 juli gepubliceerd in het tijdschrift wetenschappelijke vooruitgang .

Vloeistof uitrekken met dunne films

vloeibare kristallen, die verschillende moleculaire oriëntaties vertonen, zijn al de basis voor veel displaytechnologieën. Maar de Pablo en zijn team waren geïnteresseerd in chirale vloeibare kristallen, die wendingen en bochten hebben en een zekere asymmetrische "handigheid" - zoals rechtshandigheid of linkshandigheid - waardoor ze interessanter optisch gedrag kunnen vertonen.

Deze kristallen kunnen ook zogenaamde "blauwe fasekristallen" vormen, " die de eigenschappen hebben van zowel vloeistoffen als kristallen en in sommige gevallen zichtbaar licht beter kunnen doorlaten of reflecteren dan vloeibare kristallen zelf.

De onderzoekers wisten dat deze kristallen mogelijk kunnen worden gemanipuleerd om een ​​breed scala aan optische effecten te produceren als ze worden uitgerekt of gespannen, maar ze wisten ook dat het niet mogelijk is om een ​​vloeistof direct uit te rekken of te persen. In plaats daarvan, ze plaatsten kleine vloeibare kristaldruppels in een polymeerfilm.

"Op die manier konden we chirale vloeibare kristallen inkapselen en vervormen in zeer specifieke, zeer gecontroleerde manieren, "zei de Pablo. "Dat stelt je in staat om te begrijpen welke eigenschappen ze kunnen hebben en welk gedrag ze vertonen."

Temperatuur- en reksensoren maken

Door dit te doen, de onderzoekers vonden veel meer verschillende fasen - moleculaire configuraties van de kristallen - dan eerder bekend was. Deze fasen produceren verschillende kleuren op basis van hoe ze worden uitgerekt of gespannen, of zelfs wanneer ze temperatuurveranderingen ondergaan.

"Nu staan ​​de mogelijkheden echt open voor de verbeelding, "De Pablo. "Stel je voor dat je deze kristallen gebruikt in een textiel dat van kleur verandert op basis van je temperatuur, of verandert van kleur waar je je elleboog buigt."

Een dergelijk systeem zou ook kunnen worden gebruikt om spanning in vliegtuigvleugels te meten, bijvoorbeeld, of om minieme veranderingen in temperatuur in een kamer of systeem te onderscheiden.

Veranderingen in kleur bieden een uitstekende manier om iets op afstand te meten, zonder enige vorm van contact, zei de Pablo.

"Je zou gewoon naar de kleur van je apparaat kunnen kijken en weten hoeveel druk dat materiaal of apparaat heeft en waar nodig corrigerende maatregelen nemen, "zei hij. "Bijvoorbeeld, als een constructie onder te veel spanning staat, je kon de kleur meteen zien veranderen en het sluiten om het te repareren. Of als een patiënt of een atleet te veel druk uitoefent op een bepaald lichaamsdeel tijdens het bewegen, ze zouden een stof kunnen dragen om het te meten en dan proberen het te corrigeren."

Hoewel de onderzoekers de materialen manipuleerden met spanning en temperatuur, er is ook de mogelijkheid om ze te beïnvloeden met spanning, magnetische velden, en akoestische velden, hij zei, wat zou kunnen leiden tot nieuwe soorten elektronische apparaten gemaakt van deze kristallen.

"Nu we de fundamentele wetenschap hebben om te begrijpen hoe deze materialen zich gedragen, we kunnen ze gaan toepassen op verschillende technologieën, ' zei de Pablo.