Cristal líquido inflável cria telas coloridas com píxeis mecânicos

Redação do Site Inovação Tecnológica - 11/10/2021

Píxeis mudam de cor alterando a pressão com que são inflados por ar comprimido.
[Imagem: Se-Um Kim et al. - 10.1038/s41563-021-01075-3]

Cristal líquido de esticar

Pesquisadores criaram elastômeros que mudam radicalmente de cor quando são apenas ligeiramente esticados.

Elastômeros são essencialmente "borrachas", polímeros que apresentam propriedades elásticas, podendo sofrer grandes deformações sem se romper.

Neste caso, porém, é mais do que isso: O novo material é essencialmente um cristal líquido, e de um tipo que pode funcionar como os cristais líquidos usados nas telas de TVs, computadores e celulares - a diferença é que é um cristal líquido que muda de cor mecanicamente, não dependendo de fontes de luz ou eletricidade para criar as imagens.

A característica fundamental dos novos elastômeros é que eles geram cores estruturais, ou seja, cores que não dependem de corantes ou pigmentos, mas de nanoestruturas superficiais que assumem cores conforme refletem a luz - é o mecanismo de cor das asas das borboletas e das penas dos pássaros, por exemplo.

Além de serem mais brilhantes, as cores estruturais são mais duradouras porque as nanoestruturas são muito robustas, além do que elas são mais ambientalmente benignas do que as tintas.

A vantagem dos elastômeros é que, conforme são esticados, suas nanoestruturas mudam de tamanho, passando a interferir com a luz de forma diferente, o que vai alterando suas cores aos poucos.

Princípio de funcionamento da tela com píxeis infláveis.
[Imagem: Se-Um Kim et al. - 10.1038/s41563-021-01075-3]

Telas com píxeis mecânicos

Para criar a cor estrutural, Se-Um Kim e colegas da Universidade da Pensilvânia, nos EUA, usaram elastômeros líquido-cristalinos nemáticos quirais.

Quando esses elastômeros são produzidos, um dopante químico estimula as moléculas a formar hélices. São essas hélices que funcionam como nanoestruturas que interagem com a luz para criar a cor estrutural, com os comprimentos de onda refletidos dependendo de suas dimensões. Quando o material é esticado, as hélices se comprimem e a cor do material muda.

A grande vantagem é que basta esticar o material em 20% para fazê-lo ir do infravermelho próximo ao ultravioleta, o que é uma alteração que cobre mais do que todo o espectro visível. Para comparação, um cristal líquido elastomérico atual exigia esticamentos de até 70% para passar do vermelho para o azul.

Para testar sua inovação, a equipe usou os elastômeros para criar telas acionadas pneumaticamente. Eles usaram uma impressora 3D para criar uma base de plástico cheia de cavidades circulares, conectadas por pequenos dutos de ar. O elastômero foi então aplicado como uma camada na parte superior da base de plástico, criando uma série de "píxeis" coloridos.

Quando ar é bombeado para os canais, as membranas de elastômero inflam, o que faz com que estiquem e mudem as cores que refletem. As cores podem ser controladas variando a pressão e o tamanho das cavidades na base impressa em 3D.

Além de telas e monitores, os pesquisadores sugerem que o material pode ser usado para robôs macios que mudam de cor, janelas inteligentes que refletem mais luz infravermelha conforme a temperatura ambiente aumenta e até mesmo sensores de temperatura, pressão ou mecânicos.

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