Tekuté krystaly

Charakteristika tekutých krystalů

Mezistavy mezi pevnými látkami a kapalinami – mezofáze – se nazývají tekuté krystaly. Jejich částice mají podlouhlý nebo diskovitý tvar. Tekuté krystaly objevil v roce 1888 německý botanik F. Reinitzier. Studoval sloučeninu zvanou cholesterol benzoát. Při zahřívání této látky pozoroval přechod pevných krystalů v zakalenou kapalinu. Další zvýšení teploty mělo za následek čirou kapalinu. Následný výzkum Reinitziera a dalších badatelů se zaměřil na charakteristiky výsledného přechodového stavu, tedy tekutých krystalů. Tekuté krystaly se podle uspořádání jejich molekul dělí na:

• Smektické fáze, molekuly S – jsou uspořádány v postupných vrstvách. Jejich osy jsou vzájemně rovnoběžné.
• Cholesterické fáze, D – podobně jako u smektické fáze jsou osy vzájemně rovnoběžné. Částice jsou uspořádány ve sloupcích.
• Nematické fáze, N – volně se pohybující molekuly, se vyrovnávají v určitých směrech v prostoru. V případě nematic nejsou jejich těžiště uspořádána.

Kapalné krystaly kombinují vlastnosti jak kapalin (schopnost proudit), tak pevných látek (organizace struktury). Tento stav je udržován v případě konkrétní látky pouze v určitém rozmezí teplot. Pod vlivem i nepatrné změny elektrického proudu nebo teploty se mění jejich struktura. Fáze kapalných krystalů mají velmi dobré optické vlastnosti. Vykazují lineární a cirkulární dichroismus.

Způsoby získávání tekutých krystalů

Fáze kapalných krystalů jsou možné pouze u látek, jejichž molekuly mají správnou strukturu – silně anizotropní tvar, amfifilitu. Vytvářejí se v jedno- a vícesložkových systémech. Hlavním faktorem podmiňujícím získání tekutých krystalů je postupná změna teploty. Má velký vliv na pořadí fází, které se objevují jedna po druhé. Tuto sekvenci lze prezentovat následovně: krystal – smektická – nematická – cholesterická – izotropní kapalina. Jedním ze způsobů, jak získat tekuté krystaly, je zahřátí pevné krystalické formy konkrétní látky. Vzniklé krystaly se nazývají termotropní mezofáze. Zvýšením teploty se pevná látka neroztaví okamžitě, ale přemění její krystalickou formu na kapalnou krystalickou formu. Další zahřívání povede ke vzniku kapaliny. Dalším způsobem je rozpustit molekuly, o kterých je známo, že existují ve fázích kapalných krystalů, ve vhodném rozpouštědle. Takové krystaly se nazývají lyotropní mezofáze.

Použití tekutých krystalů

S displeji jsou nepochybně nejčastěji spojovány tekuté krystaly. LCD (displeje z tekutých krystalů) využívají fenomén optického dvojlomu. Články, ve kterých jsou zapuštěny tekuté krystaly, jsou spojeny elektrodami. Řízení výsledného napětí umožňuje uspořádání molekul za účelem získání efektu lomu světla. Míchání tekutých krystalů s barvivy má za následek (v závislosti na orientaci molekul) absorpci světla různých vlnových délek a je možné získat barevný obraz. Ve srovnání s modely s katodovými trubicemi může obrazovka LCD pracovat pouze při maximálním rozlišení ve skutečném rozlišení. To je vynuceno pevným počtem pixelů. Navíc nemají efekt blikání kvůli nižší obnovovací frekvenci. Mezi nepochybné výhody obrazovek z tekutých krystalů patří také nižší spotřeba energie, produkce slabšího magnetického pole a méně škodlivých účinků na zrak. LCD obrazovky se také používají v leteckých přístrojích, kalkulačkách a elektronických hodinkách. Další použití tekutých krystalů:

• Jako přísady do barev a emulzí vykazují schopnost měnit barvu vlivem teploty (tónovaná skla aut, hračky měnící barvu při koupání).
• Krémy s tekutými krystaly získávají na oblibě. Zabraňují ztrátě vody z epidermis.
• V některých teploměrech se používají tekuté krystaly. Využívají změny barvy odraženého světla v závislosti na teplotě. Podobná funkce se používá u teplotních detektorů.
• Zajímavým řešením je použití tekutých krystalů jako logických hradel. Uplatňují se mj. v optoelektronice, kde se využívají tzv. nelineární jevy.