Llevando una doble vida como sólidos y líquidos, Los cristales líquidos ocupan el centro del escenario para crear más pequeños, tecnologías más rápidas y eficientes. Incluso a nivel de partículas individuales, Los cristales líquidos pueden doblar la luz y reaccionar a fuerzas externas. como campos eléctricos o empujones y tirones físicos. Y entonces, una pequeña cantidad de cristales líquidos suele ser suficiente para lograr un alto rendimiento en muchas aplicaciones, que van desde pantallas de monitor hasta paneles solares.

Pero para aprovechar al máximo las maravillosas propiedades de un cristal líquido, sus partículas constituyentes deben ensamblarse sistemáticamente.

En un nuevo estudio, Investigadores de la Universidad de Texas A&M han descubierto 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 sí y eventualmente se convierten en cristales líquidos puros, dijeron los investigadores.

"El nuestro es el primer estudio de prueba de concepto que demuestra que el gradiente de temperatura es un pero simple, herramienta para ensamblar cristales líquidos de alta calidad, "dijo el Dr. Zhengdong Cheng, profesor en el Departamento de Ingeniería Química de Artie McFerrin. "También, Nuestros resultados indican que podemos mover cristales líquidos simplemente variando la temperatura, una propiedad que potencialmente puede usarse para transportar partículas de cristal líquido de un lugar a otro, así allanando el camino para aplicaciones más allá de las que se asocian comúnmente con los cristales líquidos en la actualidad ".

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. Como moléculas en sólidos que forman cristales, los de cristales líquidos están dispuestos de forma semi-sistemática, como autos en un estacionamiento parcialmente lleno. Pero los cristales líquidos también son líquidos y pueden asumir cualquier forma, como líquidos. Es más, en su avatar de cristal líquido, los materiales suelen mostrar propiedades exóticas. Por ejemplo, dividen los haces de luz o cambian sus alineaciones moleculares en respuesta a los campos eléctricos.

Pero el que un material pueda asumir o no un estado de cristal líquido depende de la forma general de sus partículas constituyentes. Las sustancias compuestas por partículas esféricas no forman cristales líquidos. Por otra parte, los materiales que constan de partículas alargadas como varillas o planas como discos 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 forma más grande, estructuras bidimensionales planas en su estado cristalino líquido.

"Muchas partículas que se encuentran en la naturaleza, como glóbulos rojos, nucleosomas y partículas de arcilla, tienen forma de disco y en las circunstancias adecuadas, pueden autoensamblarse en cristales líquidos, "dijo Cheng." Entonces, utilizamos fosfato de circonio como sustituto para investigar si existe una forma 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 suficientes 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 podía hacer que las partículas esféricas se ensamblaran en grupos de cristales. Usando el mismo principio, su equipo investigó si se podían usar temperaturas variables para ensamblar el fosfato de circonio en cristales líquidos.

Por sus experimentos, el equipo de Texas A&M hizo una mezcla de fosfato de circonio y agua y la llenó en una capa delgada, tubos de dos pulgadas de largo, asegurándose de que la cantidad de fosfato de circonio fuera lo suficientemente pequeña como para no desencadenar la cristalización líquida automática. Próximo, aplicaron calor de tal manera que la diferencia de temperatura entre los extremos del tubo era de alrededor de 10 grados.

Dentro de una hora, Cheng y su equipo encontraron que las partículas de fosfato de circonio en el extremo más frío del tubo comenzaron a deslizarse hacia el extremo más cálido, desencadenando la cristalización líquida desde el extremo más cálido del tubo.

"Al igual que el agua en una olla hirviendo circula desde el fondo donde está caliente hasta la parte superior del recipiente donde está fría, el agua en nuestros tubos también circulaba de temperaturas más cálidas a más frías, "dijo Dali Huang, estudiante de posgrado en la Facultad de Ingeniería de Texas A&M y autor principal del estudio. "Respectivamente, 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 a las partículas de fosfato de circonio a posicionarse sistemáticamente hasta que forman cristales líquidos. Además, encontraron 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, potencialmente podemos aprovechar esta geometría para cargar partículas medicinales en sus superficies planas y luego variar la temperatura para transportarlas a una parte específica del cuerpo ".