Cristais líquidos colestéricos, um material feito pelo homem com propriedades entre líquidos e cristais sólidos, pode imitar as cores das asas de uma borboleta. Cristais líquidos são usados ​​em televisores e smartphones, mas as aplicações futuras para sensores de saúde ou iluminação decorativa são difíceis, pois os materiais não podem ser usados ​​em sistemas avançados, métodos de produção rápidos, como impressão 3D. Os materiais não são viscosos o suficiente para torná-los estáveis, estruturas sólidas, e é difícil alinhar as moléculas para produzir cores específicas. Os pesquisadores da TU / e resolveram esses problemas desenvolvendo uma nova tinta de cristal líquido reflexiva de luz que pode ser usada com as técnicas de impressão 3D existentes. A nova pesquisa foi publicada na revista Materiais avançados .

Na natureza, materiais iridescentes, que exibem uma mudança de cor quando vistos de diferentes ângulos, pode ser encontrada nas asas da borboleta e no nácar (ou madrepérola) na concha interna dos moluscos.

Uma versão artificial desses materiais naturais é o cristal líquido colestérico, que já foi usado como material "inteligente" em refletores de luz, janelas comutáveis, e coletores de energia solar sintonizáveis.

Para aplicações de saúde em sensores soft wearable ou iluminação decorativa, os cristais líquidos colestéricos são idealmente adequados. Até agora, falta uma maneira fácil de produzir esses materiais e fazer dispositivos com esses materiais.

Pesquisadores do departamento de Engenharia Química e Química da TU / e em colaboração com a TNO, DSM, Brightlands Materials Center (no consórcio DynAM), e a SABIC criaram uma tinta à base de elastômero de cristal líquido inspirada na natureza que pode ser impressa em 3D em uma superfície via Direct-Ink-Writing (DIW). O autor principal do estudo é Ph.D. candidato Jeroen Sol, com Albert Schenning e Michael Debije do grupo Stimuli-responsive Functional Materials and Devices (SFD) liderando o projeto de pesquisa.

"DIW é uma abordagem de impressão 3D baseada em extrusão em que uma tinta é distribuída a partir de um pequeno bico em uma superfície camada por camada. As tintas colestéricas atuais de cristal líquido não podem ser impressas com DIW, então criamos uma tinta de cristal líquido compatível com DIW, "diz Sol.

A nova tinta de cristal líquido tem várias propriedades importantes. Primeiro, as propriedades reflexivas da luz da tinta dependem do alinhamento helicoidal preciso das moléculas em todo o material, o que requer um ajuste fino do processo de impressão. Segundo, as moléculas da tinta podem se automontar em estruturas que exibem cores semelhantes a materiais iridescentes naturais, como aqueles em asas de borboleta. Terceiro, a nova tinta tem maior viscosidade do que as tintas anteriores, o que o torna adequado para impressão DIW.

Finalmente, a nova tinta é nova, fácil de fazer, fácil de processar, e com base em materiais previamente desenvolvidos pelo grupo de pesquisa SFD da TU / e para revestimentos reflexivos de luz, que ajudam a torná-lo adequado para impressão 3D.

Asas de borboleta

"Para imprimir com sucesso a nova tinta com DIW, variamos parâmetros como velocidade de impressão e temperatura. E para fazer com que a tinta seja impressa corretamente, também fizemos uma tinta contendo cristais líquidos de baixo peso molecular, "observa Sol. De forma bastante impressionante, os pesquisadores conseguiram usar a nova tinta para imprimir asas de borboleta sintéticas!

Para grande surpresa dos pesquisadores, eles também foram capazes de controlar o alinhamento molecular em nanoescala com muita precisão, variando a velocidade de impressão. Isso permitiu que os pesquisadores tivessem maior controle sobre a aparência e as propriedades de reflexão da luz do material. "Tradicionalmente, este nível de controle só é possível com dispositivos de fabricação muito especializados, então fazer isso com a nova tinta e a impressão 3D DIW é um verdadeiro avanço, "diz Sol.

Aplicações futuras

Dado que a nova tinta de cristal líquido pode ser impressa com DIW, ele poderia ser usado em procedimentos de impressão futuros para dispositivos médicos personalizados, como biossensores vestíveis finos que interagem de forma visual e colorida com o usuário.

"O que mais, a combinação de nossa nova tinta e DIW pode ser usada para imprimir as estruturas ópticas especializadas necessárias para fones de ouvido de realidade aumentada, onde imagens reais e artificiais são perfeitamente combinadas, "diz Sol entusiasmado." Os novos materiais podem encontrar seu caminho para as HoloLenses do futuro - agora isso seria algo extraordinário! "