Cristal líquit
El cristal líquit és un tipo especial d'estat d'agregació de la matèria que té propietats de les fases líquida i sòlida. Depenent del tipo de cristal líquit, és possible, per eixemple, que les molècules tinguen llibertat de moviment en un pla, pero no entre plans, o que tinguen llibertat de rotació, pero no de translació.
Història
[editar | editar còdic]
Se sol atribuir el descobriment dels cristals líquits al botànic Friedrich Reinitzer que en 1888 va trobar una substància que semblava tindre dos punts de fusió. Un any més tarde Otto Lehmann va solucionar el problema en la descripció d'un nou estat de la matèria mig entre un líquit i un cristal. Finalment, Friedel, en 1922, va ser qui va parlar per primera volta de "mesofase".
En 1888, quan Friedrich Reinitzer estudiava derivats del colesterol va trobar un compost que semblava tindre dos punts de fusió; en principi, els cristals es fonien generant un decorregut dens i opac. Després, a una temperatura superior, este es convertia en un líquit transparent semblat a l'aigua. Per a caracterisar un compost sòlit s'obté un cristal i es medix el seu punt de fusió. Si la substància és pura, la seua temperatura de fusió és constant; d'un atre modo, es tracta d'una mescla. Fins a llavors (1888), solament es coneixien tres fases de la matèria: sòlit, líquit i gas; pero en observar, en un microscopi de polarisació, este decorregut dens mostrava una estructura interna característica dels cristals sòlits. Açò semblava ser el descobriment d'una nova fase de la matèria. Estimulats per açò, els científics varen començar la busca d'atres substàncies que també mostraren la cridada mesofase, és dir, substàncies líquides en una estructura interna en un ranc constant de temperatura.
Es varen buscar varis derivats del colesterol que es comportaven aixina. Es varen portar a terme diferents mides i es varen propondre teories per a predir l'existència de la mesofase (fase entre l'estat sòlit i líquit ). Estes teories en un principi solament consideraven molècules tipo bastó pero actualment comprenen també atres molècules no esfèriques (anisótropas).
Les molècules d'un cristal líquit poden desplaçar-se unes respecte a atres en prou facilitat, de forma semblant a les d'un líquit. No obstant, totes les molècules d'un cristal líquit tendixen a estar orientades de la mateixa manera, alguna cosa similar a l'estructura molecular d'un cristal sòlit. Els cristals líquits solament mantenen la seua doble naturalea sòlida i líquida en un determinat ranc de temperatures i pressions. A temperatures altes o pressions baixes, l'orde de l'orientació dona pas a les rotacions moleculars aleatòries, en lo que el cristal líquit es convertix en un líquit normal. Quan la temperatura és lo prou baixa o la pressió és lo prou alta, les molècules d'un cristal líquit ya no poden desplaçar-se entre sí en facilitat, i el cristal líquit pansa a ser un sòlit normal.
En 1970 es va demostrar que la corrent elèctrica de baixa intensitat canvia l'estructura interna de la mesofase, també cridada "estat mesomórfico", lo que provoca variacions en les propietats òptiques dels líquits. També és possible manipular les propietats òptiques d'un cristal líquit sometent-ho a un camp magnètic que, com un camp elèctric, canvia l'orientació de les seues molècules.
El descobriment de 1970 va obrir la porta als primers aparats de cristal líquit els quals requerixen menys energia per al seu funcionament. Gràcies a açò, els aparats elèctrics varen escomençar a ser portàtils. Els primers cristals líquits varen ser utilisats en calculadores. Pel desenroll de noves substàncies mesomórficas (més flexibles i menys sensibles a les condicions externes) i a millores tecnològiques, l'actual pantalla de cristal líquit, cridada LCD, és més nítida, està plena de colorit i proporciona prestacions similars a les dels aparats de tubos de rajos catódicos, que consumixen grans cantitats d'energia.
Característiques i tipos
[editar | editar còdic]
La principal característica d'estos composts és que els seus molècules són altament anisótropas en la seua forma, poden ser allargades, en forma de disc o atres més complexes com a forma de pinya. A diferència dels cristalés (orientació a llarc alcanç i posicions ordenades a llarc alcanç), els CL tenen una orientació a llarc alcanç, pero posicions ordenades a curt alcanç. Ademés, contenen intrínseques propietats físiques anisótropas. En funció d'esta forma el sistema pot passar per una o més fases intermiges (mesofases) des de l'estat cristalí fins al líquit. En estes mesofases el sistema presenta propietats intermiges entre un cristal i un líquit.
Cristals líquits termotrópicos
[editar | editar còdic]
Les fases termotrópicas són aquelles que ocorren en rancs determinats de temperatura; si la temperatura és molt alta, l'energia cinètica trenca l'orde de les molècules del cristal líquit, provocant una transició a una fase líquida isotrópica com la de qualsevol atra substància; si la temperatura és molt baixa, la majoria dels cristals líquits es solidifican formant cristals convencionals.[1][2]
Varis cristals líquits sofrixen transicions a través d'una varietat de fases diferents quan la temperatura varia.
