Kolesterik sıvı kristaller (CLC’ler), benzersiz moleküler yapıları ve ışığın belirli dalga boylarında seçici yansımasına yol açan optik özellikleri sayesinde olağandışı renkler gösterir. Kredi: Yukikazu Takeoka ve Jialei He
Bilim adamları, mikrometre boyutunda küresel kolesterik sıvı kristaller (CLC’ler) kullanarak benzersiz sahteciliğe karşı QR kodları oluşturmak için bir yöntem geliştirdiler ve daha güvenli, tekrarlanamaz QR kodlarının yolunu açtılar kodlar.
Sahteciliğe Karşı Devrim Yaratan: Kolesterik Sıvı Kristallere Dayalı QR Kodları
Nagoya Üniversitesi Mühendislik Enstitüsü’nden Dr. Jialei He liderliğindeki bir araştırma grubu, kolesterik sıvıyı işlemek için bir yöntem geliştirdi. kristalleri (CLC’ler) mikrometre boyutunda küresel parçacıklara dönüştürür. Sarmal bir yapı sergileyen CLC’ler benzersiz optik özelliklere sahiptir ve seçici olarak ışığı yansıtabilirler. Ekip, yalnızca belirli bir dairesel polarizör altında görülebilen sahteciliğe karşı bir QR kodu geliştirmek için küresel CLC parçacıklarını kolayca bulunabilen pigmentlerle birleştirdi. Çalışmanın bulguları 9 Temmuz’da Advanced Optical Materials dergisinde yayınlandı.
Mühendislikte Doğanın Gücünden Yararlanma
Kolesterik sıvı kristaller, üretim için doğadan nasıl ilham alabileceğimizin bir örneğidir. mühendislik amaçları. Kelebeklerin yanardöner kanatları veya böcek dış iskeletleri üzerindeki parlak kaplama, CLC’lerin oluşturabileceği olağanüstü olayların örnekleridir. Tanımlandıktan sonra, böceklerin dış iskeletlerinin renklerini oluşturan birimleri taklit eden CLC’ler, sıvılar ve kristaller arasında yer alan sıra dışı renkleri ve özellikleri nedeniyle laboratuvarda sentezlenir.
Kolesterik Sıvı Kristallerin Optik Özellikleri{ 8}
CLC’lerin optik özellikleri özellikle faydalıdır. Eşsiz moleküler yapıları ve optik özellikleri, ışığın belirli dalga boylarında seçici yansımasına izin vererek sıra dışı renkler elde edilmesini sağlar. CLC’ler, kendilerini bir sarmal şeklinde tekrar eden uzun moleküllerden oluşur. Bu sarmalda, bir bölgenin tam bir döngüyü tamamladığı ve kendini tekrar etmeye başladığı dikey mesafe, ‘adım’ olarak bilinir. Sarmalın birbirine yakın yinelenen birimleri varsa, sıvı kristalin perdesi kısadır ve ışığın daha kısa dalga boylarını yansıtarak mavi ve mor renkler verir. Bununla birlikte, dikey alanı daha uzun olanların dalga boyları daha uzundur ve bu da kırmızı veya turuncu renklere yol açar.
Ayrıca, kristaldeki moleküllerin sarmal dizilişi nedeniyle, algılanan renk, bakanın nesneye yönüne bağlı olarak değişebilir. sarmal, neredeyse sonsuz bir renk paleti sunar.
Bu araştırma için potansiyel uygulamalardan biri, kopyalanamayan daha güvenli QR kodlarının oluşturulmasıdır. Kredi: Yukikazu Takeoka ve Jialei He
Küresel CLC Parçacıkları Oluşturmak
Araştırmacılar, CLC’lerden daha etkili bir şekilde yararlanmak için küresel CLC parçacıkları üretir. Bu parçacıklar, sarmalı bir 3B matris içinde kaplayarak bilim insanlarına renklenmeleri üzerinde gelişmiş kontrol sağlar. Bununla birlikte, boyut önemli bir sorun teşkil etmektedir. Mevcut yöntemler, çoğu uygulama için çok büyük olan 100 mikrometrelik küresel CLC parçacıkları oluşturur. Bu konuyu ele almak için Nagoya Üniversitesi’nden araştırmacılar Jialei He ve Yukikazu Takeoka, meslektaşlarıyla birlikte dispersiyon polimerizasyonu olarak bilinen bir teknik kullanarak mikrometre boyutunda küresel CLC parçacıkları oluşturmak için bir solvent karışımı kullandılar.
Bu yeni tekniği bulmak oda sıcaklığında numunelerin yumuşak yapısı nedeniyle zorluydu. Dr. He, “Numune testi, CLC’lerin doğasında bulunan bir özellik olan oda sıcaklığında numunelerin yumuşaklığı nedeniyle özellikle zorlu bir zamandı” dedi. “Sonuç olarak, numuneleri herhangi bir hasara yol açmadan karakterize etmek için uygun bir yöntem bulmak için önemli miktarda çaba gerekti.”
Tek Dağılımlı Kürelerin Oluşturulması
Kolesterik sıvı kristalin ziftinden bu yana küresel CLC parçacıkları, parçacıkların eğriliğine göre değişir; ekip, tek dağılımlı küreler olarak da bilinen tek biçimli boyutta parçacıklar üretmeye odaklandı.
“Deney sırasında, beklenmedik bir şekilde, mikro kürelerin parçacık boyutunun, elde edilen yapısal renk. Parçacık boyutuna bağlı olarak çeşitli renkler üretebiliriz,” dedi Dr. He. “Küresel CLC partiküllerini polimer polidimetilsiloksanla kaplamanın renklenmeyi ve termal kararlılığı geliştirdiğini de bulduk.”
Sahteciliği Önleme Uygulamaları ve Gelecek Beklentileri
Bu araştırma için önemli bir potansiyel uygulama, daha güvenli, tekrarlanamayan QR kodlarının oluşturulması. Araştırmacılar, bir nesnenin veya molekülün ayna görüntüsünün üzerine bindirilmesini önleyen asimetrik bir özellik olan CLC’lerin kiralitesinden yararlanarak, sahteciliğe karşı QR kodları oluşturabilir. Bu kodlar, küresel CLC parçacıklarının rengini kiral olmayan, piyasada bulunan pigmentlerle birleştirir ve yalnızca kiral olmayan ışığa izin veren ancak QR kodunun kiral ışığını engelleyen belirli bir dairesel polarizörle okunabilir.
{6 }Dr. Takeoka, “Bu araştırmadan kaynaklanan küresel CLC parçacıklarının geliştirilmesi, geleneksel renkli malzemelerden farklı, düşük maliyetli yapısal renk işlevleri için yeni olanaklar sağlayacaktır” dedi. “Sahteciliğe karşı özel bir fonksiyonel pigment olarak kullanılmasının yanı sıra, çok az açı bağımlılığı ile dairesel polarize yapısal renkten yararlanan diğer uygulamalar için de kullanılabilir.”
Referans: “Partikül Boyutu Controlled Chiral Structural Color of Monodisperse Cholesteric Liquid Crystals Particles” yazan Jialei He, Sizhe Liu, Guohao Gao, Miki Sakai, Mitsuo Hara, Yuto Nakamura, Hideo Kishida, Takahiro Seki ve Yukikazu Takeoka, 9 Temmuz 2023, Advanced Optical Materials.
DOI: 10.1002/adom.202300296