Efecte de câmp în cristale lichide

În primul rând, dorim să menționam faptul că ne-am ales această temă deoarece cristalele lichide sunt tot mai folosite în industria tehnologică, au multe aplicații practice și ne-am dorit să aflăm cât mai multe despre acestea.

În general, a fost unanim acceptat faptul că la temperaturi nu prea mari materia există numai în trei stări de agregare: solidă, lichidă și gazoasă. Această nu e întru totul corect, deoarece anumite substanțe organice nu prezintă o singură tranziție de fază, de la solid la lichid, ci o succesiune de tranziții. Aceste tranziții conțin noi faze, ale căror propietati mecanice și de simetrie sunt intermediare între cele ale solidului și lichidului. Pentru acesta ele sunt numite cristale lichide.

Cristalele lichide sunt formate din molecule a căror distribuție spațială nu este complet deteminata de poziția centrilor de masă; pe lângă ordonarea de poziție, un rol important îl are ordonarea de orientare și rotație. Ordonarea pozițională poate fi independentă de forma moleculelor, pe când ordonarea de orientare și rotație depinde de aceasta.

Substanțele care trec în fază de cristal lichid prin modificarea temperaturii se numesc cristale lichide temotrope, iar cele care trec în fază de cristal lichid prin modificarea concentrației lor în soluție se numesc cristale lichide liotrope. Cristalele lichide termotrope sunt importante din punct de vedere al cercetărilor fundamentale cât și al aplicațiilor tehnologice, iar cristalele lichide liotrope, pe de altă parte, sunt importante datorită rolului lor în sistemele biologice și țesutul viu.

Structura cristalelor lichide

Starea de cristal lichid poate fi obținută fie printr-un proces termic( încălzirea solidelor mezogene sau răcirea lichidelor obținute prin încălzirea cristalelor lichide la temperatură mai ridicată decât temperatură de tranziție cristal lichid-lichid), fie prin modificarea concentrației soluțiilor solid-solvent.

Cristale lichide termotrope - Clasificare:

a) Cristalele lichide nematice - provenit de la cuvântul grecesc fir, datorită asemănării dinre structură lor perturbată, privită la microscop și șirurile pe care le formează firele de ață. Faza nematica este caracterizată de ordonarea orientationala la mare distanță, ceea ce înseamnă că axele lungi ale moleculelor tind să se alinieze de-a lungul axei preferențiale.

b) Cristale lichide colesterice - Moleculele cristalelor lichide colesterice au ordonare orientationala a axelor lungi ale moleculelor și așezare neordonata a centrilor de masă

c) Cristale lichide smectice - provenit de la cuvântul grecesc săpun, datorită structurii stratificate, asemănătoare soluției de săpun.

Scurt istoric

Există anumite substanțe organice la care tranziția de fază solid-lichid nu este directă; între faza solidă și cea lichidă apar mai multe faze intermediare stabile. În aceste faze substanțele sunt anizotrope ca și cristalele solide având totodată proprietatea de fluiditate, caracteristică lichidelor. Datorită acestei proprietăți au primit numele de cristale lichide (CL).

Existența cristalelor lichide este cunoscută de un secol însă, atât fizicienii cât și chimiștii nu le-au considerat a fi stare termodinamic stabilă a materiei. În jurul anului 1930 prin cercetările efectuate s-a evidențiat stuctura și unele proprietăți fizice ale cristalelor lichide. În următorii 30 ani nu s-a făcut niciun progres privind interpretarea teoretică și dezvoltarea aplicațiilor practice, deși crescut numărul substanțelor sintetizate care prezintă stare de cristal lichid. Unii fizicieni au fost de părere că problemele importante ale acestui domeniu au fost cercetate, de asemenea a existat tendința de a subaprecia importanța acestora. În anul 1960, în urma unui simpozion organizat de Societatea Engleză Faraday, în care G. F. Frank a vorbit despre teoria elasticității elaborată de el pentru cristale lichide, care până astăzi reprezintă baza cercetărilor teoretice. Aplicații ale cristalelor lichide au fost în dispozitivele de afișaj. În prezent nu există o universitate sau un institut de cercetări în domeniul fizicii care să nu aibă în vizor cercetarea cristalelor lichide. Studiul acestora a devenit important și pentru specialiștii din domenii cum ar fi inginerie, chimie, biologie, medicină.

Aplicațiile practice ale cristalelor lichide sunt numeroase, afișaj numeric, stocarea informației, televiziunea în culori, termografia de suprafață ale microcircuitelor, detectarea și vizualizarea câmpurilor electromagnetice, ultrasonice și a vibrațiilor, detectarea contaminării atmosferei, termografia de suprafață, în teste aerodinamice, cromatografia lichid-gaz, interferometria în inflaroșu, termografia pielii și diagnoză, obținerea de noi date privind structura membranelor biologice și obținerea de membrane biologice artificiale etc.

Efecte electro-optice în cristale lichide

În natură, diferite fenomene electrice și optice se dovedesc a fi foarte strâns legate între ele. De exemplu, polarizarea electrică condiționează multe proprietăți optice ale cristalelor lichide; de asemenea, modificarea gradului de polarizare, în mod spontan sau sub acțiunea câmpului electric extern, conduc la schimbări importante în caracteristicile optice ale materialelor mezomorfe. Fenomenele fizice condiționate de legăturile dintre proprietățile electrice și cele optice, la cristale lichide, poartă denumirea generală de efecte electro-optice. Sunt foarte importante și prezintă un interes deosebit atât din punct de vedere științific, cât mai ales practic. Pe baza acestora se pot realiză: obturatori și modulatori optoelectronici pentru transmiterea informației cu ajutorul fasciculului laser; dispozitive de înregistrare sonoră a filmelor, ecrane tv; dispozitive de filtrare a luminii și testare a potențialelor electrice.