Flytande kristaller utgör redan grunden för framgångsrik teknik som LCD-skärmar, och forskare fortsätter att skapa specifika typer av flytande kristaller för ännu bättre optiska enheter och applikationer.

Juan de Pablo, Liew familjeprofessor i molekylär teknik vid Pritzker School of Molecular Engineering (PME) vid University of Chicago, och hans team har nu hittat ett sätt att skapa och stabilisera så kallade "blå fas flytande kristaller", som har egenskaperna hos både vätskor och kristaller, och kan i vissa fall reflektera synligt ljus bättre än vanliga flytande kristaller.

Resultaten, publicerade i ACS Nano , kan leda till ny optisk teknik med bättre svarstider.

En ny metod för att stabilisera blåfaskristaller

Tack vare sin enhetliga molekylära orientering är flytande kristaller redan grunden för många bildskärmstekniker, inklusive de i digitala bildskärmar för datorer och tv-apparater. I denna forskning var de Pablo och hans team intresserade av kirala flytande kristaller, som har en viss asymmetrisk "handedness" - som högerhänthet eller vänsterhänthet - som gör att de kan uppvisa ett bredare och mer intressant spektrum av optiska beteenden.

Viktigt är att dessa kristaller kan bilda blåfaskristaller, som på grund av sin unika struktur kan reflektera blått och grönt ljus och kan slås på och av otroligt snabbt. Men dessa kristaller finns bara i ett litet temperaturintervall och är i sig instabila:Att värma upp dem ens en grad kan förstöra deras egenskaper. Det har begränsat deras användning inom teknik.

Genom simulering och experiment kunde teamet stabilisera blåfaskristallerna genom bildandet av så kallade dubbla emulsioner. De använde en liten kärndroppar av en vattenbaserad lösning omgiven av en yttre droppe av en oljig kiral flytande kristall, och skapade därigenom en "kärna och skal"-struktur. Den strukturen var själv suspenderad i en annan vattenbaserad vätska, oblandbar med den flytande kristallen. Över det lämpliga temperaturintervallet kunde de fånga den kirala flytande kristallen i skalet i ett "blå fas"-tillstånd. De bildade sedan ett polymernätverk i skalet, som stabiliserade den blå kristallen utan att förstöra dess egenskaper.

Skapa perfekta kristaller

Teamet visade sedan att de kunde ändra temperaturen på blåfaskristallen med 30 grader utan att förstöra den. Inte bara det, processen bildade perfekta, enhetliga blåfaskristaller, vilket gjorde det möjligt för forskarna att bättre förutsäga och kontrollera sitt beteende.

"Nu när vi förstår dessa material och kan kontrollera dem kan vi dra nytta av deras unika optiska egenskaper," sa de Pablo. "Nästa steg är att distribuera dem i enheter och sensorer för att visa deras användbarhet."

Potentiella applikationer inkluderar skärmteknik som kan slås på och av med mycket små förändringar i storlek, temperatur eller exponering för ljus, eller sensorer som kan upptäcka strålning inom en viss våglängd. + Utforska vidare

Flytande kristaller skapar lättlästa, färgskiftande sensorer