Immagina di utilizzare un panno per la pulizia in grado di rilevare la presenza di un batterio o di un agente patogeno e assumere un colore diverso, o una maschera respiratoria N95 in grado di rilevare la presenza del nuovo coronavirus e rispondere in modo da avvisare chi lo indossa, così avrebbero saputo quando avrebbero dovuto cambiarlo.

Cristina Tang, dottorato di ricerca, un assistente professore presso il Dipartimento di ingegneria chimica e delle scienze della vita presso la Virginia Commonwealth University, sta testando nuovi modi per dare vita a questi scenari trasformando i cristalli liquidi in fibre che cambiano colore a diverse temperature.

Tang e gli studenti del suo team di progetti verticalmente integrati hanno lavorato a un progetto con l'esercito degli Stati Uniti per creare fibre con queste proprietà apparentemente magiche o termocromiche. Invece di una ruota che gira, Il laboratorio di Tang utilizza uno strumento di elettrofilatura in un processo che lei ha paragonato alla produzione di zucchero filato. Un ugello genera il materiale, che viene poi tirato in una fibra e arrotolato in fogli.

Il gruppo di Tang sta determinando come la fibra e i cristalli liquidi possono essere lavorati in modo che un aumento o un calo della temperatura si traduca in un cambiamento "così possiamo ancora ottenere il colore, ma poi anche fondamentalmente capire come quell'elaborazione influenzi il cambiamento di fase."

Questi "tessuti intelligenti" sono realizzati in morbido, materiali leggeri ed elastici e potrebbero essere utilizzati in abbigliamento come il camuffamento o per altre applicazioni come rilevare la presenza di un agente patogeno come un virus. Sono stati utilizzati anche per creare sensori e dispositivi indossabili.

Tang lavora su scala nanometrica, dove una nanofibra è 1, 000 volte più piccolo della larghezza di un capello umano. Le sue aree di ricerca includono nanomateriali polimerici funzionali e nanoparticelle.

I nanomateriali polimerici sono fatti di plastica come nylon o polietilene, lo stesso tipo di materiale utilizzato per realizzare bottiglie di plastica per bibite. Il laboratorio di Tang produce nanofibre non tessute, simile a una borsa della spesa riutilizzabile, che può essere facilmente prodotto in serie.

"Ci piace pensare a come possiamo aggiungere funzionalità a questi materiali, " lei disse.

Nel caso della maschera N95, lei disse, chi lo indossa saprebbe "quando dovevi cambiarlo, invece di indovinare." Con le salviette detergenti, "Potresti continuare a pulire finché non cambiasse più colore."

Nella sua indagine sulla comprensione delle proprietà fondamentali di questi materiali, Tang sta testando come produrre fibre termocromiche incorporando formulazioni di cristalli liquidi in nanofibre elettrofilate.

Aaron Wimberly, una specializzazione junior in ingegneria chimica e delle scienze della vita, ha iniziato a lavorare al progetto l'estate prima del suo secondo anno.

"Quando sono entrato per la prima volta in laboratorio e il dottor Tang mi ha mostrato alcuni campioni di stuoie tessute elettrofilate e soluzioni polimeriche, era davvero, veramente cool, " ha detto. Da allora ha contribuito a realizzare campioni che possono cambiare colore.

Tang ha affermato che alcuni ricercatori nel campo si concentrano sui liquidi mentre altri sui polimeri. Il suo approccio, all'incrocio dei due, applica a questi materiali i metodi tipicamente utilizzati per i liquidi.

I cristalli liquidi, che si trovano tra la fase liquida e quella solida, hanno la proprietà ottica del colore riflesso - "lo stesso principio che dà il colore alle ali delle farfalle invece dei coloranti che assorbono il colore, " disse Tang.