Τα λειτουργικά υγρά είναι μια νέα κατηγορία υλικών που είναι προικισμένα με συγκεκριμένες φυσικοχημικές ιδιότητες μέσω του μοριακού σχεδιασμού ή της συνθετικής χειραγώγησης. Τα δομικά τους χαρακτηριστικά καθορίζουν άμεσα την απόδοσή τους στην ενέργεια, τη μικρορευστική, τη βιοϊατρική και άλλα πεδία. Από μικροσκοπική άποψη, η δομή των λειτουργικών υγρών μπορεί να χωριστεί σε τρία επίπεδα: μοριακές, νανοκλίμακες και μακροσκοπικά συσσωματώματα. Κάθε επίπεδο λειτουργεί συνεργικά για την επίτευξη συγκεκριμένων λειτουργιών.
Στη μοριακή κλίμακα, τα λειτουργικά υγρά αποτελούνται συνήθως από μόρια ή ιόντα τροποποιημένα με λειτουργικές ομάδες. Για παράδειγμα, τα ιοντικά υγρά επιτυγχάνουν χαμηλή μεταβλητότητα, υψηλή θερμική σταθερότητα και συντονισμένη πολικότητα μέσω συγκεκριμένων συνδυασμών ανιόντων και κατιόντων. Τα ανταποκρινόμενα υγρά ενσωματώνουν φωτογραφία -, θερμότητα - ή ph - ευαίσθητες ομάδες, επιτρέποντας στη δομή τους να μεταβάλλεται δυναμικά σε απόκριση σε εξωτερικά ερεθίσματα. Στη νανοκλίμακα, τα λειτουργικά υγρά συχνά σχηματίζουν σύνθετα συστήματα διασποράς νανοσωματιδίων (όπως graphene και κβαντικές κουκκίδες). Οι επιφανειακές επιδράσεις των νανοσωματιδίων σε συνδυασμό με τη ρευστότητα του υγρού μπορούν να παράγουν μοναδικές καταλυτικές, μεταφορές θερμότητας ή οπτικές ιδιότητες. Στο μακροσκοπικό επίπεδο, η δομή των λειτουργικών υγρών παρουσιάζει ανισοτροπία ή κατανομή κλίσης. Για παράδειγμα, η διάτμηση - αραίωσης υγρών, μέσω της εμπλοκής της μοριακής αλυσίδας, της ιξωδοελαστικότητας ελέγχου και χρησιμοποιούνται σε απόσβεση ή μικρορευστοειδή τσιπς.
Ο δομικός χειρισμός βρίσκεται στον πυρήνα του λειτουργικού σχεδιασμού υγρού. Οι προσομοιώσεις μοριακής δυναμικής μπορούν να προβλέψουν τις αλληλεπιδράσεις διαφορετικών δομικών μονάδων, ενώ οι πειραματικές μέθοδοι όπως ο πυρηνικός μαγνητικός συντονισμός (NMR) και το X - η σκέδαση των ακτίνων μπορούν να αναλύσουν τις μικροσκοπικές ρυθμίσεις τους. Στο μέλλον, με την ανάπτυξη έξυπνων υλικών και βιομιμητικών, υγρές δομές με προηγμένες λειτουργίες όπως ο εαυτός - επούλωση και η μνήμη σχήματος θα γίνει μια ερευνητική εστίαση, οδηγώντας ανακαλύψεις σε τεχνολογίες όπως η ευέλικτη ηλεκτρονική και η έξυπνη ανίχνευση. Οι δομικές καινοτομίες στα λειτουργικά υγρά όχι μόνο επεκτείνουν τα όρια της επιστήμης των υλικών, αλλά και παρέχουν νέες προσεγγίσεις για την αντιμετώπιση προκλήσεων όπως η ενεργειακή απόδοση και η χειραγώγηση της μικροκαλλιέργειας.