Fase nemática
[editar | editar còdic]
Una de les fases de cristals líquits més comuns és la nemática. La paraula nemática ve del grec νήμα (nema), que significa “fil”. Este terme s'origina dels defectes topològics que s'observen en els cristals líquits nemáticos, els quals es denominen formalment com “disclinaciones”. Els Nemáticos també exhibixen defectes topològics cridats “erizos”. En una fase nemática, les molècules orgàniques calamíticas o en forma de vara no tenen un orde posicional, pero s'alineen automàticament per a tindre un orde direccional de llarc alcanç en els seus eixos llongitudinals més o menys paralels;[3] per lo tant, les molècules són lliures de fluir i el centre de les posicions de les seues masses es distribuïx a l'encert com en un líquit, pero mantenen el seu orige direccional de llarc alcanç. La majoria són cristals líquits nemáticos monoaxiales: tenen un eix que és més llarc i preferit, en els atres dos sent equivalents (poden aproximar-se com a cilindres o varetes). No obstant, alguns cristals líquits són nemáticos biaxials, lo que significa que, ademés de l'orientació del seu eix llarc, també s'orienten a lo llarc d'un eix secundari.[4] Els nemáticos tenen una fluïdea similar a la dels líquits comuns (isotrópicos) pero poden ser fàcilment alineats per un camp elèctric o magnètic extern. Els cristals líquits nemáticos alineats tenen les propietats òptiques dels cristals monoaxiales i açò els fa molt útils en pantalles de cristal líquit (LCD).[5]
Fase esméctica
[editar | editar còdic]Les fases esmécticas, les quals es presenten a temperatures més baixes que la nemática, formen capes ben definides que es poden esgolar una sobre una atra d'una forma similar al sabó. La paraula “esméctica” s'origina de la paraula llatina “smecticus”, que significa neteja o tindre propietats similars al sabó.[6] Les esmécticas són, llavors, posicionalment ordenades a lo llarc d'una direcció. En la fase esméctica A, les molècules s'orienten a lo llarc d'una capa normal, mentres que en la fase esméctica C estes s'inclinen llunt de la capa normal. Estes fases són de tipo líquit dins de les capes. Hi ha vàries formes diferents de fases esmécticas, totes caracterisades per tipos diferents i graus d'orde direccional i posicional.[1][2]
Fase quiral
[editar | editar còdic]
La fase quiral nemática presenta quiralidad (lateralitat). Esta fase sol cridar-se “fase colestérica” perque va ser observat per primera volta per als derivats del colesterol. Solament les molècules quirales (és dir, aquelles que no tenen plans interns de simetria) poden donar lloc a esta classe de fases. Esta fase exhibix una torsió de les molècules perpendicular a l'eix director, en l'eix molecular paralel al director. L'àngul de torsió finito entre molècules adjacents es deu a la seua empaquetamiento asimètric lo que, en conseqüència, resulta en un orde quiral de major alcanç. En la fase esméctica C* (l'asterisc indica una fase quiral), les molècules tenen un ordenament posicional en una estructura de capes (com en les atres fases esmécticas), en les molècules sent inclinades en un àngul finito sobre la capa normal. La quiralidad induïx un gir assimutal finito d'una capa a la següent, produint una torsió en espiral de l'eix molecular a lo llarc de la capa normal.[2][7][8]
El to quiral (denominat com a p per la seua paraula en anglés “pitch”), es referix a la distància a la que les molècules de cristal líquit passen per una rotació total de 360° (pero note's que l'estructura de la fase quiral nemática es repetix cada mig to ya que, en esta fase, els directors a 0° i 180° són equivalents). El to quiral, p, generalment canvia quan és alterada la temperatura o quan atres molècules són afegides al material de cristal líquit base (un material de base aquiral formarà una fase quiral si es dopa en un material quiral), permetent que el to d'un material determinat puga ser ajustat. En alguns sistemes de cristals líquits, el to té el mateix orde de magnitut que les llongituts d'ona de la llum visible. Açò provoca que estos sisteman presenten propietats òptiques úniques, com la reflexió de Bragg i una emissió làser de llindar baix,[9] les quals s'aprofiten en un ampli número d'aplicacions òptiques.[10][7] Per al cas de la Reflexió de Bragg, solament la reflexió de menor orde es permet si la llum s'incidix a lo llarc de l'eix d'hèliç, mentres que per a l'incidència oblicua es permeten les reflexions de major orde. Els cristals líquits colestéricos també exhibixen la propietat única de que reflectixen la llum polarisada de forma circular quan esta s'incidix en l'eix d'hèliç i reflectixen la que està elípticamente polarisada si s'incidix en forma oblicua.[11]
