Tekuté kryštály

Charakteristika tekutých kryštálov

Medzistavy medzi pevnými látkami a kvapalinami – mezofázy – sa nazývajú tekuté kryštály. Ich častice majú predĺžený alebo diskovitý tvar. Tekuté kryštály objavil v roku 1888 nemecký botanik F. Reinitzier. Študoval zlúčeninu s názvom cholesterol benzoát. Pri zahrievaní tejto látky pozoroval prechod pevných kryštálov na zakalenú kvapalinu. Ďalšie zvýšenie teploty viedlo k vzniku čírej kvapaliny. Následný výskum Reinitziera a ďalších výskumníkov sa zameral na charakteristiky výsledného prechodového stavu, teda tekutých kryštálov. Tekuté kryštály sa v dôsledku usporiadania ich molekúl delia na:

• Smektické fázy, molekuly S – sú usporiadané v postupných vrstvách. Ich osi sú navzájom rovnobežné.
• Cholesterické fázy, D – podobne ako v smektickej fáze sú osi navzájom rovnobežné. Častice sú usporiadané do stĺpcov.
• Nematické fázy, N – voľne sa pohybujúce molekuly, sa zarovnávajú v špecifických smeroch v priestore. V prípade nematikov nie sú usporiadané ich ťažiská.

Kvapalné kryštály kombinujú vlastnosti kvapalín (schopnosť tiecť) a pevných látok (organizácia štruktúry). Tento stav sa udržiava v prípade konkrétnej látky len v určitom rozsahu teplôt. Pod vplyvom čo i len nepatrnej zmeny elektrického prúdu alebo teploty sa mení ich štruktúra. Fázy tekutých kryštálov majú veľmi dobré optické vlastnosti. Vykazujú lineárny a kruhový dichroizmus.

Spôsoby získavania tekutých kryštálov

Fázy tekutých kryštálov sú možné len pre látky, ktorých molekuly majú správnu štruktúru – silne anizotropný tvar, amfifilitu. Vytvárajú sa v jedno- a viaczložkových systémoch. Hlavným faktorom podmieňujúcim získanie tekutých kryštálov je postupná zmena teploty. Má veľký vplyv na poradie fáz, ktoré sa objavujú jedna po druhej. Táto postupnosť môže byť prezentovaná nasledovne: kryštál – smektická – nematická – cholesterická – izotropná kvapalina. Jedným zo spôsobov, ako získať tekuté kryštály, je zahriatie pevnej kryštalickej formy špecifickej látky. Výsledné kryštály sa nazývajú termotropná mezofáza. Zvýšením teploty sa pevná látka neroztopí okamžite, ale premení jej kryštalickú formu na tekutú kryštalickú formu. Ďalšie zahrievanie povedie k vzniku kvapaliny. Ďalším spôsobom je rozpustenie molekúl, o ktorých je známe, že existujú vo fázach tekutých kryštálov, vo vhodnom rozpúšťadle. Takéto kryštály sa nazývajú lyotropná mezofáza.

Použitie tekutých kryštálov

S displejmi sa nepochybne najčastejšie spájajú tekuté kryštály. LCD (displeje z tekutých kryštálov) využívajú fenomén optického dvojlomu. Články, v ktorých sú vložené tekuté kryštály, sú spojené elektródami. Riadenie výsledného napätia umožňuje usporiadať molekuly tak, aby sa dosiahol efekt lomu svetla. Miešanie tekutých kryštálov s farbivami má za následok (v závislosti od orientácie molekúl) absorpciu svetla rôznych vlnových dĺžok a je možné získať farebný obraz. V porovnaní s modelmi s katódovými trubicami môže obrazovka LCD fungovať iba pri maximálnom rozlíšení v skutočnom rozlíšení. Toto je vynútené pevným počtom pixelov. Navyše nemajú efekt blikania kvôli nižšej obnovovacej frekvencii. Medzi nepochybné výhody obrazoviek z tekutých kryštálov patrí aj nižšia spotreba energie, produkcia slabšieho magnetického poľa a menej škodlivých účinkov na zrak. LCD obrazovky sa používajú aj v leteckých prístrojoch, kalkulačkách a elektronických hodinkách. Iné použitie tekutých kryštálov:

• Ako prísady do farieb a emulzií vykazujú schopnosť meniť farbu pod vplyvom teploty (tónované sklá áut, hračky meniace farbu pri kúpaní).
• Krémy s tekutými kryštálmi získavajú na popularite. Zabraňujú strate vody z epidermy.
• V niektorých teplomeroch sa používajú tekuté kryštály. Využívajú zmenu farby odrazeného svetla v závislosti od teploty. Podobná funkcia sa používa v detektoroch teploty.
• Zaujímavým riešením je použitie tekutých kryštálov ako logických brán. Aplikujú sa okrem iného v optoelektronike, kde sa využívajú tzv. nelineárne javy.