В России впервые в мире систематизировали холестерические жидкие кристаллы
Российские ученые первыми в мире систематизировали структуры капель холестерических жидких кристаллов, ориентированных перпендикулярно поверхности.
По словам исследователей, прояснение механизмов их организации даст возможность создавать новые программируемые материалы для медицины, строительства, электроники, а также понять такие сложные структуры, как ДНК, вирусы и мембраны клеток. Результаты исследования опубликованы в журнале Soft Matter.
Дисплеи для современных телевизоров и смартфонов, стекла, самостоятельно регулирующие цвет и прозрачность в зависимости от яркости солнечных лучей, проникающих в помещение, это одни из самых известных способов применения жидких кристаллов. Ключевым отличием холестериков от обычных жидких кристаллов (нематиков) является их строение — сложная закрученная спираль, напоминающая структуру ДНК.
"Изучить холестерики очень важно, поскольку они намного сложнее и интереснее, чем привычные жидкие кристаллы, которые используют в производстве дисплеев в современных телевизорах и смартфонах. Например, от шага спирали зависит длина отражаемой структурой световой волны — капля холестерика может мгновенно поменять свой цвет, напоминая при этом кожу хамелеона. На этой способности базируется большинство способов применения данного материала", — рассказал старший научный сотрудник Института физики им. Л.В. Киренского СО РАН Михаил Крахалев.
По словам ученого, холестерические жидкие кристаллы можно использовать в производстве электронной бумаги. В отличие от плоских жидкокристаллических дисплеев изображение на такой бумаге воспроизводится в отраженном свете и может хранить текст, графику достаточно долго. Это поможет сохранить леса, сэкономить электроэнергию, затрачивая ее только на изменение изображения. Кроме того, холестерические кристаллы можно использовать как сенсоры, они чутко реагируют на биологические антитела и различные примеси в воде. Холестерический сенсор мгновенно покажет, если вода станет непригодной для употребления.
Выгодный бонус использования холестериков состоит в возможности их многократного использования: достаточно просто извлечь "капли-хамелеоны" из тестируемой жидкости, и они уже готовы к новой работе.
Более сложный вариант применения данного материала — это перестраиваемые лазеры, востребованные в медицине. Холестерические кристаллы дадут нам устройство, которое заменит три обычных.
В рамках эксперимента исследователи из СФУ и ИФ СО РАН впервые в российской и зарубежной практиках систематизировали структуры капель холестерика, в которых молекулы жидких кристаллов на границе капли ориентировались перпендикулярно поверхности.
"Подробное изучение поведения холестериков будет способствовать развитию материалов и технологий, которые позволят значительно снизить нагрузку на окружающую среду. В целом создание систем, способных быстро адаптироваться к изменению внешних воздействий, перестраивая собственную структуру, важно не только для фундаментальной науки. Это колоссальный практический задел на будущее, как переход в мир новых природоподобных "приспосабливающихся" материалов", — резюмировала соавтор исследования, доцент кафедры приборостроения и наноэлектроники СФУ Анна Гардымова.