Cristales líquidos colestéricos, un material sintético con propiedades entre líquidos y cristales sólidos, puede imitar los colores de las alas de una mariposa. Los cristales líquidos se utilizan en televisores y teléfonos inteligentes, pero las aplicaciones futuras para sensores sanitarios o iluminación decorativa son difíciles, ya que los materiales no se pueden utilizar de forma avanzada, métodos de producción rápidos como la impresión 3D. Los materiales no son lo suficientemente viscosos para hacer estables, estructuras sólidas, y es difícil alinear las moléculas para producir colores específicos. Los investigadores de TU / e han resuelto estos problemas desarrollando una nueva tinta de cristal líquido reflectante de la luz que se puede utilizar con las técnicas de impresión 3D existentes. La nueva investigación ha sido publicada en la revista Materiales avanzados .

En naturaleza, materiales iridiscentes, que muestran un cambio de color cuando se ven desde diferentes ángulos, se puede encontrar en alas de mariposa y en nácar (o nácar) en el caparazón interno de los moluscos.

Una versión artificial de estos materiales naturales es el cristal líquido colestérico, que ya se ha utilizado como materiales "inteligentes" en reflectores de luz, ventanas intercambiables, y colectores de energía solar sintonizables.

Para aplicaciones sanitarias en sensores portátiles suaves o iluminación decorativa, Los cristales líquidos colestéricos son ideales. Sin embargo, hasta ahora Ha faltado una manera fácil de producir estos materiales y hacer dispositivos a partir de estos materiales.

Investigadores del departamento de Ingeniería Química y Química de TU / e en colaboración con TNO, DSM, Brightlands Materials Center (en el consorcio DynAM), y SABIC han creado una tinta a base de elastómero de cristal líquido inspirada en la naturaleza que se puede imprimir en 3D en una superficie a través de Direct-Ink-Writing (DIW). El autor principal del estudio es Ph.D. candidato Jeroen Sol, con Albert Schenning y Michael Debije del grupo de Materiales y dispositivos funcionales sensibles a estímulos (SFD) que encabezan el proyecto de investigación.

"DIW es un enfoque de impresión 3D basado en extrusión en el que una tinta se dispensa desde una pequeña boquilla sobre una superficie capa por capa. Las tintas de cristal líquido colestéricas actuales no se pueden imprimir con DIW, así que creamos una tinta de cristal líquido compatible con DIW, "dice Sol.

La nueva tinta de cristal líquido tiene varias propiedades clave. Primero, Las propiedades reflectantes de la luz de la tinta se basan en la alineación helicoidal precisa de las moléculas en todo el material, lo que requiere un ajuste fino del proceso de impresión. Segundo, las moléculas de la tinta pueden autoensamblarse en estructuras que muestran colores similares a los materiales iridiscentes naturales, como los que tienen alas de mariposa. Tercera, la nueva tinta tiene mayor viscosidad que las tintas anteriores, lo que la hace adecuada para la impresión DIW.

Finalmente, la nueva tinta es novedosa, fácil de hacer, fácil de procesar, y basado en materiales previamente desarrollados por el grupo de investigación SFD en TU / e para recubrimientos reflectantes de luz, que ayudan a que sea adecuado para la impresión 3D.

Alas de mariposa

"Para imprimir correctamente la nueva tinta con DIW, variamos parámetros como la velocidad de impresión y la temperatura. Y para que la tinta se imprima correctamente, también hicimos una tinta que contenía cristales líquidos de bajo peso molecular, ", señala Sol. De manera bastante impresionante, ¡los investigadores pudieron usar la nueva tinta para imprimir alas de mariposa sintéticas!

Sin embargo, para sorpresa de los investigadores, también pudieron controlar la alineación molecular a nanoescala con mucha precisión variando la velocidad de impresión. Esto permitió a los investigadores tener un mayor control sobre la apariencia y las propiedades reflectantes de la luz del material. "Tradicionalmente, este nivel de control solo es posible con dispositivos de fabricación muy especializados, así que hacer esto con la nueva tinta y la impresión 3D DIW es un verdadero avance, "dice Sol.

Aplicaciones futuras

Dado que la nueva tinta de cristal líquido se puede imprimir con DIW, podría usarse en futuros procedimientos de impresión para dispositivos médicos personalizados, como biosensores portátiles delgados que interactúan de forma visual y colorida con el usuario.

"Y lo que es más, la combinación de nuestra nueva tinta y DIW se puede utilizar para imprimir las estructuras ópticas especializadas necesarias para los cascos de realidad aumentada donde las imágenes de la vida real y artificiales se combinan a la perfección, "dice Sol con entusiasmo." Los nuevos materiales podrían encontrar su camino hacia las HoloLenses del futuro, ¡ahora eso sería algo extraordinario! "