Ученым удалось создать стабильные жидкие кристаллы «голубой фазы»: будущее ЖК-дисплеев
Хуан де Пабло, профессор молекулярной инженерии семьи Лью в Притцкерской школе молекулярной инженерии (PME) Чикагского университета, и его команда нашли способ создания и стабилизации так называемых «жидких кристаллов синей фазы», которые имеют свойства жидкостей и кристаллов, и в некоторых случаях могут отражать видимый свет лучше, чем обычные жидкие кристаллы.
Результаты работы, опубликованной в ACS Nano, могут привести к появлению новых оптических технологий с лучшим временем отклика.
Благодаря однородной молекулярной ориентации, жидкие кристаллы уже являются основой для многих технологий визуализации, в том числе для цифровых дисплеев. В новом исследовании де Пабло и его команда интересовались хиральными жидкими кристаллами, которые имеют определенную асимметрию − например, они могут быть развернуты в правую или левую стороны, − что позволяет им демонстрировать более широкий и более интересный диапазон оптического поведения.
Важно отметить, что такие кристаллы могут переходить в системы голубой фазы, которые из-за своей уникальной структуры способны отражать синий и зеленый свет и при необходимости невероятно быстро включаются и выключатся. Но эти кристаллы существуют только в небольшом диапазоне температур и по своей природе нестабильны: нагрев даже на один градус может разрушить их свойства. Это обстоятельство до сих пор ограничивает использование кристаллов голубой фазы в технологиях.
С помощью моделирования и экспериментов команде удалось стабилизировать кристаллы голубой фазы за счет образования так называемых двойных эмульсий. Ученые создали небольшую каплю раствора на водной основе, окруженную внешней каплей маслянистого хирального жидкого кристалла, тем самым сформировав структуру «ядро и оболочка». Сама эта структура была взвешена в другой жидкости на водной основе, не смешиваемой с жидким кристаллом. В соответствующем диапазоне температур они смогли удержать хиральный жидкий кристалл в оболочке в состоянии «голубой фазы». Затем исследователи сформировали внутри оболочки полимерную сеть, которая стабилизировала голубой кристалл, не нарушая его свойств.
Ученые доказали, что эта сложная структура может выдерживать колебания температур в пределах 30 C, сохраняя стабильность и не подвергаясь распаду. Эту методику можно применять в рамках технологий визуализации нового поколения, которые будут включаться и выключаться при очень небольших изменениях размера, температуры или воздействия света, или в датчиках, способных обнаруживать излучение в пределах определенной длины волны.