Flüssigkristalle zur Erzeugung von farbverändernden Beschichtungen

Chamäleons sind berühmt für ihre farbverändernden Fähigkeiten. Inspiriert davon haben Wissenschaftler der Pritzker School of Molecular Engineering (PME) an der Universität von Chicago eine Methode entwickelt, Flüssigkristalle zu dehnen und zu strecken, um verschiedene Farben zu erzeugen.

Durch die Erzeugung eines dünnen Polymerfilms, der mit Flüssigkristalltröpfchen gefüllt ist, und dessen anschließende Manipulation haben sie die Grundlagen für ein farbwechselndes Sensorsystem bestimmt, das für intelligente Beschichtungen, Sensoren und sogar tragbare Elektronik verwendet werden könnte. Die Forschung wurde von Juan de Pablo, Liew-Familienprofessor für Molekulartechnik, geleitet.

Flüssigkristalle, die ausgeprägte molekulare Orientierungen aufweisen, sind bereits die Grundlage für viele Anzeigetechnologien. Doch de Pablo und sein Team interessierten sich für chirale Flüssigkristalle, die Drehungen und Wendungen und eine gewisse asymmetrische „Händigkeit“ – wie Rechts- oder Linkshändigkeit – aufweisen, die ihnen ein interessanteres optisches Verhalten ermöglicht. Diese Kristalle können auch sogenannte „Blauphasenkristalle“ bilden, die sowohl die Eigenschaften von Flüssigkeiten als auch von Kristallen haben und in einigen Fällen sichtbares Licht besser durchlassen oder reflektieren können als Flüssigkristalle selbst.

„Möglichkeiten wirklich offen die Vorstellungskraft“

Die Forscher wussten, dass diese Kristalle möglicherweise so manipuliert werden können, dass sie eine Vielzahl optischer Effekte erzeugen, wenn sie gedehnt oder gespannt werden, aber sie wussten auch, dass es nicht möglich ist, eine Flüssigkeit direkt zu dehnen oder zu spannen. Stattdessen legten sie winzige Flüssigkristalltröpfchen in einen Polymerfilm. „Auf diese Weise konnten wir chirale Flüssigkristalle einkapseln und sie auf sehr spezifische, hoch kontrollierte Weise verformen“, sagte de Pablo. „So kann man verstehen, welche Eigenschaften sie haben können und welche Verhaltensweisen sie zeigen.

Auf diese Weise fanden die Forscher viel mehr verschiedene Phasen – molekulare Konfigurationen der Kristalle – als zuvor bekannt waren. Diese Phasen erzeugen unterschiedliche Farben, je nachdem, wie sie gedehnt oder gespannt werden, oder sogar, wenn sie Temperaturschwankungen ausgesetzt sind.

„Jetzt sind die Möglichkeiten wirklich offen für die Vorstellungskraft“, sagte de Pablo. „Stellen Sie sich vor, diese Kristalle in einem Textil zu verwenden, das seine Farbe je nach Temperatur ändert, oder die Farbe dort ändert, wo Sie Ihren Ellbogen beugen.“

Weitere Informationen auf der website der University of Chicago. Die Studie wurde veröffentlich in Science Advances, Vol. 6, July 2020.

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