Para peneliti mendemonstrasikan cara mengontrol pola kristal cair

(Indonesian) THRIVE: What On Earth Will It Take? (Juli 2019).

Anonim

Ketika Lisa Tran berangkat untuk menyelidiki pola dalam kristal cair, dia tidak tahu apa yang diharapkan. Ketika dia pertama kali melihat melalui mikroskop, dia melihat bola-bola kecil yang menari-nari dengan pola-pola seperti sidik jari yang ditorehkan ke dalam mereka yang berputar dan diratakan sebagai solusi yang mereka gambarkan berubah.

Pemandangan itu begitu indah sehingga Tran, seorang mahasiswa pascasarjana di Departemen Fisika dan Astronomi di Sekolah Seni dan Ilmu Pengetahuan Universitas Pennsylvania, menyerahkan video itu ke Kompetisi Dunia Kecil Nikon dan akhirnya memenangkan tempat kelima. Tetapi pentingnya hasil jauh melampaui daya tarik estetika mereka, dengan aplikasi yang mungkin dalam biosensing dan pemanenan energi.

Kristal cair, cairan dengan fase selaras molekul konstituen, digunakan dalam segala hal mulai dari display komputer dan televisi hingga cincin suasana hati. Karena kristal cair terbuat dari molekul mirip batang, mereka memiliki sifat optik khusus, seperti mengubah warna ketika mereka berinteraksi dengan sinyal listrik atau cahaya.

Untuk penelitian ini, Tran mengurung kristal cair di dalam tetesan, menciptakan cangkang yang mengambang di air. Tran dan penasihatnya, Randall Kamien, Profesor Vicki dan William Abrams dalam Ilmu Pengetahuan Alam di Penn, menggambarkan tetesan itu sebagai "gelembung mewah." Untuk membuat pola, Tran kemudian menambahkan surfaktan, atau molekul sabun, ke air.

"Cara sabun biasanya bekerja, " kata Tran, "adalah Anda mencampurnya dengan air dan membentuk tetesan kecil dengan minyak untuk menghilangkannya dari tangan atau piring Anda."

Karena kristal cair mirip dengan minyak, surfaktan tertarik ke cangkang kristal cair, menyebabkan molekul untuk memesan dengan cara yang berbeda dan menciptakan pola mencolok. Semakin banyak sabun yang dia tambahkan ke solusi, semakin banyak pola berubah. Menambahkan air menyebabkan pola berbalik arah.

Mampu mengendalikan pola-pola yang terbentuk pada kristal cair dapat berguna dalam menciptakan koloid tambal sulam, partikel mikroskopis yang tersuspensi dalam air yang difungsikan, yang berarti seseorang dapat menempelkan molekul ke titik-titik tertentu pada partikel.

"Jika kamu berpikir tentang bola pingpong, itu benar-benar tidak menarik, " kata Kamien. "Tapi kemudian Anda berpikir tentang bola golf, yang serupa dalam ukuran, tetapi ada lesung pipi di atasnya. Jadi hal tentang pekerjaan Lisa adalah bahwa dengan mengendalikan pola-pola yang Anda lihat secara optik, itu secara fisik tekstur permukaan, yang memungkinkan Anda untuk lampirkan benda-benda di tempat-tempat tertentu. "

Makalah ini, yang diterbitkan dalam Physical Review X, dipimpin oleh Tran dan Kamien bekerjasama dengan Kathleen Stebe, Richher & Elizabeth Goodwin Professor, dan profesor Daeyeon Lee, di Departemen Teknik Kimia dan Biomolekuler di School of Engineering and Applied Science. Mereka juga berkolaborasi dengan kelompok Teresa López-León dari École Supérieure de Physique et de Chimie Industrielles de la Ville de Paris.

Penelitian ini merupakan komponen kunci dalam salah satu kelompok penelitian interdisipliner Penn baru-baru ini $ 22, 6 juta NSF Material Research Science dan Engineering Center hibah. Kelompok ini bekerja untuk membuat rakitan nanokristal pada templat keras dan dalam bahan lunak yang menjanjikan aplikasi dalam penginderaan, konversi energi dan pemrosesan sinyal optik.

Percobaan Tran terinspirasi oleh penelitian sebelumnya yang dilakukan oleh Maxim Lavrentovich, seorang rekan postdoctoral Penn pada saat itu yang sekarang menjadi asisten profesor di Universitas Tennessee, Knoxville. Bekerja dengan Kamien, Lavrentovich menyelidiki bagaimana pola berbeda pada serbuk sari khusus untuk spesies tanaman yang berbeda, mirip dengan sayap kupu-kupu.

Karena kristal cair juga dikenal untuk membentuk pola yang berbeda, Tran menyelidiki apa yang akan terjadi jika molekul terbatas pada bola dan menyebabkan terbentuknya pola. Dia berharap untuk melihat bagaimana mereka akan berkemas dan apakah mereka akan cocok dengan beberapa pola yang mereka lihat untuk serbuk sari.

Meskipun pada awalnya para peneliti menggunakan mikroskop polarisasi untuk menyelidiki ini, mereka menemukan bahwa mereka dapat melihat tetesan tanpa mikroskop dengan hanya memegang solusi untuk cahaya. Karena kristal cair merespon apa yang terjadi di sekitarnya, melihat pola-pola yang diinduksi molekul sabun pada cangkang dapat digunakan sebagai biosensor.

"Jika Anda bisa mengubah warna atau tekstur mereka hanya karena ada racun di dalam tabung uji dengan mereka, " kata Kamien, "maka Anda bisa melihatnya dengan mata Anda, dan Anda bahkan tidak perlu mikroskop."

Untuk mengikuti penelitian ini, Tran tertarik dalam menggabungkan nanopartikel dengan sifat yang berbeda untuk menciptakan kawat nano, yang dapat digunakan sebagai cara untuk membuat perangkat pemanen lebih hemat energi yang dapat disetel ke cahaya di lingkungan mereka.

"Jika Anda memiliki nanopartikel yang semuanya logam, " katanya, "Anda bisa membuat mereka mengikuti garis dan, jika Anda memotongnya, sehingga mereka kaku, dan membersihkan kristal cair, maka Anda akan berakhir. dengan semacam nanowire bermotif yang kemudian dapat digunakan untuk aplikasi lebih lanjut. "

Menurut Kamien, salah satu hal paling menarik yang mereka pelajari dari penelitian ini adalah bahwa mereka tidak perlu peralatan mewah untuk melihat bagaimana hal-hal mengatur diri mereka pada skala nano.

"Ide itu, " katanya, "bahwa kita dapat memanipulasi hal-hal yang sangat kecil dengan tangan besar dan melihat mereka dalam skala besar sangat menakjubkan bagi saya. Dengan menyisipkan sesuatu ke dalam solusi, kita dapat mengubah pola apa yang terlihat. Kami tidak hanya mendeduksi hal-hal tentang mereka, kami mengendalikan mereka. Kami membuat mereka menari untuk kami. Memang benar bahwa elektronik melakukan hal yang sama dengan elektron, tetapi Anda tidak dapat melihat elektron. optik dan strukturnya menarik. "

menu
menu