I cristalli liquidi, o per meglio dire le proprietà liquido-cristalline possedute da alcuni composti organici, rappresentano un particolare stato della materia intermedio fra quello di un solido cristallino (caratterizzato da una struttura molecolare ordinata) e quello di un normale liquido (le cui molecole sono disposte disordinatamente nello spazio). Per questa loro duplice natura i cristalli liquidi presentano sia alcune proprietà dei liquidi, quali ad esempio l’alta fluidità, l’incapacità a sopportare sforzi di taglio, l’attitudine a formare gocce; sia alcuni comportamenti tipici dei cristalli, come ad esempio la manifestazione di proprietà elastiche, ottiche, elettriche o magnetiche lungo alcune particolari direzioni.
Scoperti nel 1888 dal botanico austriaco Friedrich Reinitzer, solo recentemente i cristalli liquidi hanno iniziato a trovare importanti applicazioni in alcuni oggetti tecnologici di uso quotidiano. Un esempio piuttosto significativo è rappresentato dai display LCD (Liquid Crystal Display) utilizzati per gli schermi televisivi, nei nostri cellulari o negli I-phone e I-Pad. Ma non solo. È di questi giorni la notizia che un gruppo di ricercatori dell’Istituto Nazionale di Ottica del Cnr (INO-Cnr) in collaborazione con l’Istituto di Chimica e Tecnologia dei Polimeri del CNR (Ictp-CNR) e con il Dipartimento di Scienze Fisiche dell’Università Federico II di Napoli, ha condotto una ricerca particolarmente innovativa tesa a sfruttare le proprietà di coalescenza dei cristalli liquidi per ottenere lenti liquide a focale variabile.
L’idea di riprodurre il comportamento del cristallino – la lente di cui madre natura ha dotato i nostri occhi, che ci permette di mettere a fuoco tanto gli oggetti vicini quanto quelli lontani – non è nuova. Da alcuni anni, infatti, sono state proposte e realizzate lenti liquide costituite da una membrana trasparente (una sorta di sacchetto a forma di lente) contenente un liquido, anch’esso trasparente ma con una ben definita densità ottica (indice di rifrazione). Modificando la curvatura della membrana, mediante stimoli meccanici o elettrici, è possibile variare, in un ampio intervallo di valori, la focale della lente e ottenere con un unico elemento ottico le stesse funzionalità di un complesso zoom fotografico.
Il progetto portato avanti dal gruppo di fisici e chimici napoletani si colloca in questo filone di ricerca ma presenta aspetti di novità decisamente interessanti. In primo luogo l’uso dei cristalli liquidi. Per la prima volta, infatti, i cristalli liquidi sono stati frammentati in goccioline microscopiche che possono assemblarsi (coalescere) nuovamente in gocce più grosse tramite un processo reversibile. In questo modo, ciascuna goccia si comporta come una lente la cui focale dipende dal raggio di curvatura della goccia stessa (e quindi, in ultima analisi, dalle sue dimensioni). Da un punto di vista operativo, i ricercatori hanno depositato delle goccioline di cristallo liquido su un substrato di niobato di litio (un cristallo con proprietà fotoniche) opportunamente preparato e ricoperto con un particolare polimero.
Normalmente i processi di coalescenza dei cristalli liquidi vengono indotti e controllati mediante l’applicazione di campi elettrici esterni ma – ecco la seconda importante novità – in questo caso il campo elettrico viene generato dal dispositivo stesso mediante una semplice variazione della temperatura. Si ottiene in questo modo una matrice di microlenti con focale variabile in grado di mettere contemporaneamente a fuoco oggetti a diverse profondità.
Questa nuova soluzione sembra essere particolarmente promettente in quanto non solo offre nuove opportunità in campo fotografico o nell’ambito delle nano-tecnologie ma può essere convenientemente sfruttata anche nel settore delle energie rinnovabili. L’utilizzo di lenti sferiche – le goccioline di cristallo liquido – opportunamente alloggiate sui pannelli solari fotovoltaici dovrebbe, infatti, consentire di catturare la luce del sole entro un angolo di illuminazione decisamente superiore a quello normalmente sfruttato dai più tradizionali sistemi di concentrazione statici.