Ang mga bagong likidong kristal ay nilikha na kahawig ng mga solidong kristal – maaaring mapabuti ang mga pagpapakita ng computer at TV

Lumilikha ang mga siyentista ng mga likidong kristal na halos kapareho ng mga solidong analogue.

Ang koponan ng University of Colorado Boulder ay bumuo ng mga bagong uri ng mga likidong kristal na sumasalamin sa mga buhol-buhol na istraktura ng ilang mga solidong kristal – isang mahalagang hakbang pasulong sa paglikha ng mga likidong materyales na maaaring tumugma sa makulay na pagkakaiba-iba ng mga mineral at gemstone form – mula sa lazulite hanggang sa topaz.

Ang mga natuklasan ng pangkat ay na-publish noong Peb. 10, 2021, sa isang journal Kalikasan, maaaring humantong sa isang araw sa mga bagong uri ng matalinong bintana at pagpapakita sa TV o computer na maaaring yumuko at makontrol ang ilaw na hindi katulad ng dati.

Ang mga resulta ay kumulo sa isang pag-aari ng mga solidong kristal na pamilyar sa maraming mga chemist at gemologist: Symmetry.

Si Ivan Smolyukh, isang propesor sa departamento ng pisika ng CU Boulder, ay nagpaliwanag na inuri ng mga siyentista ang lahat ng kilalang mga kristal sa pitong pangunahing klase, pati na rin ang maraming iba pang mga subclass, batay sa bahagi sa “pagpapatakbo ng mahusay na proporsyon” ng kanilang panloob na mga atomo. Sa madaling salita, gaano karaming mga paraan ang maaari mong ipasok ang isang haka-haka na salamin sa loob ng isang kristal o paikutin ito habang nakikita mo ang parehong istraktura? Isipin ang sistemang pag-uuri na ito tungkol sa 32 na lasa ng Baskin-Robbins, ngunit para sa mga mineral.

Gayunpaman, hanggang ngayon, nabigo ang mga siyentista na lumikha ng mga likidong kristal – dumadaloy na materyales na matatagpuan sa karamihan sa mga modernong teknolohiya ng imaging – na may parehong mga lasa.

“Alam namin ang lahat tungkol sa lahat ng mga posibleng simetrya ng mga solidong kristal na maaari nating gawin. Mayroong 230 sa kanila, “sabi ni Smalyukh, isang nakatatandang may-akda ng bagong pag-aaral at isang empleyado ng Institute for Renewable S Source and Sustainable Energy (RASEI) sa Boulder Council. “Pagdating sa nematic liquid crystals, katulad ng karamihan sa mga display, mayroon lamang kaming iilan na naipakita sa ngayon.”

Iyon ay, pa rin.

Nematic na likidong kristal

Isang tradisyonal, “nematic” na likidong kristal na nakikita sa ilalim ng isang mikroskopyo. May-akda: Smolyukha Laboratory

Sa kanilang mga kamakailang natuklasan, ang Smolyukh at mga kasamahan ay gumawa ng isang paraan upang maitayo ang mga unang likidong kristal, na kahawig ng mga kristal na monoclinic at arthromorbic – dalawa sa pitong pangunahing mga klase ng solidong kristal. Ang mga resulta ng pag-aaral, sinabi niya, ay nagbibigay ng kaayusan sa magulong mundo ng mga likido.

“Maraming mga posibleng uri ng mga likidong kristal, ngunit kakaunti ang natagpuan sa ngayon,” sabi ni Smolyukh. “Napakagandang balita para sa mga mag-aaral dahil marami pang mahahanap.”

Mahusay na simetrya sa aksyon

Upang maunawaan ang simetrya sa mga kristal, isipin muna ang iyong katawan. Kung maglalagay ka ng isang higanteng salamin na dumaraan sa gitna ng iyong mukha, makakakita ka ng isang pagmuni-muni na mukhang (higit pa o mas kaunti) na katulad ng parehong tao.

Ang mga solidong kristal ay may katulad na mga katangian. Ang mga kristal na kubiko, na nagsasama, halimbawa, mga brilyante at pirit, ay binubuo ng mga atomo na nakaayos sa hugis ng isang perpektong kubo. Marami silang operasyon ng symmetry.

“Halimbawa, kung paikutin mo ang mga kristal na ito 90 o 180 degree sa paligid ng maraming mga espesyal na palakol, halimbawa, ang lahat ng mga atomo ay mananatili sa mga tamang lugar,” sabi ni Smolyukh.

Monoclinic na likidong kristal

Ang grapikong pagguhit na ipinapakita ang pag-aayos ng mga hugis ng disc na molekula sa isang monoclinic na likidong kristal na may dalawang symmetries. May-akda: Smolyukha Laboratory

Ngunit may iba pang mga uri ng mga kristal. Ang mga atom sa loob ng mga kristal na monoclinic, na may kasamang dyipsum o lazulite, ay nakaayos sa isang hugis na katulad ng isang pahilig na haligi. I-on o paikutin ang mga kristal na ito ang kailangan mo at mayroon lamang silang dalawang magkakaibang mga simetrya – isang salaming eroplano at isang axis ng pag-ikot ng 180 degree, o isang mahusay na proporsyon na maaari mong makita sa pamamagitan ng pag-ikot ng kristal sa paligid ng isang axis at napansin na ito ay katulad ng bawat 180 degrees. Tinawag ito ng mga siyentista na isang estado ng “mababang simetrya.”

