Embora constituam apenas uma pequena porcentagem de todos os compostos orgânicos, a importância dos cristais líquidos está crescendo o tempo todo. Seu uso prático cada vez mais amplo e sua ocorrência em muitos sistemas, por exemplo, biológicos, tornam as fases de cristal líquido interessantes não apenas para pesquisadores de várias áreas. O resultado do trabalho de cientistas realizado nas últimas décadas é a síntese de dezenas de milhares de compostos de cristal líquido e a descoberta de suas propriedades extraordinárias.
Características dos cristais líquidos
Os estados intermediários entre sólidos e líquidos – mesofases – são chamados de cristais líquidos. Suas partículas têm uma forma alongada ou em forma de disco. Os cristais líquidos foram descobertos em 1888 pelo botânico alemão F. Reinitzier. Ele estava estudando um composto chamado benzoato de colesterol. Ao aquecer essa substância, ele observou a transição de cristais sólidos para um líquido turvo. Um aumento adicional na temperatura resultou em um líquido límpido. A pesquisa subseqüente por Reinitzier e outros pesquisadores enfocou as características do estado de transição resultante, ou seja, cristais líquidos. Os cristais líquidos, devido ao arranjo de suas moléculas, são divididos em:
- Fases esméticas, S – as moléculas são dispostas em camadas sucessivas. Seus eixos são paralelos entre si.
- Fases colestéricas, D – à semelhança da fase esmética, os eixos são paralelos entre si. As partículas são dispostas em colunas.
- Fases nemáticas, N – moléculas em movimento livre, alinham-se em direções específicas no espaço. No caso dos nemáticos, seus centros de gravidade não são ordenados.
Os cristais líquidos combinam as características dos líquidos (capacidade de fluir) e dos sólidos (organização da estrutura). Este estado é mantido no caso de uma determinada substância, apenas em uma certa faixa de temperaturas. Sob a influência de uma ligeira mudança na corrente elétrica ou na temperatura, sua estrutura muda. As fases de cristal líquido têm propriedades ópticas muito boas. Apresentam dicroísmo linear e circular.
Métodos de obtenção de cristais líquidos
Fases de cristal líquido são possíveis apenas para substâncias cujas moléculas têm a estrutura correta – uma forma fortemente anisotrópica, anfifilicidade. Eles são criados em sistemas de um ou vários componentes. O principal fator que determina a obtenção de cristais líquidos é uma mudança gradual de temperatura. Tem grande influência na ordem das fases que aparecem uma após a outra. Esta sequência pode ser apresentada da seguinte forma: cristal – esmético – nemático – colestérico – líquido isotrópico. Uma maneira de obter cristais líquidos é aquecer a forma cristalina sólida de uma substância específica. Os cristais resultantes são chamados de mesofase termotrópica. Aumentar a temperatura não derrete a substância sólida imediatamente, mas transforma sua forma cristalina em uma forma cristalina líquida. Mais aquecimento levará a um líquido. Outra maneira é dissolver as moléculas conhecidas por existirem em fases de cristal líquido em um solvente adequado. Esses cristais são chamados de mesofase liotrópica.
O uso de cristais líquidos
Sem dúvida, os cristais líquidos são mais comumente associados a displays. LCD (displays de cristal líquido) usam o fenômeno de birrefringência óptica. As células nas quais os cristais líquidos estão embutidos são conectadas por eletrodos. O controle da voltagem resultante permite que as moléculas sejam arranjadas de forma a obter o efeito de refração da luz. A mistura de cristais líquidos com corantes resulta (dependendo da orientação das moléculas) na absorção de luz de diferentes comprimentos de onda e torna-se possível obter uma imagem colorida. Em comparação com os modelos de tubo de raios catódicos, uma tela LCD só pode operar em sua resolução máxima em resolução real. Isso é forçado por um número fixo de pixels. Além disso, eles não têm o efeito de cintilação devido a uma taxa de atualização mais baixa. As vantagens indiscutíveis das telas de cristal líquido também incluem menor consumo de energia, produção de um campo magnético mais fraco e menos efeitos nocivos à visão. As telas de LCD também são usadas em instrumentos de aviação, calculadoras e relógios eletrônicos. Outros usos de cristais líquidos:
- Como aditivos para tintas e emulsões, eles mostram a capacidade de mudar de cor sob a influência da temperatura (vidros de carros coloridos, brinquedos que mudam de cor durante o banho).
- Cremes com cristais líquidos estão ganhando popularidade. Eles impedem a perda de água da epiderme.
- Cristais líquidos são usados em alguns termômetros. Eles usam a mudança da cor da luz refletida dependendo da temperatura. Um recurso semelhante é usado em detectores de temperatura.
- Uma solução interessante é o uso de cristais líquidos como portas lógicas. Eles são aplicados principalmente em optoeletrônica, onde são usados os chamados fenômenos não lineares.
