Revolutionair 'Kristal-in-Kristal' Ontwerp Belooft Ultra-Energiezuinige Displays

Onderzoekers hebben een nieuwe methode bedacht om een vloeibare 'kristal in een kristal' te vormgeven. Dit kristal kan gebruikt worden om next-generation display- en sensortechnologieën te ontwikkelen die veel minder energie consumeren.

Vloeibare Kristallen

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

Vanwege hun unieke gedrag worden ze gebruikt in elektronische displays en gemoduleerde optische apparaten. LCD's hebben bijvoorbeeld een brede toepassingsbereik, waaronder computermonitors, instrumentenpanelen, televisies, digitale camera's en meer.

Nu heeft een onderzoeks team van de Universiteit van Chicago een nieuwe methode ontwikkeld om een vloeibare 'kristal in een kristal' te vormgeven, wat gebruikt kan worden voor next-generation display- en sensortechnologieën.

Blue Phase Kristallen

De moleculaire orientatie van vloeibare kristallen is de hoofdoorzaak waarom ze voor talloze displaytechnologieën worden gebruikt. De moleculen kunnen ook in hoogregelmatige patronen gerangschikt worden om zichtbaar licht te reflecteren. Deze configuratie staat bekend als Blue Phase Crystals (BPC).

BPC tonen hoogregelmatige kenmerken die zichtbaar licht reflecteren of doorlaten. Ze hebben een snellere responstijd en betere optische kenmerken vergeleken met conventionele vloeibare kristallen.

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

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

Een Kristal Vormgeven Met Een Ander Kristal

Het onderzoeks team ontwikkelde een lithografie-gebaseerde technologie om een BPC-interface te engineeren. Ze chemisch gepatroneerde oppervlakken om vloeibare kristallen te depositieren en hun moleculaire orientatie te manipuleren.

De vloeibare kristal versterkt vervolgens zelf de moleculaire orientatie, waardoor een specifiek blauw kristal binnen een ander blue phase kristal gevormd kan worden. Het stelde onderzoekers in staat om specifieke, op maat gemaakte kristalvormen binnen de vloeibare kristallen te bouwen, een prestatie die nog nooit eerder behaald was.

Vloeibare kristallen | Credit: Martelj/Wikimedia

Zowel stroom als temperatuur kunnen gebruikt worden om (of kleuren van) het nieuw gevormde kristal te manipuleren. Met andere woorden: of stroom of temperatuur kan een blue phase veranderen in een ander type blue phase.

Betekenis

Dit betekent dat we nu een materiaal hebben dat reageert op externe stimuli en licht reflecteert op bepaalde golflengtes. De optische eigenschappen van dit materiaal kunnen precies worden aangepast.

En aangezien dit kristal-in-een-kristal gecontroleerd kan worden via spanning, temperatuur, of toegevoegde chemicaliën, kan het gebruikt worden voor betere displaytechnologieën en sensing-toepassingen.

Deze kristallen vereisen kleine spanning- of temperatuursvariaties om kleur te veranderen, dus apparaten gebouwd met dergelijke materialen zouden aanzienlijk minder energie consumeren dan bestaande displays.

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