Föreställ dig att du använder en rengöringsservett som kan upptäcka närvaron av en bakterie eller patogen och ändra till en annan färg, eller en N95 andningsmask som kan upptäcka närvaron av det nya coronaviruset och svara på ett sätt som varnar bäraren, så att de skulle veta när de var tvungna att ändra det.

Christina Tang, Ph.D., en biträdande professor vid institutionen för kemi- och livsvetenskapsteknik vid Virginia Commonwealth University, testar nya sätt att levandegöra dessa scenarier genom att snurra flytande kristaller till fibrer som ändrar färg vid olika temperaturer.

Tang och elever i hennes Vertically Integrated Projects-team har arbetat på ett projekt med den amerikanska armén för att göra fibrer med dessa till synes magiska eller termokromiska egenskaper. Istället för ett snurrande hjul, Tangs labb använder ett elektrospinningsinstrument i en process som hon jämförde med att göra sockervadd. Ett munstycke genererar materialet, som sedan dras till en fiber och rullas till ark.

Tangs grupp bestämmer hur fiber och flytande kristaller kan bearbetas så att en ökning eller sänkning av temperaturen kommer att resultera i en förändring "så att vi fortfarande kan få färg, men sedan också i grunden förstå hur den bearbetningen påverkar fasförändringen."

Dessa "smarta tyger" är gjorda av mjuka, lätta och elastiska material och kan användas i kläder som kamouflage eller för andra tillämpningar som att upptäcka närvaron av en patogen som ett virus. De har också använts för att skapa bärbara sensorer och enheter.

Tang arbetar på nanoskala, där en nanofiber är 1, 000 gånger mindre än bredden på ett människohår. Hennes forskningsområden inkluderar funktionella polymera nanomaterial och nanopartiklar.

Polymera nanomaterial är gjorda av plast som nylon eller polyeten - samma typ av material som används för att tillverka läskflaskor av plast. Tangs labb gör ovävda nanofibrer, liknar en återanvändbar shoppingväska, som enkelt kan massproduceras.

"Vi tycker om att fundera på hur vi kan lägga till funktion till dessa material, " Hon sa.

När det gäller N95-masken, Hon sa, en bärare skulle veta "när du var tvungen att ändra det, istället för att bara gissa." Med rengöringsdukarna, "du kunde fortsätta torka tills det inte ändrade färg längre."

I sin undersökning av att förstå de grundläggande egenskaperna hos dessa material, Tang testar hur man gör termokroma fibrer genom att införliva flytande kristallformuleringar i elektrospunna nanofibrer.

Aaron Wimberly, en junior huvudämne i kemi- och biovetenskapsteknik, började arbeta med projektet sommaren före sitt andra år.

"När jag först kom in i labbet och Dr. Tang visade mig några av proverna på elektrospunna vävda mattor och polymerlösningar, det var verkligen, väldigt coolt, " sa han. Han har sedan dess hjälpt till att göra prover som kan ändra färg.

Tang sa att vissa forskare inom området fokuserar på vätskor medan andra på polymerer. Hennes tillvägagångssätt, i skärningspunkten mellan de två, tillämpar metoder som vanligtvis används för vätskor på dessa material.

De flytande kristallerna, som ligger mellan flytande och fast fas, har den optiska egenskapen reflekterad färg - "samma princip som ger fjärilsvingarna sin färg istället för färgämnen som absorberar färg, " sa Tang.