Neue Kristalle für Displaytechnologien der nächsten Generation

• Forscher haben eine neue Methode entwickelt, um einen Flüssigkristall im Kristall zu formen.
• Dieser Kristall könnte verwendet werden, um Display- und Sensortechnologien der nächsten Generation zu entwickeln, die viel weniger Energie verbrauchen würden.

Flüssigkristall ist die mittlere Phase zwischen herkömmlichen Flüssigkeiten und festen Kristallen. Es kann seine Form wie eine Flüssigkeit ändern, hat aber die molekularen Ausrichtungseigenschaften eines festen Kristalls.

Aufgrund ihres einzigartigen Verhaltens werden sie in elektronischen Displays und modulierten optischen Geräten verwendet. LCDs haben beispielsweise ein breites Anwendungsspektrum, darunter Computermonitore, Instrumententafeln, Fernseher, Digitalkameras und mehr.

Jetzt hat ein Forschungsteam der University of Chicago eine neue Methode entwickelt, um einen Flüssigkristall im Kristall zu formen, der zur Entwicklung von Display- und Sensortechnologien der nächsten Generation verwendet werden könnte.

Kristalle der blauen Phase

Die molekulare Orientierung von Flüssigkristallen ist der Hauptgrund, warum sie für zahlreiche Displaytechnologien verwendet werden. Die Moleküle können auch in sehr regelmäßigen Mustern angeordnet werden, um sichtbares Licht zu reflektieren. Diese Konfiguration ist als Blue Phase Crystals (BPC) bekannt.

BPC weisen sehr regelmäßige Merkmale auf, die sichtbares Licht reflektieren oder durchlassen. Sie haben eine schnellere Reaktionszeit und bessere optische Eigenschaften im Vergleich zu herkömmlichen Flüssigkristallen.

Referenz:Wissenschaftlicher Fortschritt | DOI:10.1126/sciadv.aax9112 | Universität von Chicago 

Und da lichtreflektierende Elemente in BPCs durch große Abstände voneinander getrennt sind (bis zu 300 Moleküldurchmesser statt nur ein paar Atome), können ihre Grenzflächen leicht konstruiert werden. Diese Grenzflächen sind verantwortlich für chemische Reaktionen, mechanische Umwandlungen und behindern den Transport von Schall, Licht und Energie.

Diese Eigenschaften machen BPCs zu einem perfekten Kandidaten für optische Technologien.

Einen Kristall mit einem anderen Kristall formen

Das Forschungsteam entwickelte eine auf Lithographie basierende Technologie, um eine BPC-Schnittstelle zu entwickeln. Sie strukturierten Oberflächen chemisch, um Flüssigkristalle abzuscheiden und ihre molekulare Orientierung zu manipulieren.

Der Flüssigkristall verstärkt dann selbst die molekulare Orientierung, wodurch ein spezifischer blauer Kristall innerhalb eines anderen blauen Phasenkristalls geformt werden kann. Es ermöglichte den Forschern, innerhalb der Flüssigkristalle besondere maßgeschneiderte Kristallformen zu bauen, eine Leistung, die noch nie zuvor erreicht wurde.

Flüssigkristalle | Bildnachweis:Martelj/Wikimedia

Sowohl Strom als auch Temperatur können verwendet werden, um den neu geformten Kristall zu manipulieren (oder seine Farben zu ändern). Mit anderen Worten, entweder Strom oder Temperatur können eine blaue Phase in eine andere blaue Phase ändern.

Bedeutung

Das bedeutet, dass wir jetzt ein Material haben, das auf äußere Reize reagieren und Licht bei bestimmten Wellenlängen reflektieren kann. Die optischen Eigenschaften dieses Materials lassen sich präzise verändern.

Und da dieser Kristall-im-Kristall über Spannung, Temperatur oder hinzugefügte Chemikalien gesteuert werden kann, könnte er für bessere Anzeigetechnologien und Sensoranwendungen verwendet werden.

Diese Kristalle erfordern kleine Spannungs- oder Temperaturschwankungen, um die Farbe zu ändern, daher würden Geräte, die mit solchen Materialien gebaut wurden, deutlich weniger Energie verbrauchen als bestehende Displays.

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Die Studie ermöglicht es Wissenschaftlern, Kristalle im Nanobereich zu manipulieren und sie zum Aufbau perfekt einheitlicher Strukturen zu verwenden. Forscher planen, mit anderen optischen Geräten und Materialien zu experimentieren. Sie werden dieselbe Technik verwenden, um noch komplexere Systeme zu entwickeln.