Коммерчески доступные жидкие кристаллы, используемые в современных электронных дисплеях, состоят из стержневидных или пластинчатых молекул. При приложении электрического поля молекулы вращаются и выравниваются вдоль направления поля, что приводит к быстрой настройке проходящего света.«Разработанные нами жидкие кристаллы по сути представляют собой жидкую дисперсию, простую водную дисперсию магнитных наностержней», — сказал Ядун Инь, доцент химии, возглавлявший исследовательский проект. «Мы используем магнитные наностержни вместо коммерческих немагнитных стержневидных молекул. Оптически эти магнитные стержни работают аналогично коммерческим стержневидным молекулам, с дополнительным преимуществом, заключающимся в способности быстро реагировать на внешние магнитные поля».
Инь объяснил, что при приложении магнитного поля наностержни самопроизвольно вращаются и выравниваются параллельно направлению поля и влияют на коэффициент пропускания поляризованного света.Результаты исследования появляются в Интернете в Nano Letters. Как свет, проходящий через магнитный жидкий кристалл, регулируется простым изменением направления внешнего магнитного поля.Жидкие кристаллы с магнитным приводом, разработанные лабораторией Инь, обладают рядом уникальных преимуществ.
Во-первых, ими можно управлять дистанционно с помощью внешнего магнитного поля без использования электродов. (Для электрического переключения коммерческих жидких кристаллов требуются прозрачные электроды, изготовление которых очень дорого.) Во-вторых, наностержни намного больше, чем молекулы, используемые в промышленных жидких кристаллах. В результате их ориентация может быть легко зафиксирована путем затвердевания диспергирующей матрицы.Кроме того, магнитные наностержни можно использовать для производства тонкопленочных жидких кристаллов, ориентацию которых можно фиксировать полностью или только в выбранных областях путем сочетания процессов магнитного выравнивания и литографии. Это позволяет создавать шаблоны с различной поляризацией, а также контролировать коэффициент пропускания поляризованного света в выбранных областях.
«Такая тонкая пленка не отображает визуальную информацию при нормальном освещении, но показывает высококонтрастные узоры в поляризованном свете, что сразу же делает ее очень полезной для защиты от подделок», — сказал Инь. «Это невозможно с коммерческими жидкими кристаллами. Кроме того, материалы, используемые в наших магнитных жидких кристаллах, сделаны из оксида железа и кремнезема, которые намного дешевле и более экологичны, чем коммерческие жидкие кристаллы на основе органических молекул».Жидкие кристаллы также могут найти применение в качестве оптических модуляторов — устройств оптической связи для управления амплитудой, фазой, поляризацией и направлением распространения света.Открытие произошло, когда в лаборатории Инь впервые возникла идея использовать магнитные наностержни для замены стержневидных молекул в коммерческих системах для производства жидких кристаллов, которыми можно управлять с помощью магнитов.
Изучив литературу, группа исследователей поняла, что основной проблемой при производстве практически полезных магнитных жидких кристаллов является синтез магнитных наностержней.«Предыдущие попытки были ограничены материалами с очень ограниченными магнитными откликами», — сказал Инь. «Мы использовали наш опыт в синтезе коллоидных наноструктур для производства наностержней магнетита, которые могут образовывать жидкие кристаллы и сильно реагировать даже на очень слабые магнитные поля — даже магнит на холодильник может управлять нашими жидкими кристаллами».