液晶被广泛应用于显示器等技术中，显示器可以操纵液晶的方向，在光谱中显示颜色。
在传统的显示器中，液晶是稳定均匀的，没有缺陷。但这种静止状态可以通过在晶体中添加细菌来改变，从而创造出科学家和工程师们所称的“活液晶”:能够自主活动的材料。当细菌在液晶周围游动时，它们会产生可用于工程目的的“缺陷”。
芝加哥大学普利兹克分子工程学院(Pritzker School of Molecular Engineering at the University of Chicago)的研究人员，以及芝加哥大学附属阿贡国家实验室(Argonne National Laboratory)的同事，展示了这种材料在这个过程中是如何变得活跃和无序的，从弯曲的不稳定性创造出花卉图案，最终导致缺陷的产生。但是结果不仅仅是美观的:它们是理解如何最终控制依赖于缺陷形成的新兴技术的这种材料的重要一步。
”这些不稳定的起源一直是一个相当大的争论的话题,现在我们真正了解这个过程是如何工作的,这最终将导致控制这种材料的行为方式,”胡安·德·巴勃罗说,刘家族分子工程学教授和这项研究的合作者,最近发表在《物理评论X。
理解模式形成
活的液晶是能独立起作用的材料的一个例子。在自然界中，这些物质负责细胞的运动。细胞内的蛋白质沿着聚合物分子的表面“行走”，并施加一种力来引起位移和运动。
“人们对这些材料有很大的兴趣，因为它们复杂、漂亮、相关，”国家实验室副主任德·帕布罗(de Pablo)说。“但我们想知道它们是如何产生运动和运输的。”
在实验室里，创造这种自主材料的一种方法是将液晶与细菌结合，当细菌移动时，液晶就会发生紊乱。
为了研究这种材料是如何变得活跃起来的，研究人员将游动的细菌与液晶以两种形式结合在一起:一种是附着在玻璃片上的针头上的水滴的底部表面附近，另一种是一层薄薄的独立薄膜。
虽然细菌和液晶最初是通过磁场排列的，但当磁场关闭时，细菌开始自行移动，导致“弯曲不稳定”。这些不稳定性看起来就像花朵上的花瓣或从树上发散出来的树枝。分枝数受细菌活性的控制。
“随着时间的推移，不稳定性变得越来越突出，直到系统最终变得完全混乱，”德帕布罗说。
通过这些实验和计算模拟，研究人员发现了这些不稳定性是如何通过应变和几何形状形成的，因此开发了一种创建和定位弯曲不稳定性的方法。
为未来的技术控制晶体
研究人员希望利用这些信息能够完全控制这些活的液晶。这将使他们最终创造出一种新型的微流体装置，可以在没有泵或压力的情况下自动输送液体，或者创造出一种类似细胞的合成系统，可以自动地从一个地方移动到另一个地方。
“我们真的有可能控制这些材料，并将它们用于有趣的新技术，”德帕布罗说。
其他作者包括阿贡的物理学家Alexey Snezhko;Argonne的助理科学家Andrey Sokolov;博士后研究员Ali Mozaffari和Rui Zhang。
引文:在主动向列相学中出现了弯曲条纹放射状树。Sokolov等。《物理评论》X, 2019年7月30日。doi: 10.1103 / PhysRevX.9.031014
资金来源:美国能源部
-文章最初发表在普利兹克分子工程学院的网站上。