Kameleoner är kända för sina färgförändrande förmågor. Beroende på kroppstemperatur eller humör, deras nervsystem leder hudvävnad som innehåller nanokristaller att expandera eller dra ihop sig, förändrar hur nanokristaller reflekterar ljus och gör reptilens hud till en regnbåge av färger.

Inspirerad av detta, forskare vid Pritzker School of Molecular Engineering (PME) vid University of Chicago har utvecklat ett sätt att sträcka och sila flytande kristaller för att generera olika färger.

Genom att skapa en tunn film av polymer fylld med flytande kristalldroppar och sedan manipulera den, de har bestämt grunderna för ett färgförändrande avkänningssystem som kan användas för smarta beläggningar, sensorer, och till och med bärbar elektronik.

Forskningen, ledd av Juan de Pablo, Liew familjeprofessor i molekylär teknik, publicerades 10 juli i tidningen Vetenskapliga framsteg .

Sträckvätska med tunna filmer

Flytande kristaller, som uppvisar distinkta molekylära orienteringar, är redan grunden för många displaytekniker. Men de Pablo och hans team var intresserade av kirala flytande kristaller, som har vändningar och en viss asymmetrisk "handhet"-som högerhänt eller vänsterhänt-som gör att de kan ha mer intressanta optiska beteenden.

Dessa kristaller kan också bilda så kallade "blåfaskristaller, "som har egenskaper hos både vätskor och kristaller och i vissa fall kan överföra eller reflektera synligt ljus bättre än flytande kristaller själva.

Forskarna visste att dessa kristaller potentiellt kan manipuleras för att producera ett brett spektrum av optiska effekter om de sträcks eller ansträngs, men de visste också att det inte är möjligt att sträcka eller sila en vätska direkt. Istället, de placerade små flytande kristalldroppar i en polymerfilm.

"På så sätt kunde vi inkapsla kirala flytande kristaller och deformera dem i mycket specifika, mycket kontrollerade sätt, "sa de Pablo." Det gör att du kan förstå de egenskaper de kan ha och vilka beteenden de uppvisar. "

Skapa temperatur- och töjningssensorer

Genom att göra det här, forskarna hittade många fler olika faser - molekylära konfigurationer av kristallerna - än vad som hade varit känt tidigare. Dessa faser producerar olika färger baserat på hur de är töjda eller ansträngda, eller till och med när de genomgår temperaturförändringar.

"Nu är möjligheterna verkligen öppna för fantasin, "sa de Pablo." Tänk dig att använda dessa kristaller i en textil som ändrar färg baserat på din temperatur, eller byter färg där du böjer armbågen. "

Ett sådant system kan också användas för att mäta belastning i flygplansvingar, till exempel, eller för att urskilja minutförändringar i temperaturen i ett rum eller system.

Färgförändringar ger ett utmärkt sätt att fjärrmäta något, utan behov av någon form av kontakt, sa de Pablo.

"Du kan bara titta på färgen på din enhet och veta hur stor belastning det materialet eller enheten är och vidta korrigerande åtgärder vid behov, "sa han." Till exempel om en struktur är för stressad, du kunde se färgen ändras direkt och stänga den för att reparera den. Eller om en patient eller en idrottare belastade en viss kroppsdel ​​för mycket när de rör sig, de kunde bära ett tyg för att mäta det och sedan försöka korrigera det. "

Även om forskarna manipulerade materialen med belastning och temperatur, det finns också potential att påverka dem med spänning, magnetiska fält, och akustiska fält, han sa, vilket kan leda till nya typer av elektroniska enheter tillverkade av dessa kristaller.

"Nu när vi har den grundläggande vetenskapen för att förstå hur dessa material beter sig, vi kan börja tillämpa dem på olika tekniker, sa de Pablo.