Cristal líquido metamórfico muda de formato sem contato

Redação do Site Inovação Tecnológica - 11/11/2021

A superfície, normalmente plana (linha referencial vermelha), altera-se de forma programada, sem qualquer impulso externo.
[Imagem: Andrew J. Ferris et al. - 10.1103/PhysRevLett.126.057803]

Cristal líquido metamórfico

Físicos conseguiram mudar a forma de uma superfície plana de cristal líquido sem aplicar nenhum estímulo local - essencialmente, alterando remotamente sua aparência física, sem tocar no material.

Ao fazer isso, eles desafiaram a força gravitacional, que normalmente forma um plano nivelado onde o líquido e o ar circundante se encontram.

Isso é algo que os cientistas nunca fizeram antes, afirmam Andrew Ferris e seus colegas das universidades Case Western Reserve e Tufts, nos EUA.

"Esta é uma conquista inovadora e pode provar ser o ponto de partida para aplicações futuras - muitas das quais ainda nem sequer imaginamos," disse o professor Charles Rosenblatt. "No momento, esse trabalho é fundamental, mas será desenvolvido por nossa equipe e por outros e novas aplicações poderão um dia se tornar realidade."

"Pense no que a água faz quando você coloca a mão em um balde e o retira: Ela retorna à sua forma original," exemplificou Ferris. "No futuro poderemos construir ferramentas que possam fazer isso."

Materiais metamórficos

Até agora, a forma das superfícies de cristal líquido podia ser alterada usando calor, luz ou algum outro tipo de força aplicada diretamente àquela superfície.

Recentemente, outra equipe usou cristal líquido inflável para criar píxeis mecânicos para telas e monitores.
[Imagem: Se-Um Kim et al. - 10.1038/s41563-021-01075-3]

Mas Ferris escolheu um novo caminho, alterando a superfície do cristal líquido simplesmente colocando um substrato "acidentado" - cheio de padronagens - no lado oposto de um filme fino no qual as moléculas estão alinhadas em paralelo. O resultado é uma forma identicamente acidentada onde deveria haver uma superfície plana e intacta.

Segundo ele, isso pode ser útil em microchips, biochips e até mesmo no desenvolvimento de ferramentas fluídicas microscópicas para realizar reparos de forma menos invasiva, retornando à sua forma original após o uso.

"Pense na Mística, personagem do X-Men, você sabe, metamorfose," arrisca o professor Timothy Atherton. "Fazendo o que fizemos, demos o primeiro passo para alterar a superfície de algo - talvez não a pele, mas outros materiais - sem tocá-los ou aquecê-los."

Entendendo tanto entusiasmo

O que a equipe fez foi essencialmente manipular o que eles chamam de "um líquido newtoniano orientável", referindo-se, neste caso, a um cristal líquido nemático, que se comporta de forma previsível, ou seja, linearmente, quando um estímulo externo é aplicado - nemática é uma fase que consiste em moléculas em forma de charuto dispostas paralelamente umas em relação às outras, mas que podem fluir como água.

Pense, por exemplo, em um copo cheio de água, cuja superfície onde o ar e a água se encontram é essencialmente plana. O que os pesquisadores fizeram foi forçar a interface cristal líquido/ar a mudar seu relevo apenas explorando a possibilidade de reorientar as moléculas que compõem o cristal líquido.

Para fazer isso, eles colocaram o substrato padronizado no lado oposto de um filme nemático fino (algumas centenas de nanômetros), o que permitiu controlar o alinhamento das moléculas em todo o material.

O resultado é o surgimento de uma superfície irregular predeterminada onde o líquido e o ar se encontram - realizada sem nenhum estímulo na superfície e sem qualquer controle além do "fundo" padronizado da piscina, do lado oposto à superfície. Essa mudança relativa foi de fato grande, entre 30 e 70% de aumento na altura de uma superfície anteriormente plana.

A equipe pretende agora estudar outra fase do cristal líquido, chamada de "fase esmética", na qual as moléculas não apenas são orientadas, mas também formam camadas, como livros em uma estante. Os testes preliminares sugerem um efeito ainda maior do que o obtido na fase nemática, com "características mais refinadas", afirmou Atherton.

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