(Phys.org) —Vloeibare kristallen staan ​​algemeen bekend om hun gebruik in lcd-tv's, waarin snel veranderende elektrische velden worden gebruikt om de moleculaire volgorde van de vloeibare kristallen te regelen. Dit verandert op zijn beurt hoe licht wordt doorgelaten door de vloeibare kristallen om de beelden op het tv-scherm te laten veranderen.

Vloeibare kristallen kunnen ook worden gecontroleerd, of geactiveerd, door een magnetisch veld te schakelen. Magnetische bediening heeft als voordeel dat er geen direct contact voor nodig is, terwijl elektrische bediening contact met elektroden vereist. Echter, tot nu toe waren voor alle demonstraties van het gebruik van magnetische velden om vloeibare kristallen te activeren extreem sterke magnetische velden vereist (~ 1 Tesla), het praktische gebruik ervan beperken.

Nu in een nieuwe studie gepubliceerd in Nano-letters , onderzoekers Mingsheng Wang, et al., aan de Universiteit van Californië, rivieroever; en Whittier College in Whittier, Californië, hebben aangetoond dat zwakke magnetische velden (1 milliTesla) vloeibare kristallen effectief kunnen activeren. De magnetisch aangedreven vloeibare kristallen hebben een schakelsnelheid van minder dan 0,01 seconden (frequentie boven 100 Hz), wat vergelijkbaar is met de prestaties van commerciële vloeibare kristallen op basis van elektrisch schakelen.

De sleutel tot de prestatie was het gebruik van magnetische ijzeroxide-nanostaafjes als bouwstenen om de vloeibare kristallen te construeren. Door hun magnetische eigenschappen, de oriëntaties van de nanostaafjes kunnen worden gecontroleerd door zwakke magnetische velden. Bij het aanleggen van een extern magnetisch veld, de magnetische nanostaafjes richten zich langs de veldrichting.

Deze methode biedt een manier om de optische eigenschappen van de vloeibare kristallen te controleren vanwege de relatie tussen de oriëntaties van de nanostaafjes en de hoeveelheid licht die erdoorheen wordt doorgelaten. Wanneer de nanostaafjes evenwijdig (0°) of loodrecht (90°) op de polarisator zijn georiënteerd, lichtintensiteit is erg laag, dus het scherm is donker. Wanneer de nanostaafjes onder een hoek van 45° ten opzichte van de polarisator zijn georiënteerd, lichtintensiteit is hoog, zodat het scherm helder is. Door het magnetische veld continu te roteren, de onderzoekers zouden een continue optische schakeling van het vloeibare kristal kunnen veroorzaken.

Een ander voordeel van het construeren van vloeibare kristallen uit anorganische nanostructuren is dat het de mogelijkheid opent om de oriëntatie van bepaalde nanostaafjes permanent vast te leggen met lithografie. Laten zien, de onderzoekers stopten een vloeibaar-kristaloplossing met magnetische nanostaafjes en hars tussen twee stukken glas. Toen plaatsten ze er een fotomasker op, en gebruikte een UV-licht om de hars uit te harden en de oriëntatie van de nanostaafjes in de onbedekte gebieden van het fotomasker te fixeren. Volgende, de onderzoekers verwijderden het fotomasker, het magnetische veld geroteerd om de oriëntatie van de niet-gefixeerde nanostaafjes te veranderen, en uiteindelijk opnieuw het UV-licht gebruikt om deze nanostaafjes in de nieuwe oriëntatie te fixeren.

Het resultaat was een vloeibaar kristal met een patroon waarvan de donkere en heldere gebieden kunnen worden omgekeerd door de as van de polarisator te verschuiven. Omdat het patroon polarisatie-afhankelijk is, het kan toepassingen hebben in apparaten tegen namaak.

"The liquid crystals can be made in a polymer thin film in which the orientation of magnetic nanorods can be fixed by combining magnetic alignment and lithography processes, thus creating patterns of different polarizations and control over the transmittance of light in particular areas, " coauthor Yadong Yin, Professor at University of California-Riverside, vertelde Phys.org . "Such a thin film does not display visual information under normal light, but shows high contrast patterns under polarized light. The contrast of the patterns can also change with the direction of the polarized light, making them immediately very useful for anticounterfeiting or other information encryption applications."

With its advantageous features such as the electrode-less remote control of its optical properties and ability to fixate the liquid crystal orientation to create polarization patterns, the magnetically actuated liquid crystals could provide a new platform for fabricating other novel optical devices, including displays, waveguides, actuatoren, and optical modulators.

"Our magnetic liquid crystals show control of the transmittance of light so that they can have direct applications in displays such as signage, affiches, writing tablets, and billboards, although their use as high-resolution displays (like computer monitors) might be limited due to the resolution in controlling the magnetic fields, " Yin said. "They may also find applications as optical modulators, which are optical communication devices for controlling the amplitude, fase, polarization, and propagation direction of light."

In de toekomst, the researchers plan to further improve the optical properties of the nanorods.

"The absorption of the iron oxide nanorods in the visible spectrum may limit some potential applications, " Yin said. "Our next step will be reducing the optical absorption of the iron oxide nanorods, either by modifying the iron oxide nanorods to reduce their absorption or replacing them with other transparent magnetic nanorods. Our future efforts will also be made to explore the use of our materials for specific applications. Although we have envisioned many potential applications, it still requires significant efforts to optimize the technology to fit the specific needs of various applications."

© 2014 Fys.org