Красноярские ученые разработали метод управления ориентационной структурой холестерического жидкого кристалла в микрокаплях за счет управляемого отключения электрического поля. Данный метод позволит на основе таких микрокапель создавать фотонные, оптоэлектронные элементы нового типа, а также элементы систем защиты информации. Результаты исследования опубликованы в журнале Molecules.

Жидкие кристаллы известны благодаря экранам смартфонов и телевизоров. Особенный тип жидких кристаллов — это холестерический жидкий кристалл, который обладает специфическим распределением молекул в объеме, поэтому способен избирательно отражать свет определенной длины волны. Жидкие кристаллы, помещенные в полимерную пленку в виде сферических микрокапель — ключевая технология для создания новых материалов, например, электронной бумаги, «умных окон» с регулируемой прозрачностью или цветом, а также систем защиты информации в борьбе с подделками, и даже для защиты волоконно-оптических линий связи.

Ученые Красноярского научного центра СО РАН и Сибирского федерального университета научились с помощью электрических импульсов переключать структуры жидкого кристалла внутри микроскопических капель.

В работе изучались сферические капли жидкого кристалла микронных размеров, помещенные в полимер. Ученые наблюдали сложные «узоры», отражающие структурирование жидкого кристалла внутри капель. В исходном состоянии в каплях формируется радиальная сферическая структура. Она похожа на разрезанную луковицу: имеет слои и определенную симметрию. Когда на каплю действует внешнее электрическое поле, эта структура «раскручивается», молекулы ровно выстраиваются по направлению поля. При разных режимах отключения электрического поля структура в каплях не сразу возвращается в исходную, а собирается в пространственные «узоры», отличающиеся взаимным расположением слоев и дефектов. Такие устойчивые, но не на долгое время, конфигурации специалисты называют метастабильными состояниями. В отличие от стабильных структур, они ограничены во времени от нескольких минут до десятков часов. Для каждого метастабильного состояния характерен свой режим отключения. Таким образом, структуру жидкого кристалла можно переводить в любое метастабильное состояние по желанию.

«Капли холестерических жидких кристаллов обладают богатым разнообразием структур, при этом они чувствительны к внешним воздействиям. Оказалось, что управлять этим разнообразием можно, подбирая режимы отключения электрического поля. Раскрывая законы структурирования жидких кристаллов, в частности, в капельных дисперсиях, можно создавать материалы с прогнозируемыми свойствами. Это является перспективным направлением фотоники, а также гибкой электроники», — рассказала руководитель проекта и одна из авторов работы Анна Гардымова, кандидат технических наук, старший научный сотрудник ФИЦ КНЦ СО РАН, доцент СФУ.

Исследование поддержано Российским научным фондом (№ 25-22-00053).

Источник: ФИЦ КНЦ СО РАН