Главная / Дефекты, внедренные в жидкие кристаллы, могут привести к новому поколению современных материалов
02.06.2015 |
|
 Внедрение дефектов в жидкие кристаллы путем вставки микросфер и последующего контроля их электрических полей является обоснованным методом, который может быть использован для нового поколения современных материалов, имеющих потенциальную пользу в оптических технологиях, электронных дисплеях и электронных книгах. Команда ученых (в том числе научные сотрудники из Международной школы продвинутых исследований, SISSA, в Триесте) опубликовала статью в журнале Physical Review Letters, где они описывают, как работает этот подход, и представляют результаты компьютерного моделирования.
«Как правило, дефекты являются последним, что вы хотите иметь в жидком кристалле», объясняет Джузеппе Д'Адамо, докторской сотрудник SISSA. «Тем не менее, этот новый метод позволяет использовать дефекты в материале на вашу пользу». В исследовании были проделаны компьютерные модели коллоидных суспензий в жидких кристаллах, подвергнутых электрическим полям, модулированных по времени. Коллоиды представляют собой частицы в суспензии (т.е. в состоянии между дисперсией и раствором), удерживаемые в жидкости.
Эти композитные материалы в течение некоторого времени широко изучались за счет их оптических свойств, но использование электрических полей, чтобы изменить их по своему желанию, является абсолютной новинкой. «Наши расчеты показывают, что при включении или выключении электрического поля соответствующей интенсивности мы можем изменить порядок коллоидов от их расположения в столбцах или плоскостях», комментирует Кристиан Мичелетти из SISSA, соавтор статьи. «Эта простая в управлении пластичность может сделать материал пригодным для оптико-электронных устройств, таких как электронные книги, например».
Жидкие кристаллы выделяются в отдельные виды жидкостей. В обычной жидкости, молекулы не имеют систематическое расположение и, если смотреть с любого угла, они всегда выглядят одинаково. Молекулы, образующие жидкие кристаллы, напротив, расположены в точных моделях, часто диктуемых их формой. Чтобы получить представление о том, что происходит в жидком кристалле, представьте себе жидкость, состоящую из крошечных игл, которые, вместо того, чтобы быть расположенными хаотично, все сходятся в одном направлении. Это также означает, что, если мы посмотрим на жидкость из различных точек зрения, она будет меняться с виду, например, она может быть светлее или темнее (ярким примером этого являются ЖК-мониторы, особенно старые модели).
«Полезная естественная тенденция жидкокристаллических молекул спонтанно выстраиваться в определенном порядке может быть противопоставлена путем введения коллоидов в жидкость. В нашем случае мы использовали микроскопические сферические частицы, которые «заставляют» молекулы, соприкасающиеся с их поверхностью, адаптироваться и изменять свое направление», объясняет Д'Адамо. «Это создает «дефектные линии» в материале, т.е. ограниченных изменений в ориентации молекул, которые приводят к локальному изменению оптических свойств среды».
Эти дефектные линии имеют важный эффект: они позволяют взаимодействовать между удаленными коллоидными частицами, удерживая их вместе, как если бы они были тонкими струнами. «Молекулы жидких кристаллов, как правило, выравниваются вдоль электрического поля. При переключении поля и его выключения мы создаем конкуренцию между спонтанным порядком жидкого кристалла, диктуемым поверхностью коллоидных частиц и, наконец, порядком, создающим электрический потенциал», говорит Мичелетти. «Это ведет к появлению множества дефектов линий, которые действуют на коллоиды, перемещая или собирая их в кластеры».
«Это немного похоже на манипуляцию невидимыми струнами марионетки: путем тщательной модуляции электрических полей мы можем, в принципе, побудить все частицы к перемещению и организовать их так, как мы хотим, создавая линии дефектов с желаемой формой», продолжает Д’Адамо. «Важная деталь состоит в том, что коллоидные конфигурации являются метастабильными, что означает, что когда электрическое поле выключается, коллоиды остаются в их последнем положении в течение очень долгого времени».
Вкратце, это означает, что система требует только энергию при смене конфигурации, что обеспечивает значительную экономию. «В этом отношении, метод работает как электронные чернила, используемые в цифровых книгах, и было бы интересно исследовать его применимость в этом смысле», заключает Мичелетти.
|
|
