ENGINEERINGNET.BE - Voor veel dieren is het kunnen veranderen van vorm en kleur van levensbelang.
Het nabootsen van deze eigenschappen met kunstmatige polymere materialen biedt grote potentie voor nieuwe sensoren en soft robotics. Zhang ontwikkelde daarom veelzijdige technieken voor het maken van vloeibare kristalelastomeren, ofwel LCE's.
De LCE's die Zhang en haar collega's ontwikkelden, reageren op verschillende externe prikkels zoals veranderingen in temperatuur, mechanische vervorming door uitrekken en veranderingen in lichtsterkte.
Voor haar onderzoek maakte Zhang temperatuurgevoelige cholesterische LCE-coatings en creëerde ze kleurpatronen op basis van de structuur van deze coatings. Deze kleur ontstaat door de periodieke structuur van het materiaal, dat licht reflecteert. Er werd geen pigment toegevoegd om dit effect te bereiken.
Door nog een zachte polymere laag als drager bovenop de LCE-coatings te plaatsen, kunnen deze dunne cholesterische LCE-folies met de hand worden uitgerekt. Bij het uitrekken vertonen deze films dan een kleurverandering van oranje naar blauw.
De structuurkleur van het patroon is zo geprepareerd dat het reflecteert in licht dichtbij het infraroodspectrum als de film (nog) niet is uitgerekt. Dit betekent dat de structuurkleur niet zichtbaar is voor het menselijk oog.
Het materiaal laat pas een van tevoren bepaald patroon zien wanneer het wordt uitgerekt. Daardoor verschuift de golflengte van het gereflecteerde licht naar het zichtbare spectrum en wordt het patroon zichtbaar. Dit proces staat bekend als mechanochromisme.
Dit opmerkelijke materiaal heeft onder meer een grote potentie in een toepassing als mechanochrome sticker om de vervorming van een substraat te detecteren. Het biedt directe visuele feedback, waardoor het bijvoorbeeld geschikt is voor toepassingen in medisch textiel om de druk op wonden te controleren, maar ook in plafonds en ramen om de veiligheidsomstandigheden in gebouwen te bewaken.
Zhang creëerde ook een 3D-vormige 'kever' en een 3D-vormige 'inktvis' die hun kleur van groen naar rood aanpassen bij verhitting, en hun lichaamsvorm aanpassen bij blootstelling aan licht dichtbij het infraroodspectrum.
De methoden die gebruikt zijn om structureel gekleurde LCE's te maken in het werk van Zhang vormen zo de basis voor een veelzijdige gereedschapskist voor het ontwerpen en produceren van functionele polymere materialen.
