ผลึกเหลว

ลักษณะของผลึกเหลว

สถานะระหว่างของแข็งและของเหลว – mesophases – เรียกว่าผลึกเหลว อนุภาคของพวกมันมีรูปร่างยาวหรือเป็นรูปดิสก์ ผลึกเหลวถูกค้นพบในปี 1888 โดย F. Reinitzier นักพฤกษศาสตร์ชาวเยอรมัน เขากำลังศึกษาสารประกอบที่เรียกว่าคอเลสเตอรอลเบนโซเอต ในขณะที่ให้ความร้อนแก่สารนี้ เขาสังเกตการเปลี่ยนแปลงของผลึกแข็งเป็นของเหลวขุ่น อุณหภูมิที่เพิ่มขึ้นส่งผลให้ของเหลวใส งานวิจัยชิ้นต่อมาโดย Reinitzier และนักวิจัยคนอื่นๆ มุ่งเน้นไปที่ลักษณะของสถานะการเปลี่ยนผ่านที่เกิดขึ้น ซึ่งก็คือผลึกเหลว ผลึกเหลวเนื่องจากการจัดเรียงตัวของโมเลกุลแบ่งออกเป็น:

• Smectic phases, S – โมเลกุลถูกจัดเรียงเป็นชั้นต่อเนื่องกัน แกนของมันขนานกัน
• ระยะคอเลสเตอรอล D – คล้ายกับระยะสเมกติก แกนขนานกัน อนุภาคจัดเรียงเป็นคอลัมน์
• เฟส Nematic, N – โมเลกุลที่เคลื่อนที่อย่างอิสระ, จัดตำแหน่งตัวเองในทิศทางเฉพาะในอวกาศ ในกรณีของ nematics จะไม่มีการเรียงลำดับจุดศูนย์ถ่วง

ผลึกเหลวรวมคุณสมบัติของทั้งของเหลว (ความสามารถในการไหล) และของแข็ง (โครงสร้างองค์กร) สถานะนี้คงไว้ในกรณีของสารเฉพาะในช่วงอุณหภูมิที่กำหนดเท่านั้น ภายใต้อิทธิพลของการเปลี่ยนแปลงเล็กน้อยของกระแสไฟฟ้าหรืออุณหภูมิ โครงสร้างของพวกเขาจะเปลี่ยนไป เฟสผลึกเหลวมีคุณสมบัติทางแสงที่ดีมาก พวกเขาแสดงความแตกต่างเชิงเส้นและวงกลม

วิธีการรับผลึกเหลว

เฟสของผลึกเหลวเป็นไปได้เฉพาะกับสารที่มีโครงสร้างโมเลกุลที่เหมาะสม – รูปร่างแอนไอโซทรอปิกรุนแรง, แอมฟิฟิลิซิตี พวกเขาถูกสร้างขึ้นในระบบเดียวและหลายองค์ประกอบ ปัจจัยหลักที่กำหนดให้ได้ผลึกเหลวคือการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิอย่างค่อยเป็นค่อยไป มันมีอิทธิพลอย่างมากต่อลำดับของขั้นตอนที่ปรากฏทีละขั้นตอน ลำดับนี้สามารถแสดงได้ดังนี้ คริสตัล – สเมกติก – เนมาติก – โคเลสเตอริก – ของเหลวไอโซทรอปิก วิธีหนึ่งในการรับผลึกเหลวคือการให้ความร้อนแก่รูปแบบผลึกแข็งของสารเฉพาะ ผลึกที่เกิดขึ้นเรียกว่าเทอร์โมโทรปิกเมโซเฟส การเพิ่มอุณหภูมิไม่ได้ทำให้สารที่เป็นของแข็งละลายในทันที แต่จะเปลี่ยนรูปแบบผลึกของมันให้เป็นรูปแบบผลึกเหลว ความร้อนเพิ่มเติมจะนำไปสู่ของเหลว อีกวิธีหนึ่งคือการละลายโมเลกุลที่ทราบว่ามีอยู่ในเฟสของผลึกเหลวในตัวทำละลายที่เหมาะสม ผลึกดังกล่าวเรียกว่า ไลโอโทรปิก เมโซเฟส

การใช้คริสตัลเหลว

ไม่ต้องสงสัยเลยว่าคริสตัลเหลวมักเกี่ยวข้องกับจอแสดงผลมากที่สุด LCD (จอแสดงผลคริสตัลเหลว) ใช้ปรากฏการณ์การหักเหของแสง เซลล์ที่คริสตัลเหลวฝังอยู่จะเชื่อมต่อกันด้วยอิเล็กโทรด การควบคุมแรงดันไฟฟ้าที่เกิดขึ้นทำให้สามารถจัดเรียงโมเลกุลเพื่อให้ได้ผลของการหักเหของแสง การผสมผลึกเหลวกับสีย้อมส่งผลให้เกิดการดูดกลืนแสงที่มีความยาวคลื่นต่างกัน (ขึ้นอยู่กับทิศทางของโมเลกุล) และเป็นไปได้ที่จะได้ภาพสี เมื่อเทียบกับรุ่นหลอดรังสีแคโทด หน้าจอ LCD สามารถทำงานได้ที่ความละเอียดสูงสุดในความละเอียดจริงเท่านั้น สิ่งนี้ถูกบังคับด้วยจำนวนพิกเซลที่แน่นอน นอกจากนี้ยังไม่มีเอฟเฟกต์การสั่นไหวเนื่องจากอัตราการรีเฟรชที่ต่ำกว่า ข้อดีที่ไม่ต้องสงสัยของหน้าจอคริสตัลเหลวยังรวมถึงการใช้พลังงานที่ลดลง การผลิตสนามแม่เหล็กที่อ่อนลง และผลกระทบที่เป็นอันตรายต่อสายตาน้อยลง จอ LCD ยังใช้ในอุปกรณ์การบิน เครื่องคิดเลข และนาฬิกาอิเล็กทรอนิกส์อีกด้วย การใช้งานอื่น ๆ ของผลึกเหลว:

• ในฐานะที่เป็นสารเติมแต่งสำหรับสีและอิมัลชัน พวกมันแสดงความสามารถในการเปลี่ยนสีภายใต้อิทธิพลของอุณหภูมิ (กระจกรถที่ย้อมสี, ของเล่นที่เปลี่ยนสีระหว่างการอาบน้ำ)
• ครีมที่มีผลึกเหลวกำลังได้รับความนิยม ป้องกันการสูญเสียน้ำจากผิวหนังชั้นนอก
• ผลึกเหลวใช้ในเทอร์โมมิเตอร์บางรุ่น พวกเขาใช้การเปลี่ยนแปลงสีของแสงสะท้อนขึ้นอยู่กับอุณหภูมิ คุณลักษณะที่คล้ายกันนี้ใช้ในเครื่องตรวจจับอุณหภูมิ
• วิธีแก้ปัญหาที่น่าสนใจคือการใช้ผลึกเหลวเป็นลอจิกเกต พวกมันถูกนำไปใช้ในออปโตอิเล็กทรอนิกส์ซึ่งใช้ปรากฏการณ์ที่ไม่ใช่เชิงเส้นที่เรียกว่า