Управляемая сборка (directed assembly) — это перспективное направление создания наноматериалов, не требующее непосредственного контроля за формированием наиболее миниатюрных структур. Вместо этого технологи ограничиваются определением точных начальных условий и далее полагаются на химические или физические механизмы самоорганизации.

Специализирующиеся в этой области исследователи из Пенсильванского университета, открыли новый путь управления сборкой жидких кристаллов. Применив смектики — класс жидких кристаллов, состоящих из множества слоев, — ученые продемонстрировали, что изменения в геометрии молекул на самом нижнем слое ЖК отражаются в изменении расположения дефектов на верхнем из них. Полученные результаты опубликованы в бюллетене Proceedings of the National Academies of Science.

В экспериментах, ученые варьировали размеры, форму и плотность размещения микроскопических выступов «постов» на нижнем — шаблонном — слое, а также толщину самого жидкого кристалла. Таким способом они, например, вместо естественной гексагональной структуры дефектов, могли формировать прямоугольную решетку «ямочек» на верхней поверхности, делать расстояние между дефектами больше или меньше.

Здесь речь не идет о непосредственном копировании расположения постов, воздействие носит более сложный характер. Посты имеют ширину и высоту в несколько микрон, то есть подобные шаблоны довольно просто изготовить с достаточной точностью. Напротив, дефекты жидких кристаллов при габаритах всего несколько нанометров крайне сложно контролировать какими-либо иными способами. Определив математические связи между параметрами постов и дефектов поверхностного слоя, ученые создали базу для технологии управляемой сборки, применимой для любых жидких кристаллов-смектиков.

Помимо дисплеев высокого разрешения, эта технология может быть использована для создания химических и биологических сенсоров. Выпуклые дефекты смогут служить «горячими зонами» резонанса локализованных плазмонов или образовывать топографическую текстуру супергидрофобной (водоотталкивающей) поверхности.

Слои жидких кристаллов также способны передавать упругую энергию, а следовательно, и выполнять механическую работу. Это означает, что верхний слой можно использовать в качестве промежуточного шаблона для сборки более крупных молекул, «выдавливать» на поверхность и помещать в дефекты наночастицы, квантовые точки и углеродные нанотрубки, введенные в шаблон ЖК.

Геометрию постов можно в динамическом режиме изменять, воздействуя теплом или электрическим полем. Например, в отдельных областях шаблона круглые выступы станут эллиптическими. Эти микроскопические геометрические «поправки» будут передаваться в верхние слои, обеспечивая коррекцию микрометрических деталей поверхности.

Ready, set, buy! Посібник для початківців - як придбати Copilot для Microsoft 365