p Uma nova tela interativa tridimensional (3-D) sem toque pode mudar de cor com base na distância do dedo do usuário da tela, detectando mudanças sutis na umidade relativa do ambiente, de acordo com um novo estudo. A tecnologia pode encontrar aplicações futuras em eletrônicos vestíveis e peles eletrônicas (e-skins) que imitam artificialmente a capacidade da pele humana de sentir a pressão, temperatura, e umidade. Embora os cientistas já tenham desenvolvido uma variedade de telas de toque interativas, a maioria deles envolve variações na intensidade da emissão de luz ou reflexão crômica em resposta a um estímulo, em vez de mudanças na cor, que pode fornecer um feedback visual mais marcante e distinto. p Para desenvolver uma tela interativa sem toque com base nas mudanças na cor estrutural, Han Sol Kang e colegas da ciência dos materiais, nanoengenharia e engenharia química na República da Coréia e nos EUA, projetou um novo display usando quimicamente reticulado, camadas de rede de hidrogel interpenetradas dentro de cristais fotônicos que respondem a mudanças no vapor de água quando um dedo é movido de 1 a 15 milímetros da superfície. O processo pode mudar a configuração de suas estruturas de superfície para produzir azul, cores verdes e laranja. Os pesquisadores então demonstraram a possibilidade de transferir facilmente o filme baseado em cristal fotônico de um substrato para outro, trocando-o de uma superfície de silício por uma nota impressa de um dólar. Ao combinar dopantes líquidos iônicos (que alteram as propriedades elétricas de um semicondutor) como tintas de impressão, os pesquisadores observam as aplicações da tecnologia para telas imprimíveis e regraváveis.

p Visores interativos com o usuário (UIDs) facilitam a visualização de informações invisíveis que podem ser detectadas, como o toque, cheiro e som, com aplicações potenciais em eletrônicos vestíveis e patchable adequados para uma sociedade hiperconectada futurística. A enorme demanda por uma pele eletrônica que pode imitar artificialmente a pele humana para sentir a temperatura, a pressão e a umidade levaram ao desenvolvimento de uma variedade de telas de toque interativas com o homem. Uma plataforma de toque é necessária para visualizar um estímulo sem toque em visores sem toque interativos 3-D. Kang et al. imaginar um estímulo sensível, baixo consumo de energia, modo reflexivo, cor estrutural de faixa visível (SC) de um cristal fotônico (PC) para satisfazer os requisitos de engenharia de uma tela 3-D sem toque interativa com o usuário. Os cientistas desenvolveram um display interativo 3-D sem toque para impressão usando uma tinta líquida iônica higroscópica com variação de cor estrutural fácil em relação à umidade. Como prova de conceito, eles mostraram detecção de posição 3-D de vapor de água emanando de um dedo humano (umidade) para exibição sem toque do dedo ao filme, com aplicações emergentes em eletrônicos vestíveis.

p Desenvolvimento de um cristal fotônico de copolímero de bloco de rede de hidrogel interpenetrado (IHN BCP PC)

p A equipe usou cristais fotônicos (PC) de copolímero em bloco 1-D auto-montado (BCP), cuja microestrutura periódica em camadas se desenvolveu espontaneamente após a formação do filme. Eles então desenvolveram camadas de rede interpenetrada de hidrogel (IHN) quimicamente reticulada em um microdomínio BCP PC. Kang et al. controlou a quantidade de rede de hidrogel interpenetrada na construção usando irradiação UV para controlar sua cor estrutural (SC) em toda a faixa visível. Usando fotografias dos cristais fotônicos de copolímero de bloco de rede de hidrogel interpenetrado projetado (IHN BCP PCs), eles mostraram a variação dependente da irradiação de SC. O filme de polímero era pseudoelástico (o material se recuperou completamente após a descarga de grandes deformações) com excelente robustez mecânica, flexibilidade e sem pegajosa, viscoelasticidade semelhante a gel na superfície superior para torná-la adequada para detecção de estado sólido.

