液晶具有均匀的分子结构和取向，为未来的技术提供了令人兴奋的可能性。
它们已经是显示器的基础，显示器利用晶体的方向来显示各种各样的颜色。研究人员想知道，他们是否能够操纵晶体中的微小缺陷，在液体中引入新的功能——例如，用于微小电路的微通道，或用于进行化学反应。但是第一步是保持缺陷稳定。
芝加哥大学(University of Chicago)分子工程研究所(Institute for Molecular Engineering)的研究人员与卢布尔雅那大学(University of Ljubljana)的合作伙伴已经证明，通过使用流动和光的结合，它们可以制造出在液晶中长期保持稳定的缺陷。这一突破发表在2月15日的《科学进展》(Science Advances)杂志上，最终可能导致以新的方式使用液体，比如创造新型自主材料或纳米级反应堆。
“这是第一次，我们可以在不向系统引入任何其他东西的情况下，在纯液体中制造缺陷并加以控制，”芝加哥大学(University of Chicago)分子工程学的刘氏家族教授胡安·德·帕布罗(Juan de Pablo)说。“这可能会产生真正有趣的新物体或新材料。”
为了在液晶中制造缺陷，研究人员使用激光镊子——一种可以操纵纳米级粒子的激光系统——加热并熔化材料中的一个小点或一条线。当液晶的大部分保持有序时，熔化的斑点——几微米大小，仅仅比单个红细胞小一点点——变得杂乱无章。当它冷却时，熔化的液体重新排列，并在它的轨迹上形成一个缺陷。
由于这些缺陷消耗了材料的能量，材料经历了强大的驱动力来消除它们，并最终恢复到一个统一的、无缺陷的状态。
但研究人员发现，如果他们将缺陷置于微流体装置的流动状态——引入持续将缺陷推向不同方向的力——缺陷就无法重新定向并自我湮灭，而是保持稳定。
“通过这样做，我们可以让缺陷保持我们想要的寿命，”de Pablo说，他的开创性工作开发了分子模型和先进的分子和大规模现象的计算模拟。
这样的系统也使他们能够完全控制缺陷的大小和形状。例如，第二次激光脉冲可以将缺陷破碎成碎片，或者将其从一个点移动到另一个点。
为了创建这个系统，德·巴勃罗和他的团队开发了静止液晶的计算模型，它们的缺陷和保持它们稳定所需的精确力。然后，卢布尔雅那大学的研究人员利用这些信息和基础材料的理论处理进行了实验。
这个系统可以为新的显示或传感器技术铺平道路。德·巴勃罗和他的同事们对利用这项技术开发复杂的微流体通道网络很感兴趣，这些通道可以作为微型工厂，具有内置的反应器、分离单元和传输机制。
他们也在寻求开发自主的材料系统，可以通过流动来稳定缺陷。这样的材料可以自己“决定”应该采取什么形状来响应外部提示，最终作为一个集成的系统，可以自己完成简单的任务。
“这项技术可能会有非常有趣的应用，”德·帕布罗说。“我们有雄心勃勃的想法。”
其他作者包括德·帕布罗研究组的博士后研究员张锐;和乌鲁斯人̌Tkalec, Tadej埃米尔̌ič, Žiga科斯、西蒙·Čopar和•奥斯特曼卢布尔雅那大学的。
引文:在纯液体中雕刻稳定的结构。t·埃米尔̌ičet al .,科学的进步,2019年2月15日。doi: 10.1126 / sciadv.aav4283
资助:国家科学基金会
-这篇文章首先发表在分子工程研究所的网站上。