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Promuovere la tecnologia a cristalli liquidi per materiali più flessibili, intelligenti e funzionali

Un progetto finanziato dall’UE sta contribuendo alla comprensione di come i cristalli liquidi (LC) possono essere trattati in modi non convenzionali. Ciò porterà alla produzione di materiali innovativi a base di cristalli liquidi, tra cui i tessuti reattivi.

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Una maggiore conoscenza dei cristalli liquidi consentirà nuovi approcci applicativi in contesti completamente diversi da quelli dei display di tablet e telefoni cellulari, il loro attuale uso più comune. I cristalli liquidi offrono un enorme potenziale per molte tecnologie emergenti, perché resistono a ripetuti allungamenti e flessioni grazie alla loro natura liquida e leggera, e spesso il loro funzionamento non richiede energia elettrica. Inoltre, il loro costo di produzione è piuttosto basso.

Lavoro su elastomeri a cristalli liquidi (LCE) con risultati interessanti e inaspettati

Il progetto INTERACT, finanziato dal CER, ha acquisito una profonda conoscenza di come si comportano i cristalli liquidi quando si discostano dalle geometrie piatte standard in cui sono stati studiati e utilizzati per decenni. Nell’ambito del progetto INTERACT sono state fatte scoperte del tutto inaspettate, come quella di un cristallo liquido con una disposizione anti-ordinata dei suoi costituenti, dove le molecole sono disposte in modo da evitare una certa direzione piuttosto che allinearsi ad essa. «I cristalli liquidi con parametro d’ordine cosiddetto negativo erano già stati concepiti in via teorica ma non erano mai stati osservati nella pratica; noi siamo riusciti a produrre un materiale del genere nel contesto dei nostri elastomeri a cristalli liquidi attuatori a guscio», spiega il beneficiario del CER e ricercatore principale, Jan Lagerwall. Gli elastomeri a cristalli liquidi costituiscono una classe di materiali unica nel suo genere, in grado di modificare drasticamente la propria forma in presenza di vari stimoli. Questi materiali possono essere utilizzati come attuatori, dispositivi che convertono un certo tipo di energia immagazzinata in movimento. «A causa dell’ordine inverso, il materiale risponde alle variazioni di temperatura nella direzione esattamente opposta rispetto agli LCE convenzionali». spiega. Il team INTERACT ha inoltre elaborato nuove e preziose conoscenze su come far scorrere LC e soluzioni polimeriche gli uni accanto alle altre. Cosa necessaria per la produzione di fibre funzionalizzate con LC che potrebbero essere utilizzate, ad esempio, per i tessuti reattivi. «Si tratta di una vera e propria sfida per molte combinazioni di materiali ma, grazie alla nostra ricerca, il quadro di come si possano evitare risultati indesiderati è molto più chiaro», afferma Lagerwall. «Abbiamo anche fatto progressi significativi per quanto riguarda i metodi per mantenere l’ordine dei cristalli liquidi allo stato gommoso o solido polimerizzando il sistema senza impatti negativi sull’ordine». Grazie a questi risultati scientifici, continua Lagerwall, il progetto «si è avvicinato a nuove applicazioni LC, almeno per quanto riguarda la tecnologia indossabile e l’autenticazione sicura». INTERACT ora possiede «una comprensione relativamente chiara di come i cristalli liquidi possano effettivamente essere incorporati in vere e proprie fibre tessili che potrebbero essere utilizzate per l’abbigliamento».

Innovazione dei tag di autenticazione sicura

I ricercatori hanno creato dei tag di autenticazione che forniscono un’impronta digitale univoca per un determinato oggetto. Il tag è realizzato in modo tale da essere realmente integrato nell’oggetto, fungendo da strumento anti-contraffazione altamente affidabile. Il team è riuscito a trasformare i tag da colorati a quasi invisibili, così da poter essere adattati all’ambiente in cui verranno applicati. «Crediamo che possano diventare completamente invisibili ottimizzando ulteriormente i materiali utilizzati», aggiunge il ricercatore principale. In previsione della conclusione a marzo 2020, il team ha già presentato una domanda di brevetto per i propri materiali, mentre altre due sono in fase di elaborazione. Gli esperimenti in corso hanno come obiettivo la realizzazione di vere fibre tessili contenenti cristalli liquidi, così come la realizzazione di LCE tubolari. Per gli scienziati dei materiali e i fisici, i chimici e gli ingegneri che si occupano di LC, INTERACT ha chiarito diverse importanti questioni su come portare i cristalli liquidi in geometrie complesse come fibre, gusci e tubi. Il progetto ha dimostrato che il comportamento dei cristalli liquidi può essere molto ricco, a seconda di come è stato realizzato il campione e di quali siano le sue caratteristiche. Per gli ingegneri e l’industria in generale, «spero sinceramente che i risultati di INTERACT possano ispirare nuove applicazioni LC, risolvendo vecchi problemi e quelli emergenti in modi nuovi, migliori e più sostenibili, utilizzando LC derivati dalla cellulosa», conclude Lagerwall.

Parole chiave

INTERACT, LC, materiali, LCE, polimero, fibre tessili, tag di autenticazione

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