p Caracterizando os PCs IHN BCP de estado sólido

p Kang et al. caracterizou extensivamente a construção de estado sólido usando espalhamento de raios-X de pequeno ângulo incidente rasante (GISAXS) e microscopia eletrônica de transmissão (TEM). Os resultados mostraram o desenvolvimento de estruturas de cristal fotônico 1-D altamente ordenadas e suas lamelas no plano calculadas foram consistentes com simulações de domínio de tempo de diferença finita (FDTD). Para microscopia eletrônica de transmissão transversal, eles usaram amostras seccionadas do filme mecanicamente robusto via moagem de feixe de íons focalizado e observaram as diferentes camadas das lamelas de material.

p As imagens TEM de filmes de BCP mostraram deslocamentos de parafuso (defeitos em cristais) distribuídos pela superfície da amostra para facilitar o transporte de agentes líquidos e oligoméricos para os filmes de BCP. O filme BCP permitiu que as moléculas de água se difundissem através dos deslocamentos do parafuso para facilitar a detecção sem contato baseada na umidade. A equipe obteve propriedades mecânicas adicionais, incluindo o módulo efetivo dos PCs IHN BCP usando nanoindentação. O material pseudoelástico tinha um módulo de elasticidade efetivo de aproximadamente 5,3 GPa - como esperado e semelhante ao observado para polímeros vítreos convencionais.

p Obtenção de uma tela colorida e desenvolvimento de uma tela 3-D sem toque interativa com o usuário

p Para obter uma tela colorida, Kang et al. usou uma impressora a jato de tinta para deposição direta de uma tinta conhecida como L-etil-3-metilimidazólio bis- (trifluorometilsulfonil) -imida, abreviado EMIMTFSI, em um filme IHN BCP PC. A cor do filme depende da quantidade de EMIMTFSI depositado em uma determinada região. A impressora a jato de tinta exigia apenas uma única tinta para deposição no filme IHN BCP PC, que era muito diferente de uma impressora jato de tinta comercial com vermelho, verde, e tintas corantes azuis. Kang et al. produziu uma determinada imagem colorida primeiro programando a informação de cor apropriada em um contraste preto / cinza / branco. Como prova de conceito, eles converteram uma nota de um dólar americano em um contraste preto e branco usando software, e reconstruiu a imagem colorida estrutural em cores usando a impressão a jato de tinta EMIMTFSI em um filme IHN BCP PC.

p Para outras aplicações do monitor IHN BCP PC, Kang et al. usou outro líquido iônico higroscópico denominado sal de lítio de bis (trifluorometilsulfonil) amina (abreviado LiTFSI). Após a difusão deste líquido iônico no material, a cor estrutural do cristal fotônico tornou-se sensível à umidade do ambiente. O LiTFSI permitiu a associação com moléculas de água para que ocorressem variações estruturais de cor em toda a faixa visível em função da umidade. A água absorvida pode ser difundida em um processo reversível. A configuração permitiu que o dedo humano com umidade natural de aproximadamente 90 por cento fosse uma excelente fonte para modular a cor estrutural do filme da tela, que a equipe confirmou experimentalmente. A tela de detecção sem toque 3-D funcionou com sucesso em vários eventos de detecção com diferentes distâncias entre o dedo e o cristal fotônico. O aumento da capacitância devido à absorção de água aproximou-se de um tempo de resposta de 20 segundos e a mudança reversível na cor estrutural durou 55 ciclos de tempo.

p Desta maneira, Han Sol Kang e seus colegas demonstraram uma tela de detecção sem toque 3-D interativa com o usuário baseada em cristais fotônicos de copolímero em bloco com redes de hidrogel interconectadas (abreviado IHN BCP PCs). A técnica de engenharia permitiu cores estruturais de faixa total visível mecanicamente suaves e robustas em um filme com um módulo efetivo. A equipe combinou o filme com várias tintas de impressão de líquido iônico para criar telas imprimíveis e regraváveis ​​para detecção sem toque 3-D por meio de mudanças de capacitância e cores estruturais, para demonstrar uma nova abordagem para sensores de estado sólido e telas 3D sem toque. p © 2020 Science X Network