CRISTALE LICHIDE

Dorina Mihaela Dolha Master Didactic Științe, an II

DEFINIȚIE

Cristalele lichide

reprezintă o stare intremediară între solidul cristalin și lichid , caracteristică numai anumitor materiale organice. În acestea , materialul are proprietati specifice , între acelea de lichid și cele ale solidului cristalin.

Stare lichidă Stare solidă

ISTORIC

Deşi primele observații ale comportamentului de cristal lichid au fost făcute în anii 1850 de către biologii Virchow, Mettenheimer şi Valentin cu ocazia studierii în lumină polarizată a mielinei din celula nervoasă, descoperirea oficială a cristalelor lichide a fost atribuită botanistului austriac Reinitzer şi fizicianului german Lehmann (1888).

Fază solid cristalină Fază lichid cristalină Fază lichidă

Ştiaţi ?

Trăsătura caracteristică a cristalelor lichide este prezența ordinii orientațională la distanță în aranjarea moleculelor constituente şi uneori pozițională - care poate fi unidimensională,bidimensi onală sau tridimensională.

A FOST ODATĂ UN CRISTAL LICHID

Descoperirea de cristale lichide formate în mod spontan din molecule de ADN scufundate în apă ar putea reprezenta un nou scenariu posibil cu privire la originea vieții pe planeta noastră.

Descris în revista Science, studiul a fost realizat de cercetătorii de la Universitatea Colorado împreuna cu cei de la Laboratorul de fluide complexe și biofizica moleculara din cadrul Universității din Milano. Cele două grupuri de cercetare au descoperit că segmentele scurte de ADN se asamblează în numeroase cristale diferite, iar acestea se auto-orientează în mod paralel unul cu celălalt, așezându-se în coloane ordonate, dacă sunt scufundate într-o solutțe apoasă.

Aceasta descoperire vine să sporească cunoștințele pe care le deținem cu privire la puterea de auto-organizare a moleculelor si furnizează noi indicii importante legate de ceea ce s-ar fi putut întâmpla pe Terra primordială.

FAZE-CRISTALE LICHIDE

• • • cristale lichide termotrope – substanțele care trec în faza de cristal lichid prin modificarea temperaturii • dupa ordinea de așezare e a moleculelor ,cristalele lichide termotrope se pot clasifică in : • nematice ; • smectice (ex: mielina) ; • colesterice sunt optic active (ex: colesterolul) .

cristale lichide liotrope - trec în faza de cristal lichid prin modificarea concentrației lor în soluție (ex: membranele celulare) metalotropice - molecule organice ,și anorganice la care tranziția de fază depinde de temperatură, concentrație dar și de raportul compoziției organic anorganic

Cristale lichide termotropice nematice Faza nematică (N)

 Nema – fir; nemato – filiform (lb. greacă)  Molecule filiforme   Fără ordine poziţională Ordine de orientare aprox. paralelă   director Pot fi aliniate uşor cu un câmp electric

Polarized microphotograph of unaligned nematic liquid crystal .

Cristale lichide termotropice smectice

Faza smectică (Sm)

 Moleculele păstrează ordinea de orientare      Se aliniază în straturi Ordine poziţională după o direcţie SmA (stânga) SmC (dreapta) Există şi alte faze Sm

Cristale lichide colesterice

Faza colesterică (N*)

 Tipică pentru esteri ai colesterolului   colesteric Structură similară cu o stivă de straturi nematice 2D  Directorul din fiecare strat este răsucit faţă de straturile  adiacente Twisted nematic (TN)

Cristale lichide liotropice

Colourful textures of a hexagonal liquid crystalline copper carboxylate

Cristalele lichide liotropice abundă în sistemele vii: membranele biologice, celulele din membrane, unele proteine (proteinele produse de păianjen care produce pânza de păianjen).

Săpunul este tot un LC liotropic.

Aplicații

• Ordinea cristalelor lichide poate fi manipulată :mecanic, electric sau magnetic. Este interesant că modificarea ordinii se obține cu variații foarte mici ale forțelor.

• • Culoarea cristalelor lichide se schimbă în funcție de starea de ordine.

