Британские физики превратили жидкие кристаллы в гель с управляемой твердостью

6 октября 2011 года

Британские физики превратили жидкие кристаллы в полутвердое, гелеобразное вещество, добавив в него небольшое количество округлых наночастиц, с помощью которых можно управлять его твердостью - такое "желе" может быть использовано для производства высокочувствительных биосенсоров и фундаментальных научных исследований, говорится в статье, опубликованной в журнале Science.

Уилсон Пун (Wilson Poon) из Эдинбургского университета и его коллеги использовали так называемые нематические жидкие кристаллы. Одиночные молекулы в такой жидкости сильно вытянуты по своей "длинной" оси и могут свободно перемещаться в этом направлении. Подобные вещества ведут себя как обычные жидкости. Нематические кристаллы широко используются в производстве дешевых TFT-дисплеев для телефонов, ноутбуков и компьютеров.

В ходе эксперимента физики попытались превратить жидкие кристаллы в твердое тело, добавив в жидкие кристаллы некоторое количество округлых наночастиц диаметром в два нанометра из полимера PMMA.

Авторам статьи пришлось взбить эту смесь специальным "миксером" для того, чтобы шарики не слипались друг с другом и равномерно распределились между молекулами жидких кристаллов. После этого такая жидкость или "творог", в зависимости от концентрации шариков, остается стабильной в течение нескольких месяцев или даже более длительного срока.

Пун и его коллеги обнаружили, что смесь из шариков и жидких кристаллов превращается в полутвердый гель в том случае, если жидких кристаллов примерно в два раза больше по объему, чем наночастиц. Авторы статьи изучили структуру такого геля при помощи электронного микроскопа и провели несколько компьютерных симуляций.

Ученые отмечают, что смесь ведет себя как жидкость при концентрации шариков ниже 20%, и как твердое вещество - при превышении этого значения. В первом случае наночастицы скапливаются в жидкости в виде несвязанных друг с другом клубков, и не образуют единую структуру.

Во втором случае наночастицы попадают в промежутки между "хвостами" молекул-кристаллов и не дают им повернуться в "общепринятом" направлении, параллельно другим кристаллам. Когда такие нарушения накапливаются в достаточном количестве, они по сути соединяются друг с другом и образуют аморфную структуру - так выглядит "изнутри" обычное стекло.

Как отмечают исследователи, из жидкокристаллического геля можно легко лепить фигуры и отливать "скульптуры" при помощи формы, если желе предварительно нагреть.

Биологи полагают, что их изобретение может применяться для производства сверхчувствительных биосенсоров, способных удерживать и изучать одиночные клетки, а также для изучения так называемого "вороночного стекла" - внутренней структуры некоторых сверхпроводников.