Forskning afslører indre funktion af flydende krystaller

Flydende krystaller bruges i alt fra små digitale ure til enorme tv -skærme, fra optiske enheder til biomedicinske detektorer. Alligevel vides lidt om deres præcise molekylære struktur, når dele af sådanne krystaller interagerer med luft.

Ny forskning ledet af Juan de Pablo, Familien Liew -professor ved Institute for Molecular Engineering, afdækker tidligere ukendte træk, der udvikler sig fra grænsefladen mellem luft og visse meget studerede flydende krystaller.

"Flydende krystaller er high-fidelity-journalister om molekylære begivenheder, og deres effektivitet afhænger af at kontrollere deres molekylære orientering ved en grænseflade, "sagde de Pablo." Den præcise forståelse af denne grænseflade opnået fra vores forskning vil muliggøre design af bedre flydende krystal sensorer og displays. "

For forskningen offentliggjort 8. februar i Journal of the American Chemical Society , de Pablo arbejdede med et team af forskere ved University of Chicago, herunder Binhua Lin og Benoit Roux, og ved University of Illinois i Chicago og University of Wisconsin. De brugte avancerede synkrotron-røntgenstråler ved Argonne National Laboratory og store simuleringer til at rekonstruere de molekylære detaljer.

Flydende krystaller findes i en tilstand mellem væsker og faste stoffer, tillader dem at flyde som en væske, men har også nogle egenskaber ved et fast stof. Deres molekyler har en stavlignende struktur, der kan organiseres på forskellige måder. Visse flydende krystaller gennemgår faseovergange som reaktion på temperaturændringer. I den nematiske fase, de stavlignende molekyler stiller op på en uordentlig, men parallelt måde. I den smektiske fase, de stiller sig også op parallelt - men i organiserede lag.

"Vores forskning afslørede en række tidligere ukendte funktioner, "sagde de Pablo." F.eks. vores resultater tyder på, at grænsefladen præger en meget velordnet, fastlignende struktur ind i flydende krystalmaterialet. Denne struktur formerer sig derefter godt ind i hovedparten af ​​den flydende krystal, især for nematiske og smektiske faser. "

Forskningen fandt lignende karakteristika mellem vidt studerede flydende krystaller nematisk 4-pentyl-4′-cyanobiphenyl og smektisk 4-octyl- 4′-cyanobiphenyl. Begge justeres vinkelret på luft-væske-krystallernes grænseflade og udviser veldefinerede, overfladeinducerede lag ved grænsefladen. Når begge blev opvarmet til en fuldstændig flydende fase, kun et enkelt lag af strukturerede molekyler blev dannet ved grænsefladen mellem væsken og luften.

Forskerne planlægger at studere grænsefladerne mellem flydende krystaller og vandige elektrolytter for at forstå virkningerne af elektrostatiske interaktioner og den flydende krystal orienterende rækkefølge.

"Disse resultater vil være særligt vigtige i styringen af ​​designet af responsive flydende krystal -grænseflader til sensing af kemikalier og biologiske molekyler, "sluttede papiret.