Forskere skaber en krystal i en krystal til nye elektroniske enheder

Flydende krystaller har muliggjort nye teknologier, som LCD -skærme, gennem deres evne til at afspejle bestemte farvebølgelængder.

Forskere ved Pritzker School of Molecular Engineering ved University of Chicago og Argonne National Laboratory har udviklet en innovativ måde at forme en flydende "krystal i en krystal". Disse nye krystaller kan bruges til næste generations displayteknologier eller sensorer, der bruger meget lidt energi.

Fordi sådanne krystaller inden for krystaller kan reflektere lys ved bestemte bølgelængder, som andre ikke kan, de kunne bruges til bedre displayteknologier. De kan også manipuleres med temperatur, spænding eller tilsatte kemikalier, hvilket ville gøre dem værdifulde til registrering af applikationer. Ændringer i temperatur, for eksempel, ville resultere i farveændringer. Og fordi sådanne ændringer kun ville kræve små temperaturvariationer eller små spændinger, enhederne ville forbruge meget lidt energi.

Integreret med teknologi

Flydende krystallers molekylære orientering gør dem nyttige til centrale aspekter af mange displayteknologier. De kan også danne "blå fasekrystaller, "hvor molekyler er organiseret i meget regelmæssige mønstre, der reflekterer synligt lys.

Blåfasekrystaller har egenskaber af både væsker og krystaller, hvilket betyder, at de er i stand til at flyde og er smidige, mens de udviser meget regelmæssige funktioner, der transmitterer eller reflekterer synligt lys. De har også bedre optiske egenskaber og en hurtigere responstid end traditionelle flydende krystaller, gør dem til en god kandidat til optiske teknologier.

Derudover funktionerne, der er ansvarlige for at reflektere lys i blåfasekrystaller, adskilles med relativt store afstande i forhold til traditionelle krystaller som f.eks. kvarts. De større funktionsstørrelser gør det lettere at konstruere grænsefladerne mellem dem, en notorisk vanskelig proces i traditionelle krystallinske materialer. Sådanne grænseflader er vigtige, fordi de giver ideelle steder for kemiske reaktioner og mekaniske transformationer, og fordi de kan forhindre transport af lyd, energi, eller lys.

Oprettelse af en grænseflade mellem krystaller

For at konstruere en blå fase krystal -grænseflade, forskerne udviklede teknologi, der er afhængig af kemisk mønsteroverflader, hvorpå flydende krystaller afsættes, og derved tilvejebringe et middel til at manipulere deres molekylære orientering. Denne orientering forstærkes derefter af selve den flydende krystal, giver mulighed for en bestemt blå fasekrystal at blive skulptureret inden for en anden blå fasekrystal.

Processen, et resultat af teoretiske forudsigelser og eksperimenter for at nå frem til det rigtige design, gav dem mulighed for at skabe specifikke skræddersyede krystalformer i de flydende krystaller - et nyt gennembrud.

Ikke kun det, den nykonstruerede krystal kunne manipuleres med både temperatur og strøm til at skifte fra en blå fase til en anden type blå fase, derved skifte farve.

"Det betyder, at materialet kan ændre sine optiske egenskaber meget præcist, "sagde papirforfatter Juan de Pablo, Liew -familiens professor i molekylær teknik, seniorforsker ved Argonne National Laboratory, og en førende forsker i polymermaterialer. "Vi har nu et materiale, der kan reagere på eksterne stimuli og reflektere lys ved bestemte bølgelængder, som vi ikke havde gode alternativer til før."

Nyttig til displayteknologier, sensorer

Denne evne til at manipulere krystallerne i så lille en skala gør det også muligt for forskere at bruge dem som skabeloner til fremstilling af helt ensartede strukturer i nanoskalaen, sagde medforfatter Paul Nealey, Brady W. Dougan professor i molekylær teknik og en af ​​verdens førende eksperter på mønster af organiske materialer.

"Vi eksperimenterer allerede med dyrkning af andre materialer og eksperimenterer med optiske enheder, "Nealey sagde." Vi glæder os til at bruge denne metode til at skabe endnu mere komplekse systemer. "