I robot e le fotocamere del futuro potrebbero essere realizzati con cristalli liquidi, grazie a una nuova scoperta che espande in modo significativo il potenziale delle sostanze chimiche già comuni nei display dei computer e negli orologi digitali.
I risultati, un modo semplice ed economico per manipolare le proprietà molecolari dei cristalli liquidi con l'esposizione alla luce, sono ora pubblicati in Advanced Materials .
"Utilizzando il nostro metodo, qualsiasi laboratorio dotato di un microscopio e di una serie di lenti può organizzare l'allineamento dei cristalli liquidi in qualsiasi modello desideri", ha affermato l'autore Alvin Modin, un ricercatore dottorando che studia fisica alla Johns Hopkins. "I laboratori industriali e i produttori potrebbero probabilmente adottare il metodo in un giorno."
Le molecole di cristalli liquidi scorrono come un liquido, ma hanno un orientamento comune come nei solidi, e questo orientamento può cambiare in risposta agli stimoli. Sono utili negli schermi LCD, negli strumenti di imaging biomedico e in altri dispositivi che richiedono un controllo preciso della luce e movimenti sottili. Ma controllare il loro allineamento in tre dimensioni richiede tecniche costose e complicate, ha affermato Modin.
Il team, che comprende il professore di fisica della Johns Hopkins Robert Leheny e l'assistente professoressa di ricerca Francesca Serra, ha scoperto di poter manipolare l'orientamento tridimensionale dei cristalli liquidi controllando l'esposizione alla luce di un materiale fotosensibile depositato sul vetro.
Hanno proiettato luce polarizzata e non polarizzata sui cristalli liquidi attraverso un microscopio. Nella luce polarizzata, le onde luminose oscillano in direzioni specifiche anziché in modo casuale in tutte le direzioni, come farebbero nella luce non polarizzata. Il team ha utilizzato il metodo per creare una lente microscopica di cristalli liquidi in grado di focalizzare la luce in base alla polarizzazione della luce che la attraversa.
Innanzitutto, il team ha irradiato luce polarizzata per allineare i cristalli liquidi su una superficie. Quindi, hanno usato la luce normale per riorientare i cristalli liquidi verso l’alto da quel piano. Ciò ha permesso loro di controllare l'orientamento di due tipi di cristalli liquidi comuni e di creare modelli con caratteristiche delle dimensioni di pochi micrometri, una frazione dello spessore di un capello umano.
I risultati potrebbero portare alla creazione di strumenti programmabili che cambiano forma in risposta agli stimoli, come quelli necessari nei robot morbidi e simili alla gomma per gestire oggetti e ambienti complessi o obiettivi della fotocamera che si mettono a fuoco automaticamente a seconda delle condizioni di illuminazione, ha affermato Serra, che è anche un associato. professore presso l'Università della Danimarca meridionale.
"Se volessi creare una forma tridimensionale arbitraria, come un braccio o una pinza, dovrei allineare i cristalli liquidi in modo che quando è soggetto a uno stimolo, questo materiale si ristruttura spontaneamente in quelle forme", ha detto Serra. "Finora l'informazione mancante riguardava come controllare questo asse tridimensionale dell'allineamento dei cristalli liquidi, ma ora abbiamo un modo per renderlo possibile."
Gli scienziati stanno lavorando per ottenere un brevetto per la loro scoperta e intendono testarla ulteriormente con diversi tipi di molecole di cristalli liquidi e polimeri solidificati costituiti da queste molecole.
"Alcuni tipi di strutture non potevano essere tentate prima perché non avevamo il giusto controllo dell'allineamento tridimensionale dei cristalli liquidi", ha detto Serra. "Ma ora lo facciamo, quindi è solo limitato dalla propria immaginazione nel trovare una struttura intelligente da costruire con questo metodo, utilizzando un allineamento variabile tridimensionale di cristalli liquidi."
Ulteriori informazioni: Alvin Modin et al, Fotomodellazione spaziale del pretilt di cristalli liquidi nematici e sua applicazione nella fabbricazione di lenti con indice di gradiente piatto, Materiali avanzati (2024). DOI:10.1002/adma.202310083
Informazioni sul giornale: Materiali avanzati
Fornito dalla Johns Hopkins University
