研究人员应用温度梯度来生长和移动液晶

液晶具有固态和液态双重寿命，占据了创造更小，更快和更高效技术的中心位置。即使在单个粒子的水平上，液晶也会使光弯曲并对外力产生反应，例如电场或物理推拉作用。因此，从监视器屏幕到太阳能电池板，很少量的液晶通常足以在许多应用中实现高性能。

但是，为了充分利用液晶的奇妙特性，必须系统地组装其组成粒子。

在一项新的研究中，得克萨斯州A&M大学的研究人员发现，将少量温差施加到被冲淡的称为磷酸锆的混合物中会引发液晶的结晶。研究人员说，随着磷酸锆颗粒向着更高的温度移动，它们开始彼此对准，最终变成纯液晶。

Artie McFerrin化工系教授郑正东博士说：“我们是第一个概念验证研究，表明温度梯度是一种组装高质量液晶的有效但简单的工具。” “此外，我们的结果表明，我们可以通过改变温度来移动液晶，这一特性可以将液晶颗粒从一个地方传输到另一个地方，从而为除通常与液晶相关的应用之外的应用铺平了道路。今天。”

研究人员在ACS Nano杂志的10月号上报告了他们的发现。

液晶代表一种物质状态，介于固态和液态之间。就像形成晶体的固体分子一样，液晶的分子也以半系统的方式排列，就像半满停车场的汽车一样。但是液晶也是流动的，可以呈现任何形状，如液体。此外，在液晶化身中，材料通常显示出奇异的特性。例如，它们响应于电场而分裂光束或改变其分子排列。

但是材料是否可以呈现液晶状态取决于其组成颗粒的整体形状。由球形颗粒组成的物质不会形成液晶。另一方面，由像杆一样长或像盘一样平坦的颗粒组成的材料确实会形成液晶。Cheng和他的团队对磷酸锆特别感兴趣，因为它的盘状颗粒能够以液晶状态自组装成较大的扁平二维结构。

程说：“自然界中发现的许多颗粒，如红细胞，核小体和粘土颗粒，都是圆盘状的，在适当的情况下，它们可以自组装成液晶。” “因此，我们用磷酸锆作为替代品来研究是否有一种方法可以通过实验控制这些颗粒的液晶。”

如果将足够多的磷酸锆添加到水中，磷酸锆会自动组装成液晶。但是所得的液晶通常具有缺陷并且不稳定。因此，Cheng和他的团队想出了另一种方法。

Cheng先前已经证明，施加温度差可以使球形颗粒组装成晶体块。使用相同的原理，他的团队研究了是否可以使用不同的温度将磷酸锆组装成液晶。

对于他们的实验，德克萨斯州A&M团队将磷酸锆和水制成混合物，并将其填充到两英寸长的细管中，以确保磷酸锆的量足够小以至于不会触发自动液晶化。接下来，他们以管两端之间的温差约为10度的方式施加热量。

在一个小时内，Cheng和他的团队发现，管子较冷端的磷酸锆颗粒开始向热端蠕动，从而触发了管子较热端的液晶结晶。

德州农工大学研究生Dali Huang说：“就像锅中的水从热的底部到冷的容器的顶部循环一样，我们管中的水也在从较高的温度循环到较低的温度。”工程学院和该研究的主要作者。“相应地，磷酸锆颗粒也沿水流方向移动，并排列成液晶。”研究人员推测，流动水中的推动有助于磷酸锆颗粒系统地定位自身，直到形成液晶。他们还发现，与其他方法形成的液晶相比，用温度梯度产生的液晶的缺陷少。

Cheng指出，他们的发现为在各种情况下使用打开了新的大门。

程说：“由于其形状，盘状颗粒的表面积比其体积大。” “例如，如果我们考虑下一代生物医学设备，我们可以潜在地利用这种几何形状将药用颗粒加载到它们的平坦表面上，然后改变温度以将它们运送到身体的特定部位。”

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