Naar de content

Lcd-techniek krijgt extra dimensie

Platte materialen te ‘programmeren’ tot 3D-structuur

Ware et al.

Vloeibare kristallen, die bijvoorbeeld gebruikt worden in beeldschermen, zijn in staat om driedimensionale structuren te vormen. Wetenschappers kunnen een dunne plaat op commando omtoveren in vrijwel iedere gewenste vorm. De resultaten zijn vandaag in het wetenschappelijke tijdschrift Science gepubliceerd.

27 februari 2015

Dat zou pas échte 3D-televisie zijn: een beeldscherm waar letterlijk driedimensionale structuren uitkomen. Amerikaanse wetenschappers hebben nu een materiaal ontwikkeld dat vanuit een volledig platte begintoestand een van te voren ‘geprogrammeerde’ vorm aanneemt.

Het materiaal bestaat uit zogenoemde vloeibare kristallen en een elastisch materiaal. Onder invloed van warmte, licht of een chemische stof vervormt het. Dit proces is omkeerbaar en te herhalen. Door deze zogeheten liquid crystal elastomeres (LCE’s) op verschillende manieren op te bouwen toverden de wetenschappers kegels, een draaiend ‘scharnier’ en een origamipatroon uit een plat vlak tevoorschijn.

Bij kamertemperatuur is deze LCE een plaatje van 0,05 mm dik. Door verhitting ontstaan kegels van een halve centimeter hoog. Bij afkoeling wordt het plaatje weer vlak.

 Science/ Ware et al.

Bij de mogelijke toepassingen hoort in eerste instantie niet de hierboven beschreven televisie. De wetenschappers schrijven dat LCE’s waarschijnlijk van pas komen in de verpakkingsindustrie, maar ook kunnen leiden tot verdere miniaturisering van apparaten in de robotica, luchtvaart en medische wereld. Denk bijvoorbeeld aan een piepkleine actuator die ergens een kracht op kan uitoefenen.

Een extra dimensie

Vloeibare kristallen worden al tientallen jaren gebruikt in beeldschermen. Ze zijn de naamgever van de lcd-schermen (liquid crystal displays). Het materiaal bestaat doorgaans uit langgerekte moleculen die zich in principe vrij kunnen bewegen (zoals een vloeistof). Ze hebben echter wel de neiging om zich netjes te ordenen in een bepaalde structuur (zoals een kristal).

De oriëntatie van deze lange moleculen is te veranderen. In een beeldscherm ‘stuurt’ een elektrisch veld de moleculen, waarmee ook de manier verandert waarop ze doorvallend licht beïnvloeden. Zo staan pixels aan en uit.

Taylor Ware en collega’s van onder andere het Air Force Research Laboratory hebben nu deze eigenschap van vloeibare kristallen ingezet om een in eerste instantie plat materiaal op commando van vorm te veranderen. Ze wisten een elastische polymeer te maken waarin de langgerekte moleculen, onder een specifieke oriëntatie zijn ingebouwd. Door deze moleculen net zoals in het beeldscherm van richting te veranderen, wordt het materiaal tot wel tot wel drie keer langer.

Dankzij een soort mal waarmee de polymeer wordt gegoten, bepaalden de wetenschappers bovendien de beginoriëntatie van de vloeibare kristallen met grote precisie. Elke honderd micrometer kunnen ze een andere oriëntatie krijgen. Met een specifiek oriëntatiepatroon wordt de uiteindelijke vorm van het materiaal vastgelegd.

De wetenschappers gebruiken overigens geen elektrisch veld om de vloeibare kristallen te sturen. In plaats daarvan verwarmen ze het, schijnen er licht op of dienen een bepaald oplosmiddel toe.

Gewichtheffers

De LCE’s waren in staat tot wel 147 keer hun eigen gewicht op te tillen, alhoewel de wetenschappers benadrukken dat er andere systemen, zoals koolstofnanobuisjes, bestaan die nog veel sterker zijn.

Deze LCE is in staat 147 keer zijn eigen gewicht te dragen.

 Ware et al.

De onderzoekers zouden nu graag manieren vinden om meer controle te hebben over hoe verschillende stukken in het materiaal reageren en van vorm veranderen. Als dat zou lukken, dan zou theoretisch een veel ‘vrijer beweegbare structuur’ mogelijk zijn.

Bron:
ReactiesReageer