Les robots et les appareils photo du futur pourraient être fabriqués à partir de cristaux liquides, grâce à une nouvelle découverte qui élargit considérablement le potentiel des produits chimiques déjà courants dans les écrans d'ordinateur et les montres numériques.
Les résultats, un moyen simple et peu coûteux de manipuler les propriétés moléculaires des cristaux liquides avec exposition à la lumière, sont désormais publiés dans Advanced Materials. .
"Grâce à notre méthode, n'importe quel laboratoire disposant d'un microscope et d'un ensemble de lentilles peut organiser l'alignement des cristaux liquides selon le modèle qu'il souhaite", a déclaré l'auteur Alvin Modin, doctorant étudiant la physique à Johns Hopkins. "Les laboratoires industriels et les fabricants pourraient probablement adopter cette méthode en un jour."
Les molécules de cristaux liquides s'écoulent comme un liquide, mais elles ont une orientation commune comme dans les solides, et cette orientation peut changer en réponse à des stimuli. Ils sont utiles dans les écrans LCD, les instruments d’imagerie biomédicale et d’autres appareils nécessitant un contrôle précis de la lumière et des mouvements subtils. Mais contrôler leur alignement en trois dimensions nécessite des techniques coûteuses et compliquées, a déclaré Modin.
L'équipe, qui comprend Robert Leheny, professeur de physique à Johns Hopkins, et Francesca Serra, professeure de recherche adjointe, a découvert qu'elle pouvait manipuler l'orientation tridimensionnelle des cristaux liquides en contrôlant l'exposition à la lumière d'un matériau photosensible déposé sur du verre.
Ils ont projeté une lumière polarisée et non polarisée sur les cristaux liquides à travers un microscope. Dans une lumière polarisée, les ondes lumineuses oscillent dans des directions spécifiques plutôt que de manière aléatoire dans toutes les directions, comme elles le feraient dans une lumière non polarisée. L'équipe a utilisé cette méthode pour créer une lentille microscopique de cristaux liquides capable de focaliser la lumière en fonction de la polarisation de la lumière qui la traverse.
Tout d’abord, l’équipe a émis une lumière polarisée pour aligner les cristaux liquides sur une surface. Ensuite, ils ont utilisé une lumière ordinaire pour réorienter les cristaux liquides vers le haut à partir de ce plan. Cela leur a permis de contrôler l'orientation de deux types de cristaux liquides courants et de créer des motifs avec des caractéristiques de la taille de quelques micromètres, soit une fraction de l'épaisseur d'un cheveu humain.
Les résultats pourraient conduire à la création d'outils programmables qui changent de forme en réponse à des stimuli, comme ceux nécessaires aux robots souples ressemblant à du caoutchouc pour gérer des objets et des environnements complexes ou aux objectifs de caméra qui se concentrent automatiquement en fonction des conditions d'éclairage, a déclaré Serra, qui est également associé. professeur à l'Université du Danemark du Sud.
"Si je voulais créer une forme tridimensionnelle arbitraire, comme un bras ou une pince, je devrais aligner les cristaux liquides de manière à ce que lorsqu'il est soumis à un stimulus, ce matériau se restructure spontanément dans ces formes", a déclaré Serra. "Jusqu'à présent, l'information manquante était de savoir comment contrôler cet axe tridimensionnel de l'alignement des cristaux liquides, mais nous avons désormais un moyen de rendre cela possible."
Les scientifiques travaillent pour obtenir un brevet pour leur découverte et prévoient de la tester davantage avec différents types de molécules de cristaux liquides et de polymères solidifiés constitués de ces molécules.
"Certains types de structures ne pouvaient pas être tentés auparavant parce que nous n'avions pas le bon contrôle de l'alignement tridimensionnel des cristaux liquides", a déclaré Serra. "Mais maintenant nous le faisons, donc l'imagination de chacun est limitée pour trouver une structure intelligente à construire avec cette méthode, en utilisant un alignement variable tridimensionnel de cristaux liquides."
Plus d'informations : Alvin Modin et al, Photo-structuration spatiale du pré-inclinaison des cristaux liquides nématiques et son application dans la fabrication de lentilles plates à indice de gradient, Matériaux avancés (2024). DOI :10.1002/adma.202310083
Informations sur le journal : Matériaux avancés
Fourni par l'Université Johns Hopkins
