Nieuwe kristallen voor de volgende generatie displaytechnologieën

• Onderzoekers hebben een nieuwe methode bedacht om een ​​vloeibaar 'kristal in een kristal' te vormen.
• Dit kristal zou kunnen worden gebruikt om de volgende generatie display- en sensortechnologieën te ontwikkelen die veel minder energie zouden verbruiken.

Vloeibaar kristal is de middenfase tussen conventionele vloeistoffen en vaste kristallen. Het kan van vorm veranderen als een vloeistof, maar heeft de moleculaire uitlijningseigenschappen van vast kristal.

Vanwege hun unieke gedrag worden ze gebruikt in elektronische displays en gemoduleerde optische apparaten. Lcd's hebben bijvoorbeeld een breed scala aan toepassingen, waaronder computermonitoren, instrumentenpanelen, televisies, digitale camera's en meer.

Nu heeft een onderzoeksteam van de Universiteit van Chicago een nieuwe methode bedacht om een ​​vloeibaar 'kristal in een kristal' te vormen, dat kan worden gebruikt om de volgende generatie display- en sensortechnologieën te ontwikkelen.

Blauwe fasekristallen

De moleculaire oriëntatie van vloeibare kristallen is de belangrijkste reden waarom ze worden gebruikt voor tal van weergavetechnologieën. De moleculen kunnen ook in zeer regelmatige patronen worden gerangschikt om zichtbaar licht te reflecteren. Deze configuratie staat bekend als Blue Phase Crystals (BPC).

BPC vertoont zeer regelmatige kenmerken die zichtbaar licht reflecteren of doorlaten. Ze hebben een snellere responstijd en betere optische eigenschappen in vergelijking met conventionele vloeibare kristallen.

Referentie:wetenschappelijke vooruitgang | DOI:10.1126/sciadv.aax9112 | Universiteit van Chicago 

En aangezien kenmerken die licht reflecteren in BPC's door grote afstanden van elkaar zijn gescheiden (tot 300 moleculaire diameters in plaats van slechts een paar atomen), kunnen hun interfaces eenvoudig worden ontworpen. Deze interfaces zijn verantwoordelijk voor chemische reacties, mechanische transformaties en belemmeren het transport van geluid, licht en energie.

Deze eigenschappen maken BPC's een perfecte kandidaat voor optische technologieën.

Een kristal beeldhouwen met een ander kristal

Het onderzoeksteam ontwikkelde een op lithografie gebaseerde technologie om een ​​BPC-interface te ontwerpen. Ze hebben oppervlakken chemisch gepatroneerd om vloeibare kristallen af ​​te zetten en hun moleculaire oriëntatie te manipuleren.

Het vloeibare kristal versterkt vervolgens zelf de moleculaire oriëntatie, waardoor een specifiek blauw kristal kan worden gevormd in een ander kristal met blauwe fase. Het stelde onderzoekers in staat om specifieke op maat gemaakte kristalvormen in de vloeibare kristallen te bouwen, een prestatie die nog nooit eerder is bereikt.

Vloeibare kristallen | Krediet:Martelj/Wikimedia

Zowel stroom als temperatuur kunnen worden gebruikt om het nieuw gevormde kristal te manipuleren (of van kleur te veranderen). Met andere woorden, stroom of temperatuur kan de ene blauwe fase veranderen in een ander type blauwe fase.

Betekenis

Dit betekent dat we nu een materiaal hebben dat in staat is te reageren op externe prikkels en licht op bepaalde golflengten te reflecteren. De optische eigenschappen van dit materiaal kunnen precies worden gewijzigd.

En aangezien dit kristal-in-een-kristal kan worden geregeld via spanning, temperatuur of toegevoegde chemicaliën, zou het kunnen worden gebruikt voor betere weergavetechnologieën en detectietoepassingen.

Deze kristallen hebben kleine spannings- of temperatuurvariaties nodig om van kleur te veranderen, dus apparaten die met dergelijke materialen zijn gebouwd, zouden aanzienlijk minder energie verbruiken dan bestaande schermen.

Lezen:koudste vloeibare water ooit geregistreerd | Beneden -43°C

De studie stelt wetenschappers in staat om kristallen op nanoschaal te manipuleren en ze te gebruiken voor het construeren van perfect uniforme structuren. Onderzoekers zijn van plan te experimenteren met andere optische apparaten en materialen. Ze zullen dezelfde techniek gebruiken om nog complexere systemen te ontwikkelen.