I cristalli liquidi in futuro potranno essere applicati come sensori di rilevamento

I camaleonti sono famosi per le loro abilità che cambiano colore. A seconda della temperatura corporea o dell’umore, il loro sistema nervoso contrae e o espande il tessuto cutaneo che contiene nanocristalli, cambiando il modo in cui questi riflettono la luce e trasformando la pelle del rettile in un arcobaleno di colori. Ispirati da questo, gli scienziati dell’Università di Chicago hanno sviluppato un modo per sollecitare i cristalli liquidi così da generare diversi colori.

Creando un sottile film di polimero riempito con goccioline di cristalli liquidi e quindi manipolandolo, hanno determinato i fondamenti di un sistema di rilevamento che cambia colore che potrebbe essere utilizzato per rivestimenti intelligenti, sensori e persino dispositivi elettronici indossabili. La ricerca, guidata da Juan de Pablo, professore di ingegneria molecolare, è stata pubblicata sulla rivista Science Advances.

Deformare i cristalli liquidi attraverso un film polimerico

I cristalli liquidi, che presentano distinti orientamenti molecolari, sono già la base di molte tecnologie di visualizzazione. Ma de Pablo e il suo team erano interessati ai cristalli liquidi chirali, che consentono 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 in alcuni casi possono trasmettere o riflettere la luce visibile meglio dei cristalli liquidi stessi.

I ricercatori sapevano che questi cristalli potevano potenzialmente essere 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. Per questo, hanno messo minuscole goccioline di cristalli liquidi in un film polimerico. “In questo modo potremmo incapsulare i cristalli liquidi chirali e deformarli in modi molto specifici e altamente controllati”, ha detto de Pablo. “Ciò ti consente di comprendere le proprietà che possono avere e quali comportamenti forniscono.”

Sensori di temperatura, tessuti deformanti e dispositivi elettronici

In questo modo, i ricercatori hanno trovato diverse configurazioni molecolari dei cristalli di quanto non fosse noto prima. Queste fasi producono colori diversi in base al modo in cui vengono allungate o sollecitate 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 nel punto in cui pieghi il gomito.”

Un tale sistema potrebbe anche essere usato 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 da remoto, senza la necessità di alcun tipo di contatto, ha detto de Pablo.

“Potresti semplicemente guardare il colore del tuo dispositivo e sapere quanta tensione ha quel materiale o dispositivo e intraprendere le azioni correttive necessarie”, ha detto. “Ad esempio, se una struttura è troppo stressata, è possibile vedere subito il cambiamento di colore e ripararla. O se un paziente o un atleta esercitano troppa tensione su una particolare parte del corpo mentre si muovono, potrebbero indossare un tessuto per misurarlo e quindi provare a correggerlo”.

Sebbene i ricercatori abbiano manipolato i materiali con sforzo e temperatura, c’è anche il potenziale di influenzarli con tensione, campi magnetici e campi acustici. Questo 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.