Os robôs e as câmeras do futuro poderão ser feitos de cristais líquidos, graças a uma nova descoberta que expande significativamente o potencial dos produtos químicos já comuns em monitores de computador e relógios digitais.



As descobertas, uma maneira simples e barata de manipular as propriedades moleculares de cristais líquidos com exposição à luz, foram publicadas agora na revista Advanced Materials. .

"Usando nosso método, qualquer laboratório com um microscópio e um conjunto de lentes pode organizar o alinhamento do cristal líquido em qualquer padrão que desejar", disse o autor Alvin Modin, pesquisador de doutorado que estuda física na Johns Hopkins. “Laboratórios industriais e fabricantes provavelmente poderiam adotar o método em um dia”.

As moléculas de cristal líquido fluem como um líquido, mas têm uma orientação comum como nos sólidos, e essa orientação pode mudar em resposta a estímulos. Eles são úteis em telas LCD, instrumentos de imagem biomédica e outros dispositivos que exigem controle preciso de luz e movimentos sutis. Mas controlar o seu alinhamento em três dimensões requer técnicas caras e complicadas, disse Modin.

A equipe, que inclui o professor de física da Johns Hopkins, Robert Leheny, e a professora assistente de pesquisa Francesca Serra, descobriu que poderia manipular a orientação tridimensional dos cristais líquidos controlando a exposição à luz de um material fotossensível depositado no vidro.

Eles emitiram luz polarizada e não polarizada nos cristais líquidos através de um microscópio. Na luz polarizada, as ondas de luz oscilam em direções específicas, em vez de aleatoriamente em todas as direções, como aconteceria na luz não polarizada. A equipe usou o método para criar uma lente microscópica de cristais líquidos capaz de focar a luz dependendo da polarização da luz que brilha através dela.

Primeiro, a equipe emitiu luz polarizada para alinhar os cristais líquidos em uma superfície. Então, eles usaram luz normal para reorientar os cristais líquidos para cima a partir desse plano. Isso lhes permitiu controlar a orientação de dois tipos de cristais líquidos comuns e criar padrões com características do tamanho de alguns micrômetros, uma fração da espessura de um fio de cabelo humano.

As descobertas podem levar à criação de ferramentas programáveis ​​que mudam de forma em resposta a estímulos, como aquelas necessárias em robôs macios e semelhantes a borracha para lidar com objetos e ambientes complexos ou lentes de câmeras que focalizam automaticamente dependendo das condições de iluminação, disse Serra, que também é associado. professor da Universidade do Sul da Dinamarca.

“Se eu quisesse fazer uma forma tridimensional arbitrária, como um braço ou uma pinça, teria que alinhar os cristais líquidos para que, quando sujeito a um estímulo, esse material se reestruturasse espontaneamente nessas formas”, disse Serra. “A informação que faltava até agora era como controlar este eixo tridimensional do alinhamento dos cristais líquidos, mas agora temos uma forma de tornar isso possível.”

Os cientistas estão trabalhando para obter uma patente para sua descoberta e planejam testá-la ainda mais com diferentes tipos de moléculas de cristal líquido e polímeros solidificados feitos dessas moléculas.

“Certos tipos de estruturas não podiam ser tentadas antes porque não tínhamos o controle correto do alinhamento tridimensional dos cristais líquidos”, disse Serra. "Mas agora temos, então é apenas limitado pela imaginação encontrar uma estrutura inteligente para construir com este método, usando um alinhamento tridimensional variável de cristais líquidos."

Mais informações: Alvin Modin et al, Foto-padronização espacial de pré-inclinação de cristal líquido nemático e sua aplicação na fabricação de lentes planas de índice gradiente, Materiais avançados (2024). DOI:10.1002/adma.202310083
Informações do diário: Materiais Avançados

Fornecido pela Universidade Johns Hopkins