Учёные создали жидкие кристаллы, меняющие форму под действием электричества

Плоские смачивающие плёнки изотропного масла под жидким кристаллом быстро превращаются в долгоживущие эмульсии под действием электрического поля частотой 10 Гц. Автор: Nature (2025). DOI: 10.1038/s41586-025-09279-2

Исследователи из Корнеллского университета разработали двухфазную систему жидких кристаллов, способную быстро менять и удерживать свою форму. Под кратковременным воздействием высокочастотного электрического поля система может превращаться из прозрачной тонкой жидкой плёнки в непрозрачную эмульсию и обратно.

Эта технология может найти применение в создании «умных» окон с быстрой саморегулируемой тонировкой или для управления химическими реакциями при синтезе материалов.

Исследование опубликовано в журнале Nature. Ведущий автор — бывший постдокторант Санчхул Ро.

Учёные давно искали тонкие жидкие плёнки с оптическими свойствами, но создание таких материалов было сложной задачей из-за необходимости постоянной стабилизации жидких структур.

«Главная проблема в том, что жидкости самопроизвольно релаксируют», — объясняет Николас Эбботт, профессор Школы химической и биомолекулярной инженерии имени Роберта Смита в Корнеллском университете и старший автор статьи. «В нашей системе мы можем удерживать жидкости в нужных структурах, а затем по команде освобождать их, позволяя вернуться к исходной форме. Это необычный уровень контроля».

Система основана на взаимодействии двух несмешивающихся веществ: специально разработанного жидкокристаллического масла и изотропного масла с определёнными свойствами. При помещении между двумя электродами изотропное масло автоматически покрывает электроды, а жидкокристаллическое образует слой между ними. Исходное прозрачное состояние по оптическим свойствам напоминает стекло.

При подаче электрического поля в жидком кристалле образуются диспергированные капли масла, превращая систему в долгоживущую эмульсию. Обычно после отключения поля эмульсия разделяется обратно, но в данном случае её стабилизируют топологические дефекты в жидком кристалле, создающие энергетический барьер.

Неожиданностью для исследователей, включая соавтора Юлим Ха, стало то, что повторное включение поля быстро разрушает эмульсию благодаря солитонам — особым структурам, которые «стягивают» капли обратно в исходное состояние.

«Эмульсия образуется менее чем за секунду, а отключается за пару секунд. Это очень быстрые преобразования морфологии двухфазной жидкой системы», — говорит Эбботт. «Такого раньше не было».

Технология может использоваться для создания «умных» окон, меняющих прозрачность без постоянного электрического поля, а также для управления химическими реакциями и даже создания динамически меняющихся цветных материалов без красителей — по аналогии с окраской птичьих перьев.

Другие потенциальные применения включают камуфляжные системы, динамические ценники в магазинах и другие интерактивные поверхности.

Дополнительная информация: Nicholas Abbott, Biphasic liquids with shape-shifting and bistable microdomains, Nature (2025). DOI: 10.1038/s41586-025-09279-2. www.nature.com/articles/s41586-025-09279-2

Источник: Cornell University