Llevando una doble vida como sólidos y líquidos, los cristales líquidos ocupan el centro del escenario para crear tecnologías más pequeñas, más rápidas y más eficientes. Incluso a nivel de partículas individuales, los cristales líquidos pueden doblar la luz y reaccionar a fuerzas externas, como campos eléctricos oempujes y tirones físicos. Por lo tanto, una pequeña cantidad de cristales líquidos suele ser suficiente para lograr un alto rendimiento en muchas aplicaciones, desde pantallas de monitor hasta paneles solares.
Pero para aprovechar completamente las maravillosas propiedades de un cristal líquido, sus partículas constituyentes deben ensamblarse sistemáticamente.
En un nuevo estudio, los investigadores de la Universidad de Texas A&M descubrieron que la aplicación de una pequeña diferencia de temperatura a una mezcla diluida de un compuesto llamado fosfato de circonio inicia su cristalización líquida. A medida que las partículas de fosfato de circonio se mueven hacia temperaturas más cálidas, comienzan a alinearse.entre ellos y eventualmente se convierten en cristales líquidos puros, dijeron los investigadores.
"El nuestro es el primer estudio de prueba de concepto que muestra que el gradiente de temperatura es una herramienta efectiva pero simple para ensamblar cristales líquidos de alta calidad", dijo el Dr. Zhengdong Cheng, profesor en el Departamento de Ingeniería Química de Artie McFerrin"Además, nuestros resultados indican que podemos mover los cristales líquidos simplemente variando la temperatura, una propiedad que potencialmente puede usarse para transportar partículas de cristal líquido de un lugar a otro, allanando así el camino para aplicaciones más allá de las que comúnmente se asocian con líquidoscristales hoy "
Los investigadores informaron sus hallazgos en la edición de octubre de la revista ACS Nano .
Los cristales líquidos representan un estado de la materia que se encuentra en algún lugar entre sólidos y líquidos. Al igual que las moléculas en los sólidos que forman cristales, las de los cristales líquidos están dispuestas de manera semi-sistemática, como los automóviles en un estacionamiento parcialmente lleno. Pero líquidolos cristales también son líquidos y pueden adoptar cualquier forma como líquidos. Además, en su avatar de cristal líquido, los materiales a menudo muestran propiedades exóticas. Por ejemplo, dividen los haces de luz o cambian sus alineaciones moleculares en respuesta a los campos eléctricos.
Pero si un material puede asumir o no un estado de cristal líquido depende de la forma general de sus partículas constituyentes. Las sustancias formadas por partículas esféricas no forman cristales líquidos. Por otro lado, los materiales que consisten en partículas alargadas como barraso discos planos como sí forman cristales líquidos. Cheng y su equipo estaban particularmente interesados en el fosfato de circonio porque sus partículas en forma de disco tienen la capacidad de autoensamblarse en estructuras 2D planas más grandes en su estado cristalino líquido.
"Muchas partículas que se encuentran en la naturaleza, como los glóbulos rojos, los nucleosomas y las partículas de arcilla, tienen forma de disco y, en las circunstancias correctas, pueden autoensamblarse en cristales líquidos", dijo Cheng. "Entonces, utilizamos fosfato de circonio comoproxy para investigar si hay una manera de controlar experimentalmente la cristalización líquida de estas partículas ".
Se ha demostrado que el fosfato de circonio se ensambla en cristales líquidos por sí solo si se agregan cantidades lo suficientemente grandes al agua. Pero los cristales líquidos resultantes a menudo tienen defectos y son inestables. Entonces, Cheng y su equipo idearon un enfoque alternativo.
Cheng había demostrado anteriormente que la aplicación de una diferencia de temperatura podría hacer que las partículas esféricas se ensamblen en grupos de cristales. Utilizando el mismo principio, su equipo investigó si se podrían usar diferentes temperaturas para ensamblar fosfato de circonio en cristales líquidos.
Para sus experimentos, el equipo de Texas A&M hizo una mezcla de fosfato de circonio y agua y la llenó en tubos delgados de dos pulgadas de largo, asegurándose de que la cantidad de fosfato de circonio fuera lo suficientemente pequeña como para no activar la cristalización automática de líquidos., aplicaron calor de tal manera que la diferencia de temperatura entre ambos extremos del tubo fue de alrededor de 10 grados.
En una hora, Cheng y su equipo descubrieron que las partículas de fosfato de circonio en el extremo más frío del tubo comenzaron a arrastrarse hacia el extremo más cálido, provocando la cristalización del líquido desde el extremo más cálido del tubo.
"Al igual que el agua en una olla hirviendo circula desde el fondo donde hace calor hasta la parte superior del recipiente donde hace frío, el agua en nuestros tubos también circulaba de temperaturas más cálidas a más frías", dijo Dali Huang, estudiante graduado en elTexas A&M College of Engineering y uno de los principales autores del estudio. "En consecuencia, las partículas de fosfato de circonio también se movieron en la dirección del flujo de agua y se organizaron en cristales líquidos". Los investigadores especularon que el empuje del agua que fluye ayuda al fosfato de circoniopartículas para posicionarse sistemáticamente hasta que formen cristales líquidos. Además, descubrieron que los cristales líquidos creados con gradientes de temperatura eran menos defectuosos que los formados por otros métodos.
Cheng señaló que sus hallazgos abren nuevas puertas para su uso en una variedad de contextos.
"En virtud de su forma, las partículas en forma de disco tienen un área de superficie mayor en comparación con su volumen", dijo Cheng. "Si pensamos en la próxima generación de dispositivos biomédicos, por ejemplo, podemos aprovechar esta geometría potencialmentepara cargar partículas medicinales en sus superficies planas y luego variar la temperatura para transportarlas a una parte específica del cuerpo ".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Texas A&M . Original escrito por Vandana Suresh. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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