Les cristaux liquides créent des capteurs faciles à lire et à changement de couleur

Les caméléons sont célèbres pour leurs capacités de changement de couleur. En fonction de leur température corporelle ou de leur humeur, leur système nerveux dirige les tissus cutanés contenant des nanocristaux à se dilater ou à se contracter, modifiant la façon dont les nanocristaux réfléchissent la lumière et transformant la peau du reptile en arc-en-ciel de couleurs.

Inspirés par cela, les scientifiques de la Pritzker School of Molecular Engineering (PME) de l’Université de Chicago ont développé un moyen d’étirer et de filtrer les cristaux liquides pour générer différentes couleurs.

En créant un film mince de polymère rempli de gouttelettes de cristaux liquides puis en le manipulant, ils ont déterminé les bases d’un système de détection à changement de couleur qui pourrait être utilisé pour des revêtements intelligents, des capteurs et même des appareils électroniques portables.

La recherche, dirigée par Juan de Pablo, professeur de génie moléculaire de la famille Liew, a été publiée le 10 juillet dans la revue Avancées scientifiques.

Étirement du liquide à l’aide de films minces

Les cristaux liquides, qui présentent des orientations moléculaires distinctes, sont déjà à la base de nombreuses technologies d’affichage. Mais de Pablo et son équipe s’intéressaient aux cristaux liquides chiraux, qui ont des rebondissements et une certaine « légèreté » asymétrique – comme la droitier ou la gaucherie – qui leur permet d’avoir des comportements optiques plus intéressants.

Ces cristaux peuvent également former des soi-disant «cristaux de phase bleue», qui ont les propriétés des liquides et des cristaux et peuvent dans certains cas transmettre ou réfléchir la lumière visible mieux que les cristaux liquides eux-mêmes.

Les chercheurs savaient que ces cristaux pouvaient potentiellement être manipulés pour produire un large éventail d’effets optiques s’ils étaient étirés ou tendus, mais ils savaient également qu’il n’était pas possible d’étirer ou de forcer un liquide directement. Au lieu de cela, ils ont placé de minuscules gouttelettes de cristaux liquides dans un film polymère.

« De cette façon, nous pourrions encapsuler les cristaux liquides chiraux et les déformer de manière très spécifique et hautement contrôlée », a déclaré de Pablo. « Cela vous permet de comprendre les propriétés qu’ils peuvent avoir et quels comportements ils présentent. »

Création de capteurs de température et de déformation

Ce faisant, les chercheurs ont trouvé beaucoup plus de phases différentes – configurations moléculaires des cristaux – que ce qui était connu auparavant. Ces phases produisent différentes couleurs en fonction de la façon dont elles sont étirées ou tendues, ou même lorsqu’elles subissent des changements de température.

« Maintenant, les possibilités sont vraiment ouvertes à l’imagination », a déclaré de Pablo. « Imaginez utiliser ces cristaux dans un textile qui change de couleur en fonction de votre température, ou change de couleur là où vous pliez le coude. »

Un tel système pourrait également être utilisé pour mesurer la tension dans les ailes d’un avion, par exemple, ou pour discerner des changements infimes de température dans une pièce ou un système.

Les changements de couleur offrent un excellent moyen de mesurer quelque chose à distance, sans avoir besoin d’aucune sorte de contact, a déclaré de Pablo.

« Vous pouvez simplement regarder la couleur de votre appareil et savoir à quel point ce matériau ou cet appareil est soumis à des contraintes et prendre des mesures correctives si nécessaire », a-t-il déclaré. « Par exemple, si une structure subit trop de stress, vous pouvez voir la couleur changer tout de suite et la fermer pour la réparer. Ou si un patient ou un athlète exerce trop de pression sur une partie du corps en mouvement, il pourrait porter un tissu pour le mesurer, puis essayer de le corriger. « 

Bien que les chercheurs aient manipulé les matériaux avec la déformation et la température, il est également possible de les affecter avec la tension, les champs magnétiques et les champs acoustiques, a-t-il déclaré, ce qui pourrait conduire à de nouveaux types d’appareils électroniques fabriqués à partir de ces cristaux.

« Maintenant que nous avons la science fondamentale pour comprendre comment ces matériaux se comportent, nous pouvons commencer à les appliquer à différentes technologies », a déclaré de Pablo.