Fase blava
[editar | editar còdic]Les fases blaves apareixen en un interval de temperatura entre una nemática quiral i una líquida isotrópica. Les fases blaves tenen una estructura cúbica tridimensional regular de defectes en periodos de ret de varis centenars de nanómetros i, per lo tant, exhibixen reflexions de Bragg selectives en el ranc de llongituts d'ona de la llum visible corresponents a la ret cúbica. Es va predir teòricament en l'any 1981 que estes fases poden posseir simetria icosaédrica similar als cuasicristalés.[12]
A pesar de que les fases blaves són d'interés per als modeladores ràpits de llum o els cristals fotònics sintonisables, existixen en un ranc de temperatura molt llimitat, en valors que varien en uns pocs Kelvin; recentment, l'estabilisació de fases blaves sobre un ranc de temperatura de més de 60 K, incloent temperatura ambiente (260-326K), s'ha demostrat.[13][14] Les fases blaves estabilisades a temperatura ambiente permeten una conmutación electro-òptica en temps de resposta en l'orde de 10−4 s.[13][14][15]
En maig del 2008 es va desenrollar el primer panel de LCD en modo de Fase Blava.[16]
Fase columnar
[editar | editar còdic]
La fase columnar és una classe de mesofase en a on les molècules es ensamblan en estructures cilíndriques per a actuar com mesógenos. Originalment, esta fase de cristal líquit va ser cridada “cristal líquit discótico” perque les estructures columnars són compostes per molècules empaquetades en forma de discs. Ya que les investigacions recents proveïxen un número de cristals líquits columnars que consistixen en mesógenos no-discóticos, és més comú classificar esta fase i als composts en estes propietats com a cristals líquits columnars.[17]
L'atre tipo de CL sobre esta classificació és el "liotrópico", el qual obté distintes colocació en funció del número de molècules que ho componguen.
Algunes d'estes molècules nemáticas presenten propietats òptiques segons la seua orientació permetent o impedint el pas de la llum o actuant sobre la seua polarisació. La seua aplicació més directa és per a la fabricació de pantalles de cristal líquit.
Una atra categoria existent és la dels cristals líquits liotrópicos, formats per agregats de molècules anfifílicas (molècules que posseïxen, en la seua mateixa estructura, regions hidrofòbicas i hidrofílicas) quan són colocades en un mig polar (aigua) o apolar (solvent orgànic).
Referències
[editar | editar còdic]- ↑ 1,0 1,1 Chandrasekhar, S. (1992). Liquid Crystals, 2nd edició, Cambridge: Cambridge University Press. ISBN 0-521-41747-3.
- ↑ 2,0 2,1 2,2 de Gennes, P.G. and Prost, J (1993). The Physics of Liquid Crystals, Oxford: Clarendon Press. ISBN 0-19-852024-7.
- ↑ Liquid Crystals.37(1)
- 37–43.doi:10.1080/02678290903359291.
- ↑ (2004).Phys. Rev. Lett..92(14)doi:10.1103/PhysRevLett.92.145505.
- ↑ Castellà, Joseph A. (2005). Liquid Gold: The Story of Liquid Crystal Displays and the Creation of an Industry, World Scientific Publishing. ISBN 978-981-238-956-5.
- ↑ «smectic». Merriam-Webster Dictionary.
- ↑ 7,0 7,1 Dierking, I. (2003). Textures of Liquid Crystals, Weinheim: Wiley-VCH. ISBN 3-527-30725-7.
- ↑ Collings, P.J. and Hird, M (1997). Introduction to Liquid Crystals, Bristol, PA: Taylor & Francis. ISBN 0-7484-0643-3.
- ↑ Kopp, V. I.; Fan, B.; Vithana, H. K. M.; Genack, A. Z.(1998).Opt. Lett.23(21)
- 1707–1709.doi:10.1364/OL.23.001707.
- ↑ Sluckin, T. J.; Dunmur, D. A. and Stegemeyer, H. (2004). Crystals That Flow – classic papers from the history of liquid crystals, London: Taylor & Francis. ISBN 0-415-25789-1.
- ↑ Priestley, E. B.; Wojtowicz, P. J. and Sheng, P. (1974). Introduction to Liquid Crystals, Plenum Press. ISBN 0-306-30858-4.
- ↑ (1990).Rep. Prog. Phys..53(6)
- 659–705.doi:10.1088/0034-4885/53/6/001.
- ↑ 13,0 13,1 (2005).Nature.436(7053)
- 997–1000.doi:10.1038/nature03932.
- ↑ 14,0 14,1 (2005).Nature.437(7058)doi:10.1038/nature04034.
- ↑ Kikuchi H, Yokota M, Hisakado I, Yang H, Kajiyama T.(2002).Nature Materials.1(1)
- 64–8.doi:10.1038/nmat712.
- ↑ «[1]». Consultat el 23 d'abril de 2009.
- ↑ Kohei Sato, Yoshimitsu Itoh, and Takuzo Aida http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/ja203894r
- Este artícul conté una traducció derivada de «Cristal líquido» de Wikipedia en castellà publicada baix la Llicència de documentació lliure de GNU i la Llicència Creative Commons Reconeiximent-CompartirIgual 4.0 Internacional.