I camaleonti sono famosi per le loro abilità che cambiano colore. A seconda della temperatura corporea o dell'umore, il loro sistema nervoso dirige il tessuto cutaneo che contiene nanocristalli per espandersi o contrarsi, cambiando il modo in cui i nanocristalli riflettono la luce e trasformando la pelle del rettile in un arcobaleno di colori.

Ispirato da questo, gli scienziati della Pritzker School of Molecular Engineering (PME) dell'Università di Chicago hanno sviluppato un modo per allungare e filtrare i cristalli liquidi per generare colori diversi.

Creando un sottile film di polimero riempito con goccioline di cristalli liquidi e quindi manipolandolo, hanno determinato i fondamenti per un sistema di rilevamento che cambia colore che potrebbe essere utilizzato per rivestimenti intelligenti, sensori, e persino l'elettronica indossabile.

La ricerca, guidato da Juan de Pablo, Liew Family Professor di Ingegneria Molecolare, è stato pubblicato il 10 luglio sulla rivista Progressi scientifici .

Stretching liquido con film sottili

Cristalli liquidi, che mostrano orientamenti molecolari distinti, sono già la base per molte tecnologie di visualizzazione. Ma de Pablo e il suo team erano interessati ai cristalli liquidi chirali, che hanno colpi di scena e una certa "mano" asimmetrica - come la destrezza o la mancina - che consente loro di avere comportamenti ottici più interessanti.

Questi cristalli possono anche formare i cosiddetti "cristalli di fase blu, " che hanno le proprietà sia dei liquidi che dei cristalli e possono in alcuni casi trasmettere o riflettere la luce visibile meglio degli stessi cristalli liquidi.

I ricercatori sapevano che questi cristalli potevano essere potenzialmente manipolati per produrre una vasta gamma di effetti ottici se allungati o tesi, ma sapevano anche che non è possibile allungare o filtrare direttamente un liquido. Anziché, hanno messo minuscole goccioline di cristalli liquidi in una pellicola polimerica.

"In questo modo potremmo incapsulare cristalli liquidi chirali e deformarli in modo molto specifico, modi altamente controllati, " ha detto de Pablo. "Questo ti permette di capire le proprietà che possono avere e quali comportamenti esibiscono".

Creazione di sensori di temperatura e deformazione

Facendo questo, i ricercatori hanno trovato molte più fasi diverse - configurazioni molecolari dei cristalli - di quante se ne conoscessero prima. Queste fasi producono colori diversi in base a come vengono allungate o tese, o anche quando subiscono sbalzi di temperatura.

"Ora le possibilità sono davvero aperte all'immaginazione, " ha detto de Pablo. "Immagina di usare questi cristalli in un tessuto che cambia colore in base alla tua temperatura, o cambia colore dove pieghi il gomito."

Un tale sistema potrebbe essere utilizzato anche per misurare la deformazione nelle ali degli aeroplani, Per esempio, o per discernere minime variazioni di temperatura all'interno di una stanza o di un sistema.

I cambiamenti di colore forniscono un modo eccellente per misurare qualcosa a distanza, senza bisogno di alcun tipo di contatto, ha detto de Pablo.

"Potresti semplicemente guardare il colore del tuo dispositivo e sapere a quale tensione è sottoposto quel materiale o dispositivo e intraprendere le azioni correttive necessarie, " ha detto. "Per esempio, se una struttura è troppo sollecitata, potresti vedere subito il cambiamento di colore e chiuderlo per ripararlo. O se un paziente o un atleta sottoponevano a sforzi eccessivi una particolare parte del corpo mentre si muovevano, potrebbero indossare un tessuto per misurarlo e poi provare a correggerlo".

Sebbene i ricercatori abbiano manipolato i materiali con sollecitazioni e temperature, c'è anche il potenziale per influenzarli con la tensione, campi magnetici, e campi acustici, Egli ha detto, che potrebbe portare a nuovi tipi di dispositivi elettronici realizzati con questi cristalli.

"Ora che abbiamo la scienza fondamentale per capire come si comportano questi materiali, possiamo iniziare ad applicarli a diverse tecnologie, " ha detto de Pablo.