Cristais líquidos são usados ​​em tudo, desde minúsculos relógios digitais a enormes telas de televisão, de dispositivos ópticos a detectores biomédicos. Ainda assim, pouco se sabe sobre sua estrutura molecular precisa quando porções de tais cristais interagem com o ar.

Nova pesquisa liderada por Juan de Pablo, o professor da família Liew no Instituto de Engenharia Molecular, descobre características anteriormente desconhecidas que se desenvolvem a partir da interface entre o ar e certos cristais líquidos amplamente estudados.

"Os cristais líquidos são repórteres de alta fidelidade de eventos moleculares, e sua eficácia depende do controle de sua orientação molecular em uma interface, "de Pablo disse." A compreensão precisa desta interface adquirida com nossa pesquisa permitirá o projeto de melhores sensores e visores de cristal líquido. "

Para a pesquisa publicada em 8 de fevereiro no Jornal da American Chemical Society , de Pablo trabalhou com uma equipe de cientistas da Universidade de Chicago, incluindo Binhua Lin e Benoit Roux, e na Universidade de Illinois em Chicago e na Universidade de Wisconsin. Eles usaram raios-X síncrotron avançados no Laboratório Nacional de Argonne e simulações em grande escala para reconstruir os detalhes moleculares.

Os cristais líquidos existem em um estado entre líquidos e sólidos, permitindo que fluam como um líquido, mas também têm algumas propriedades de um sólido. Suas moléculas têm uma estrutura em forma de bastão que pode ser organizada de várias maneiras. Certos cristais líquidos passam por transições de fase em resposta a mudanças de temperatura. Na fase nemática, as moléculas semelhantes a bastonetes se alinham de maneira desordenada, mas paralela. Na fase esmética, eles também se alinham em paralelo - mas em camadas organizadas.

"Nossa pesquisa revelou uma série de recursos até então desconhecidos, "de Pablo disse." Por exemplo, nossas descobertas indicam que a interface imprime um altamente ordenado, estrutura sólida no material de cristal líquido. Essa estrutura, então, se propaga bem na maior parte do cristal líquido, particularmente para as fases nemática e esmética. "

A pesquisa encontrou características semelhantes entre cristais líquidos nemáticos 4-pentil-4′-cianobifenil amplamente estudados e 4-octil-4′-cianobifenil esmético. Ambos se alinham perpendicularmente na interface de cristais líquido-ar e exibem, camadas induzidas pela superfície na interface. Quando ambos foram aquecidos até uma fase totalmente líquida, apenas uma única camada de moléculas estruturadas foi formada na interface entre o líquido e o ar.

Os pesquisadores planejam estudar as interfaces de cristais líquidos e eletrólitos aquosos para entender os efeitos das interações eletrostáticas e do ordenamento orientacional do cristal líquido.

"Esses resultados serão particularmente importantes para orientar o projeto de interfaces de cristal líquido responsivas para detecção de moléculas biológicas e químicas, "concluiu o artigo.