En los cristales líquidos, las moléculas se organizan automáticamente de forma ordenada. Investigadores de la Universidad de Luxemburgo han descubierto un método que permite un estado anti-ordenado, lo que permitirá propiedades materiales novedosas y aplicaciones técnicas potencialmente nuevas, como músculos artificiales pararobótica blanda. Publicaron sus hallazgos en la revista científica avances científicos .
El equipo de investigación del profesor Jan Lagerwall de la Universidad de Luxemburgo estudia las características de los cristales líquidos, que se pueden encontrar en muchas áreas, desde las membranas celulares del cuerpo hasta las pantallas de muchos dispositivos electrónicos. El material combina una movilidad similar a la de un líquidoy flexibilidad y orden de largo alcance de sus moléculas; esta última es, por lo demás, una característica típica de los cristales sólidos. Esto da lugar a propiedades notables que hacen que los cristales líquidos sean tan versátiles que se eligen para llevar a cabo funciones vitales por naturaleza y por miles de millones de dólares.empresas por igual.
Muchas de las propiedades de un material dependen de la forma en que están dispuestas sus moléculas. Desde finales de la década de 1930, los físicos utilizan un modelo matemático para describir el orden molecular de los cristales líquidos. El llamado parámetro de orden asigna un número que indica qué tan bien ordenadomoléculas son. Este modelo usa un rango positivo para describir los cristales líquidos a los que estamos acostumbrados. También puede asignar un rango negativo que describe un estado "anti-ordenado", donde las moléculas evitarían una cierta dirección en lugar de alinearse a lo largo de ella..
Hasta ahora, este rango negativo seguía siendo estrictamente hipotético, ya que ningún cristal líquido desarrolló un estado anti-ordenado en la práctica. Las teorías estándar para los cristales líquidos sugieren que tal estado es posible, pero no sería estable ". Puede comparar estoa un tobogán que tiene un bache muy ligero en el medio. Puede reducir la velocidad cuando llegue al bache, en nuestro caso el estado anti-ordenado inestable, pero no lo suficiente para que se detenga, y por lo tanto bajará todo el camino hastael estado estable, el mínimo de energía global, donde inevitablemente terminas con un orden positivo. Si lograras detener el viaje en el bache, sería posible un rango negativo ", explica Jan Lagerwall.
Esto es exactamente lo que VSR Jampani, el autor principal del artículo y sus colaboradores lograron por primera vez en su estudio. "El truco para evitar que el sistema alcance el mínimo de energía global es polimerizarlo suavemente en unred conectada mientras se disuelve en un solvente líquido normal ", dice el Dr. Jampani." Esta red se estira en todas las direcciones dentro de un plano, o se comprime a lo largo de una sola dirección perpendicular al plano, de modo que las moléculas que forman la red se alineanen el plano, pero sin ninguna dirección particular en ese plano. "A medida que se evapora el disolvente, se forma la fase de cristal líquido y, debido al peculiar estiramiento en el plano de la red, se ve obligada a adoptar el estado de parámetro de orden negativo donde elLas moléculas evitan la dirección de la normal al plano. "Este cristal líquido no tiene más remedio que asentarse con el mínimo de energía secundaria, ya que la red hace inaccesible el mínimo de energía global", añade Lagerwall.
Cuando la red se refuerza mediante una segunda ronda de polimerización, se puede estudiar el comportamiento en función de la temperatura. "Las redes de cristal líquido son fascinantes para el parámetro de orden tanto positivo como negativo, porque el orden - o el anti - orden -- en combinación con la red de polímero le permite cambiar espontáneamente su forma en respuesta a los cambios de temperatura. La red de cristal líquido es efectivamente una goma que se estira o se relaja por sí sola, sin que nadie aplique una fuerza ", dice el profesor Lagerwall.que el comportamiento del caucho de cristal líquido con parámetro de orden negativo es exactamente opuesto al de los cauchos de cristal líquido normales. "Ópticamente, cuando un caucho de cristal líquido normal muestra un cierto color entre polarizadores cruzados, la versión del parámetro de orden negativo muestra el color complementario. Mecánicamente, cuando una goma de cristal líquido normal se contrae a lo largo de una dirección y se expande en el plano perpendicular a ella, el parámetro de orden negativo froteber se expande a lo largo de la primera dirección y se contrae en el plano perpendicular ", explica Lagerwall.
Los investigadores crearon sus cauchos de cristal líquido de parámetro de orden negativo en forma de conchas esféricas de tamaño milimétrico, que luego cortaron en trozos más pequeños con varias formas. Dependiendo de cómo se hizo el corte, se podría realizar una variedad de comportamientos de cambio de forma, lo que demuestra que el sistema puede funcionar como un "actuador" suave, efectivamente un músculo artificial. Debido a que los cauchos de cristal líquido de orden negativo y positivo actúan de manera opuesta, esto abre formas interesantes de combinar los dos, para hacer un actuador compuesto más efectivo, por ejemplo para la robótica blanda. Cuando el actuador de orden positivo responde lentamente, el de orden negativo uno actúa rápidamente, y viceversa. Desde un punto de vista de la física fundamental, la existencia física del cristal líquido anti-ordenado previamente solo predicho teóricamenteEl estado se abre para muchos experimentos interesantes, así como el desarrollo de teorías para el comportamiento de la materia blanda autoorganizada.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionados por Universidad de Luxemburgo . Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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