Gayunpaman, ang mga tradisyunal na likidong kristal ay hindi nagpapakita ng gayong mga kumplikadong istraktura. Halimbawa, ang pinakakaraniwang mga likidong kristal ay binubuo ng maliliit na hugis ng mga tungkod. Sa ilalim ng mikroskopyo, may posibilidad silang pumila tulad ng dry pasta noodles na itinapon sa isang palayok, sinabi ni Smolukh.

“Kapag maaaring dumaloy ang mga bagay, karaniwang hindi sila nagpapakita ng mababang mababang simetrya,” sabi ni Smolyukh.

Mag-order sa likido

Nais niyang malaman ng mga kasamahan niya kung mababago nila iyon. Upang magsimula, ang koponan ay naghalo ng dalawang magkakaibang uri ng mga likidong kristal. Ang una ay isang maginoo na klase na binubuo ng mga molekulang hugis-pamalo. Ang pangalawa ay binubuo ng mga maliit na butil sa anyo ng mga ultrathin disk.

Nang pagsamahin sila ng mga mananaliksik, napansin nila ang isang kakaibang bagay: sa ilalim ng tamang mga kondisyon sa laboratoryo, ang dalawang uri ng mga kristal na ito ay nagtulak at pinisil sa bawat isa, binabago ang oryentasyon at lokasyon. Ang resulta ay isang nematic liquid na kristal na may isang mahusay na proporsyon na katulad ng isang solidong monoclinic na kristal. Ang mga molekula sa loob ay nagpakita ng isang tiyak na mahusay na proporsyon, ngunit isang salaming eroplano lamang at isang axis ng pag-ikot ng 180 degree.

Sa madaling salita, lumikha ang pangkat ng isang materyal na may mga katangian ng matematika ng isang lazulite o dyipsum na kristal, ngunit ang kanilang mga sangkap ay maaaring dumaloy tulad ng isang likido.

“Humihingi kami ng napakahalagang tanong: anong mga paraan ng pagsasama-sama ng kaayusan at likido sa isang materyal na maaaring pagsamahin?” sabi ni Smolyukh.

At ang pagbuo ng koponan ay pabago-bago: halimbawa, kung pinainit mo ang mga likidong kristal o pinalamig ang mga ito, maaari mo itong gawing isang bahaghari ng iba’t ibang mga istraktura, bawat isa ay may sariling mga katangian, sinabi ni Haridas Mundur, nangungunang may-akda ng bagong gawa. Ito ay napaka-maginhawa para sa mga inhinyero.

“Nag-aalok ito ng iba’t ibang mga paraan na maaaring baguhin ang mga teknolohiya sa pagpapakita na maaaring mapabuti ang kahusayan ng enerhiya ng mga aparato tulad ng mga smartphone,” sabi ni Mandur, isang mananaliksik sa CU Boulder.

Siya at ang kanyang mga kasamahan ay malayo pa rin sa paggawa ng mga likidong kristal na maaaring magtiklop sa buong saklaw ng mga solidong kristal. Ngunit ang bagong pahayagan ay nagdadala sa kanila ng mas malapit kaysa dati – magandang balita para sa mga tagahanga ng mga makintab na bagay saan man.

Sanggunian: “Thermally reconfigurable monoclinic nematic colloidal fluid” nina Haridas Mundur, Jin-Sheng Wu, Henrikos H. Vensink at Ivan I. Smolyukh, Pebrero 10, 2021, Kalikasan.
DOI: 10.1038 / s41586-021-03249-0

Ang iba pang mga kapwa may-akda ng bagong akda ay kinabibilangan nina Gene-Sheng (Jason) Wu, isang nagtapos na mag-aaral sa CU Boulder, at Henricus Vensink ng University of Paris-Saclé.

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

Ang paglulunsad ng NASA Walnops rocket ay makikita sa East America

Mapa ng visibility ng Kinnet-X. Kredito: NASA A. Mission upang tuklasin ang transportasyon sa kalawakan gamit ang enerhiya a NASA Ang rocket na tunog...

Nakikita ng NASA ang mga alon sa ibabaw ng dagat [Video]

Ang mga alon sa loob, o mga papasok na alon, ay maaaring umabot ng daan-daang mga paa sa ibaba ng ibabaw ng karagatan, ngunit...

Mga Kamangha-manghang Dinosauro na Naghahanap ng Kadiliman

Muling pagbuo ng Shuvuuia deserti artist. Kredito: Viktor Radermaker Ang maliit na dinosauro na nakatira sa disyerto ng Shuvuuia ay may natatanging paningin at...

Ang “Molecular glue” ay nagdaragdag ng kahusayan at ginagawang mas maaasahan ang pereskite solar cells sa paglipas ng panahon

Ginamit ng mga mananaliksik ang self-assemble na solong-layer na "molekular na pandikit" upang patigasin ang mga interface sa pereskite solar cells upang gawing mas...

Ang pag-iimbak ng nababagong enerhiya sa mga bato sa halip na mga baterya ng lithium

Kapag may labis na kuryente mula sa hangin o solar na enerhiya, sisingilin ang supply ng enerhiya. Ginagawa ito gamit ang isang sistema...

Newsletter

Subscribe to stay updated.