Stabiliserede blå fase krystaller kan føre til nye optiske teknologier

Flydende krystaller danner allerede grundlaget for succesrige teknologier som LCD-skærme, og forskere fortsætter med at skabe specifikke slags flydende krystaller til endnu bedre optiske enheder og applikationer.

Juan de Pablo, Liew familieprofessor i molekylær teknik ved Pritzker School of Molecular Engineering (PME) ved University of Chicago, og hans team har nu fundet en måde at skabe og stabilisere såkaldte "blå fase flydende krystaller", som har egenskaberne for både væsker og krystaller, og kan i nogle tilfælde reflektere synligt lys bedre end almindelige flydende krystaller.

Resultaterne, offentliggjort i ACS Nano , kunne føre til nye optiske teknologier med bedre svartider.

En ny metode til stabilisering af blå fasekrystaller

Takket være deres ensartede molekylære orientering er flydende krystaller allerede grundlaget for mange skærmteknologier, herunder dem i digitale skærme til computere og fjernsyn. I denne forskning var de Pablo og hans team interesseret i chirale flydende krystaller, som har en vis asymmetrisk "håndethed" - som højrehåndet eller venstrehåndethed - der giver dem mulighed for at udvise et bredere og mere interessant udvalg af optisk adfærd.

Det er vigtigt, at disse krystaller kan danne blåfasekrystaller, som på grund af deres unikke struktur kan reflektere blåt og grønt lys, og de kan tændes og slukkes utroligt hurtigt. Men disse krystaller eksisterer kun i et lille temperaturområde og er i sagens natur ustabile:Opvarmning af dem selv en grad kan ødelægge deres egenskaber. Det har begrænset deres anvendelse i teknologier.

Gennem simulering og eksperimenter var holdet i stand til at stabilisere blåfasekrystallerne gennem dannelsen af ​​såkaldte dobbelte emulsioner. De brugte en lille kernedråbe af en vandbaseret opløsning omgivet af en ydre dråbe af en olieagtig chiral flydende krystal og skabte derved en "kerne og skal" struktur. Denne struktur var i sig selv suspenderet i en anden vandbaseret væske, der ikke kunne blandes med den flydende krystal. Over det passende temperaturinterval var de i stand til at fange den chirale flydende krystal i skallen i en "blå fase" tilstand. De dannede derefter et polymernetværk i skallen, som stabiliserede den blå krystal uden at ødelægge dens egenskaber.

Oprettelse af perfekte krystaller

Holdet viste derefter, at de kunne ændre temperaturen på den blå fase krystal med 30 grader uden at ødelægge den. Ikke nok med det, processen dannede perfekte, ensartede blåfasekrystaller, som gjorde det muligt for forskerne bedre at forudsige og kontrollere deres adfærd.

"Nu hvor vi forstår disse materialer og kan kontrollere dem, kan vi drage fordel af deres unikke optiske egenskaber," sagde de Pablo. "Det næste trin er at implementere dem i enheder og sensorer for at demonstrere deres anvendelighed."

Potentielle applikationer omfatter skærmteknologier, der kan tændes og slukkes med meget små ændringer i størrelse, temperatur eller eksponering for lys, eller sensorer, der kan detektere stråling inden for en bestemt bølgelængde. + Udforsk yderligere

Flydende krystaller skaber letlæselige, farveskiftende sensorer