Cristalli liquidi

Caratteristiche dei cristalli liquidi

Gli stati intermedi tra solidi e liquidi – mesofasi – sono chiamati cristalli liquidi. Le loro particelle hanno una forma allungata oa forma di disco. I cristalli liquidi furono scoperti nel 1888 dal botanico tedesco F. Reinitzier. Stava studiando un composto chiamato colesterolo benzoato. Durante il riscaldamento di questa sostanza, ha osservato la transizione dei cristalli solidi in un liquido torbido. Un ulteriore aumento della temperatura ha prodotto un liquido limpido. Le successive ricerche di Reinitzier e altri ricercatori si sono concentrate sulle caratteristiche dello stato di transizione risultante, cioè i cristalli liquidi. I cristalli liquidi, per la disposizione delle loro molecole, si dividono in:

• Fasi smettiche, le molecole S- sono disposte in strati successivi. I loro assi sono paralleli tra loro.
• Fasi colesteriche, D – analogamente alla fase smettica, gli assi sono paralleli tra loro. Le particelle sono disposte in colonne.
• Le fasi nematiche, N – molecole che si muovono liberamente, si allineano in specifiche direzioni nello spazio. Nel caso dei nematici, i loro centri di gravità non sono ordinati.

I cristalli liquidi combinano le caratteristiche sia dei liquidi (capacità di fluire) che dei solidi (organizzazione della struttura). Questo stato viene mantenuto nel caso di una particolare sostanza, solo in un certo intervallo di temperature. Sotto l’influenza anche di un leggero cambiamento di corrente elettrica o temperatura, la loro struttura cambia. Le fasi a cristalli liquidi hanno proprietà ottiche molto buone. Presentano dicroismo lineare e circolare.

Metodi per ottenere cristalli liquidi

Le fasi di cristalli liquidi sono possibili solo per sostanze le cui molecole hanno la giusta struttura: una forma fortemente anisotropa, anfifilia. Sono creati in sistemi a componente singolo e multicomponente. Il fattore principale che determina l’ottenimento di cristalli liquidi è un graduale cambiamento di temperatura. Ha una grande influenza sull’ordine delle fasi che appaiono una dopo l’altra. Questa sequenza può essere presentata come segue: cristallo – smectico – nematico – colesterico – liquido isotropo. Un modo per ottenere cristalli liquidi è riscaldare la forma cristallina solida di una sostanza specifica. I cristalli risultanti sono chiamati mesofase termotropica. L’aumento della temperatura non fonde immediatamente la sostanza solida, ma trasforma la sua forma cristallina in una forma cristallina liquida. Un ulteriore riscaldamento porterà a un liquido. Un altro modo è quello di dissolvere le molecole note per esistere nelle fasi di cristalli liquidi in un solvente adatto. Tali cristalli sono chiamati mesofase liotropica.

L’uso di cristalli liquidi

Indubbiamente, i cristalli liquidi sono più comunemente associati ai display. LCD (display a cristalli liquidi) utilizzano il fenomeno della birifrangenza ottica. Le celle in cui sono incorporati cristalli liquidi sono collegate da elettrodi. Il controllo della tensione risultante consente di disporre le molecole in modo da ottenere l’effetto di rifrazione della luce. La miscelazione di cristalli liquidi con coloranti determina (a seconda dell’orientamento delle molecole) l’assorbimento della luce di diverse lunghezze d’onda e diventa possibile ottenere un’immagine a colori. Rispetto ai modelli con tubo a raggi catodici, uno schermo LCD può funzionare solo alla sua massima risoluzione con la vera risoluzione. Questo è forzato da un numero fisso di pixel. Inoltre, non hanno l’effetto sfarfallio a causa di una frequenza di aggiornamento inferiore. Tra gli indubbi vantaggi degli schermi a cristalli liquidi vi sono anche minori consumi energetici, produzione di un campo magnetico più debole e effetti meno dannosi per la vista. Gli schermi LCD sono utilizzati anche in strumenti aeronautici, calcolatrici e orologi elettronici. Altri usi dei cristalli liquidi:

• Come additivi per vernici ed emulsioni mostrano la capacità di cambiare colore sotto l’influenza della temperatura (vetri delle auto oscurati, giocattoli che cambiano colore durante il bagno).
• Le creme con cristalli liquidi stanno guadagnando popolarità. Prevengono la perdita di acqua dall’epidermide.
• I cristalli liquidi sono usati in alcuni termometri. Usano il cambiamento del colore della luce riflessa a seconda della temperatura. Una caratteristica simile viene utilizzata nei rilevatori di temperatura.
• Una soluzione interessante è l’uso di cristalli liquidi come porte logiche. Sono applicati tra l’altro nell’optoelettronica, dove vengono utilizzati i cosiddetti fenomeni non lineari.