Вдохновившись способностью хамелеонов менять цвет, ученые из Притцкерской школы молекулярной инженерии (PME) Чикагского университета разработали способ растягивать и деформировать жидкие кристаллы для получения различных цветов.
Создание тонкой полимерной пленки, заполненной каплями жидкого кристалла, и последующая работа с ней позволили определить основные принципы меняющей цвет системы, которую можно использовать для умных покрытий, датчиков и даже носимой электроники.
Жидкие кристаллы с особой ориентацией молекул уже применяются во многих технологиях отображения.
Де Пабло, профессор молекулярной инженерии семьи Лью, и его команда исследовали хиральные жидкие кристаллы, в структуре которых имеются закручивания, повороты и определенная асимметрия (наподобие праворукости и леворукости), что придает им более интересные оптические свойства.
Эти кристаллы могут образовывать так называемые “кристаллы в голубой фазе”, которые обладают свойствами как жидкостей, так и кристаллов, и в некоторых случаях могут пропускать или отражать видимый свет лучше, чем сами жидкие кристаллы.
Исследователи знали, что этими кристаллами потенциально можно манипулировать для получения различных оптических эффектов при растяжении или деформации, но они также знали, что растягивать и деформировать жидкость напрямую невозможно.
Поэтому они поместили мельчайшие капли жидких кристаллов в полимерную плёнку.
“Таким образом, мы смогли инкапсулировать хиральные жидкие кристаллы и деформировать их особым образом, тщательно контролируя процесс”, — говорит Де Пабло. “Это позволило понять, какими свойствами они могут обладать и какое поведение демонстрируют”.
Благодаря этому исследователи обнаружили гораздо больше различных фаз (конфигураций молекул кристаллов), чем было известно до сих пор.
Эти фазы дают различные цвета в зависимости от растяжения, деформации и даже изменения температуры.
“Теперь действительно открыт простор для воображения”, — говорит Де Пабло. “Представьте себе, что вы используете эти кристаллы в ткани, которая меняет цвет в зависимости от вашей температуры или движений”.
Такую систему можно использовать, например, для измерения напряжения в крыльях самолета или для выявления мельчайших изменений температуры в помещении или системе.
По словам Де Пабло, изменение цвета позволяет измерить что-то удаленно, без необходимости в каком-либо контакте.
“Вы можете просто посмотреть на цвет устройства и понять, насколько деформирован этот материал или устройство, чтобы при необходимости принять соответствующие меры”, — говорит он.
“Например, если конструкция находится под воздействием высокого напряжения, вы можете сразу увидеть это по изменению цвета и остановить ее эксплуатацию до устранения проблем. Или, если пациент или спортсмен слишком сильно напрягает какую-то часть тела во время движения, он может носить одежду из такой ткани, чтобы попытаться исправить это”.
Хотя ученые исследовали только воздействие на материалы деформации и температуры, в перспективе можно изучать воздействие напряжения, магнитного поля и акустического поля, что позволит изготавливать из этих кристаллов новые виды электронных устройств.
“Теперь, когда у нас есть фундаментальные основы, чтобы понимать, как ведут себя эти материалы, мы можем начать применять их в различных технологиях”, — заключает Де Пабло.
Источник: Чикагский университет
