Um grupo de pesquisa liderado pelo Dr. Jialei He, da Escola de Engenharia da Universidade de Nagoya, desenvolveu um método para processar cristais líquidos colestéricos (CLCs) em partículas esféricas de tamanho micrométrico.

Os CLCs são um tipo de cristal líquido que possui uma estrutura helicoidal, conferindo-lhes propriedades ópticas únicas e a capacidade de refletir seletivamente a luz. Ao combinar partículas esféricas de CLC com pigmentos disponíveis comercialmente, os pesquisadores desenvolveram um código QR antifalsificação exclusivo que só pode ser exibido sob um polarizador circular específico. Os resultados foram publicados na revista Advanced Optical Materials .

Os CLCs são um exemplo de como a natureza pode ser usada na engenharia. Se você já notou as asas iridescentes das borboletas ou o revestimento brilhante nos exoesqueletos dos besouros, viu o que os CLCs podem fazer. Uma vez identificadas, as CLCs que imitam as unidades que geram as cores dos exoesqueletos dos besouros são sintetizadas em laboratório por causa de suas cores e propriedades incomuns, que se situam entre os líquidos e os cristais.

Particularmente úteis são as propriedades ópticas dos CLCs. Eles exibem cores incomuns devido à sua estrutura molecular única e propriedades ópticas que levam à reflexão seletiva da luz em comprimentos de onda específicos. As CLCs consistem em moléculas longas que se repetem na forma de uma hélice. Na hélice, a distância vertical de onde uma região faz um loop e se repete é chamada de 'passo'.

Se a hélice tiver unidades repetitivas próximas, o cristal líquido terá um passo curto e refletirá comprimentos de onda de luz mais curtos, produzindo as cores azul e violeta. No entanto, aqueles com um espaço vertical mais longo têm comprimentos de onda mais longos, levando a cores vermelhas ou laranjas.

Para complicar ainda mais, como as moléculas que compõem o cristal estão dispostas em hélice, a cor pode mudar dependendo da orientação do observador em relação à hélice. Portanto, um número infinito de cores é possível dependendo de como o cristal líquido é visto.

Para utilizar os CLCs de forma mais eficaz, os pesquisadores criam partículas esféricas de CLC. Essas partículas são esféricas e incluem a hélice em uma matriz 3D para que os cientistas possam controlar melhor sua coloração. No entanto, um grande problema é o tamanho. Os métodos atuais criam partículas CLC esféricas de 100 micrômetros, que são muito grandes para a maioria dos usos.

Para resolver este problema, os pesquisadores Jialei He (ele/ele) e Yukikazu Takeoka (ele/ele) da Universidade de Nagoya e seus colegas usaram uma mistura de solventes para criar partículas CLC esféricas com um tamanho de partícula controlado de alguns micrômetros usando uma técnica chamada polimerização em dispersão.

Como as amostras foram coletadas em temperatura ambiente, foi difícil descobrir a nova técnica. "O teste da amostra foi um momento particularmente desafiador devido à suavidade das amostras à temperatura ambiente , que é uma propriedade inerente aos CLCs", disse o Dr. He. "Consequentemente, foi necessário um esforço considerável para encontrar um método adequado para caracterizar as amostras sem causar danos."

Como o passo do cristal líquido colestérico de partículas esféricas de CLCs desse tamanho varia com a curvatura das partículas, os pesquisadores fizeram as partículas esféricas com uma distribuição de tamanho uniforme. Isso é conhecido como uma esfera monodispersa.

"Durante o experimento, descobrimos inesperadamente que o tamanho das partículas das microesferas influenciava significativamente a cor estrutural resultante. Poderíamos produzir uma variedade de cores, dependendo do tamanho das partículas", disse o Dr. He. "Também descobrimos que cobrir as partículas esféricas de CLC com o polímero polidimetilsiloxano melhorou a coloração e a estabilidade térmica."

Uma aplicação potencial para esta pesquisa é a criação de códigos QR mais seguros que não podem ser replicados. Eles poderiam ser criados tirando proveito de um recurso dos CLCs chamado quiralidade. Quiralidade refere-se à propriedade de um objeto ou molécula que não pode ser sobreposto à sua imagem no espelho devido a uma assimetria.

Os CLCs são quirais e têm atividade óptica, portanto, um código QR antifalsificação pode ser criado combinando a cor das partículas esféricas de CLCs com pigmentos não quirais disponíveis comercialmente. O código só pode ser lido quando um polarizador circular específico que permite a passagem da luz não quiral, mas não a luz quiral do código QR, é usado.

"O desenvolvimento de partículas CLC esféricas resultantes desta pesquisa fornecerá novas possibilidades para funções de cores estruturais de baixo custo diferentes daquelas dos materiais de cores convencionais", disse o Dr. Takeoka. "Além de ser usado como um pigmento funcional especial para anti-falsificação, também pode ser usado para outras aplicações que aproveitam a cor estrutural polarizada circularmente com pouca dependência angular."