Imaginez utiliser une lingette nettoyante qui pourrait détecter la présence d'une bactérie ou d'un agent pathogène et changer de couleur, ou un masque respiratoire N95 qui pourrait détecter la présence du nouveau coronavirus et réagir de manière à alerter le porteur, afin qu'ils sachent quand ils doivent le changer.

Christine Tang, Doctorat., professeur adjoint au département de génie chimique et des sciences de la vie de la Virginia Commonwealth University, teste de nouvelles façons de donner vie à ces scénarios en filant des cristaux liquides en fibres qui changent de couleur à différentes températures.

Tang et les étudiants de son équipe de projets à intégration verticale ont travaillé sur un projet avec l'armée américaine pour fabriquer des fibres avec ces propriétés apparemment magiques ou thermochromiques. Au lieu d'un rouet, Le laboratoire de Tang utilise un instrument d'électrofilage dans un processus qu'elle a comparé à la fabrication de barbe à papa. Une buse génère le matériau, qui est ensuite tiré dans une fibre et roulé en feuilles.

Le groupe de Tang détermine comment la fibre et les cristaux liquides peuvent être traités afin qu'une augmentation ou une baisse de température entraîne un changement " afin que nous puissions toujours obtenir de la couleur, mais aussi comprendre fondamentalement comment ce traitement affecte le changement de phase."

Ces « tissus intelligents » sont faits de doux, matériaux légers et élastiques et pourraient être utilisés dans des vêtements tels que le camouflage ou pour d'autres applications telles que la détection de la présence d'un agent pathogène comme un virus. Ils ont également été utilisés pour créer des capteurs et des appareils portables.

Tang travaille à l'échelle nanométrique, où une nanofibre vaut 1, 000 fois plus petit que la largeur d'un cheveu humain. Ses domaines de recherche incluent les nanomatériaux polymères fonctionnels et les nanoparticules.

Les nanomatériaux polymères sont constitués de plastiques tels que le nylon ou le polyéthylène, le même type de matériau utilisé pour fabriquer des bouteilles de soda en plastique. Le laboratoire de Tang fabrique des nanofibres non tissées, semblable à un sac de courses réutilisable, qui peut être facilement produit en série.

« Nous aimons réfléchir à la façon dont nous pouvons ajouter de la fonction à ces matériaux, " elle a dit.

Dans le cas du masque N95, elle a dit, un porteur saurait "quand vous deviez le changer, au lieu de deviner." Avec les lingettes nettoyantes, "vous pouvez continuer à essuyer jusqu'à ce qu'il ne change plus de couleur."

Dans son enquête sur la compréhension des propriétés fondamentales de ces matériaux, Tang teste comment fabriquer des fibres thermochromiques en incorporant des formulations de cristaux liquides dans des nanofibres électrofilées.

Aaron Wimberly, une junior majeure en génie chimique et sciences de la vie, a commencé à travailler sur le projet l'été avant sa deuxième année.

« Quand je suis entré pour la première fois dans le laboratoire et que le Dr Tang me montrait certains des échantillons de tapis tissés électrofilés et de solutions polymères, c'était vraiment, vraiment cool, " a-t-il déclaré. Il a depuis aidé à fabriquer des échantillons qui peuvent changer de couleur.

Tang a déclaré que certains chercheurs dans le domaine se concentrent sur les liquides tandis que d'autres sur les polymères. Son approche, à l'intersection des deux, applique des méthodes généralement utilisées pour les liquides à ces matériaux.

Les cristaux liquides, qui sont entre les phases liquide et solide, ont la propriété optique de la couleur réfléchie - "le même principe qui donne aux ailes de papillon leur couleur au lieu de colorants qui absorbent la couleur, " dit Tang.