Un câmp electric schimbă orientarea cristalelor și afectează polaritatea luminii care trece prin cristal.

- ecrane pentru telefoane, camere foto și video, laptopuri, tv etc. - termometre - mini senzori pentru detectarea unor chimicale sau a schimbărilor de tempertură

Aplicații recente: stocare optic

ă , LED – aplica ț

ii energetice.

Proprietățile cristalelor lichide

     

Polimorfismul Anizotropia şi parametrul de ordonare al moleculelor Birefringența optică Puterea rotatorie la cristale lichide nematice Reflexia selective Efecte de ordonare la cristale lichide nematice

Birefringența

Monitoarele LCD

Tehnologia DSTN (Dual-Scan Twisted Nematic)

Proiectoare

3LCD (3-panel liquid crystal display)

http://liq-xtal.case.edu/ Lumina albă este impărtita în rosu, verde si albastru cu ajutorul unor filtre special concepute în acest sens. În drumul luminii către ecran, aceasta trece prin cristalele lichide ale fiecarui panou, fiind modulată in funcție de semnalul recepționat. Cele 3 culori ulterior se reunesc, cu ajutorului unei prisme, pentru a putea fi proiectată imaginea finală. Spre deosebire de DLP, culorile sunt afișate simultan, fără nevoia unui filtru mobil de culoare.

Cristalele lichide și clustomezogenii

Cristalele lichide – materiale cu o largă utilizare în construcţia dispozitivelor de afişaj (de ex. LCD) – păstrează atât caracteristicile specifice unui solid cristalin (ordonarea parţială), cât şi caracteristicile stării lichide (fluiditatea). Clusterii metalici sunt agregate moleculare formate din mai mulţi atomi ce sunt uniţi prin intermediul unor legături metalice şi prezintă proprietăţi electronice, optice şi magnetice deosebite. Clustomezogenii sunt un nou tip de materiale multifuncţionale care combină aceste două categorii, pentru a aduce clusterii metalici în faza de cristal lichid. Astfel, cele mai importante proprietăţi ale clusterilor metalici sunt transferate noilor materiale: luminescenţa puternică în domeniul roşu/infraroşu apropiat (NIR) şi capacitatea de auto-asamblare la nivel supramolecular .

Știați că...

PixelOptics, prima firmă producătoare de lentile compozite (alcătuite din doua tipuri diferite de materiale), intenţionează să lanseze o nouă linie de ochelari high-tech care comută între vederea de aproape şi cea la distanţă, cu o apăsare de buton sau chiar printr-o simplă înclinare a capului.

În curând, americanii care au nevoie de lentile bifocale sau progresive ar putea primi o noua viziune asupra vieţii. În luna iunie a acestui an, PixelOptix din oraşul Roamoke, Virginia, plănuieşte să introducă o linie de ochelari de vedere electronici, numiţi emPower, care permit purtătorilor să treacă de la dioptriile pentru citit la cele pentru vedere la distanţă. Tehnologia folosită în cazul acestor ochelari este asemănătoare cu cea iPodului. Lentilele sunt dotate cu un strat subţire de cristale lichide amplasat între două pelicule de material plastic. Zappate de un şoc electric, cristalele schimbă alinierea schimbând modul în care se reflectă lumina.

www.unibuc.ro/studies/Doctorate2008Iulie/.../rezumat.doc

www.phys.uaic.ro/download/p0rfl291mf

http://www.descopera.ro/dnews/8195143-ochelarii-electronici-vor-inlocui-lentilele-bifocale-iata-cum-funct http://www.descopera.ro/dnews/1058724-a-fost-odata-un-cristal-lichid http://www.scientia.ro/stiinta-la-minut/121-cercetatorii-romani-si-realizarile-acestora/2025-cristalele-lichide-si clustomezogenii.html

http://www.chemistry.wustl.edu/faculty/rgross http://www.physics.fsu.edu/Users/Dobrosavljevic/Phase%20Transitions/Liquid%20crystal_younghee%20Kim.pdf

http://lefo.wikispaces.com/nanomateriale1 http://www.physics.pub.ro/Referate/BN120/Determinarea_concentratiei_substantelor_optic_active_cu_ajut orul_POLARIMETRULUI.pdf