Tečni kristal
Tečni kristali su materije koje se nalaze u prelaznom agregatnom stanju između čvrstog i tečnog agregatnog stanja.[1] Ovo stanje materije se zove mezomorfna faza ili mezofaza. TK poseduju neke osobine tečnosti (kao što je pokretljivost) ali i čvrstih tela, kristala (uređen položaj molekula u prostoru). TK postoje samo u određenom temperaturnom opsegu. Molekuli koji međusobno mogu da grade tečno kristalno stanje zovu se mezogeni. Optičke osobine TK se menjaju pod uticajem spoljašnjeg električnog i magnetnog polja, svetlosti, toplote kao i hemijskog i mehaničkog uticaja. Ova njihova osobina se danas koristi u mnogim uređajima a možda je najpopularnija primena u LCD ekranima.[2]
Istorija
uredi- Iako je i pre 1888. god. primećena pojava da se stearin topi u zamagljenu tečnost na 52 °C, menjajući se na 58 °C u mutnu i na 62,5 °C u bistru tečnost (Hajnc, W.Heintz 1850. god.), otkriće TK ili mezofaze se obično pripisuje austrijskom botaničaru Fridrihu Rajniceru.[3] On je primetio da se topljenjem holesteril-benzoata na 145,5 °C obrazuje mutni rastop koji pak postaje prozirna tečnost na 178,5 °C. Ta tečnost je zatim hlađenjem menjala boju od plavičaste do ljubičaste pre nego što se kristalizovala. Rajnicer je, posle konsultacija sa Otom Lemanom, postavio tezu da se radi o novootkrivenom stanju materije (fazi).
- 1877. god. Oto Leman je konstruisao mikroskop sa polarizatorom i grejnom podlogom kako bi analizirao mezofaze raznih supstanci pri grejanju i hlađenju.
- 1890. god. Geterman i Ričke su napravili prvi veštački tečni kristal.
- 1900. god. Forlender je sa svojim saradnicima prvi put sintetizovao termotropnu smektičku supstanciju. Zatim su sintetizovali preko sto drugih supstancija koje imaju osobine TK. Na osnovu tih ogleda 1907. je objavio rad o sistematizaciji hemijskih struktura ovih jedinjenja. Veoma je važna njegova knjiga iz 1924. god. „Hemijska kristalografija tečnosti“ (nem. Chemische Kristallographie der Flüssigkeiten). Forlender je otkrio polimorfizam (više faza) u jednom istom TK.
- 1904. godine Oto Leman je objavio svoje značajno delo „Tečni kristali“.
- 1916. god. Born je objasnio nematičnu fazu na osnovu stalnih dipola molekula.
- 1922. god. je uveo podelu TK na osnovu molekularne uređenosti (smektički, nematički i holesterički TK) koju i sada koristimo.
- 1958. god. Alfred Zaupe i njegov mentor Majer su razvili statističku molekularnu teoriju TK i to u Zaupeovom diplomskom radu. Iz tog rada je nastala Majer-Zaupeova teorija. Ova teorija veoma uspešno predviđa eksperimentalne termotropne fazne prelaze.
- 1960. god. sintetisana je prva supstancija koja je imala nematičke osobine na sobnoj temperaturi.
- 1968. god. Hajlmajer je sa svojim saradnicima predstavio prvi ekran koji je sadržao tečne kristale, LCD (engl. liquid crystal display).
Podela po načinu dobijanja
urediTermotropski
urediTermotropski TK se dobijaju snižavanjem temperature nekih tečnosti ili povećanjem temperature nekih čvrstih tela.
Enantiotropski
urediEnantiotropski TK su oni dobijeni bilo zagrevanjem čvrste supstance, bilo hlađenjem tečnosti.
Monotropski
urediMonotropski TK su oni koji u ovo stanje mogu preći samo hlađenjem ili samo zagrevanjem supstance.
Liotropski
urediLiotropski TK se dobijaju kada se neka supstanca izloži dejstvu vode ili organskog rastvarača.
Podela na osnovu molekularne uređenosti
urediSmektički
uredi
Smektička faza – od grčke reči sapun (σμεγμα). Molekuli su orijentaciono uređeni kao i kod svih TK (ose su im međusobno paralelne) i organizovani su u slojevima. Ti slojevi slobodno klize jedan preko drugog. Ova faza ima najveću viskoznost pa je najsličnija čvrstom stanju materije.
Nematički
uredi
Nematička faza – od grčke reči nit (νεμοσ). Molekuli imaju međusobno paralelne ose ali su haotično raspoređeni (ne postoje slojevi). Pravac po kome se prostiru ose se zove direktor n. U nematičkoj fazi spoljašnje magnetno i električno polje stvara indukovane dipole mezogena. Po prestanku uticaja spoljašnjeg polja materijal ostaje nepolarisan.
Holesterički
urediKod holesterika molekuli takođe imaju paralelne ose ali su molekuli raspoređeni u složenim formama koje čine spiralu. Često se Holesterici (ili hiralni nematici kako se još zovu) smatraju vrstom nematika sa paralelnim osama molekula i konstantnim pomeranjem položaja svakog sledećeg molekula za mali ugao. Korak spirale odgovara talasnoj dužini vidljivog dela spektra pa promena koraka spirale pod spoljašnjim uticajem dovodi do promene boje. Spoljašnji uticaj može biti toplotni, hemijski i mehanički.
Primena tečnih kristala
urediSvima je poznata primena TK za izradu displeja (ekrana) na bazi tečnog kristala, (engl. liquid crystal display - LCD). Međutim, zahvaljujući sposobnosti TK da menja optičke osobine pod uticajem spoljašnjeg električnog ili magnetnog polja, hemijskog dejstva raznih toksičnih gasova i para, mehaničkog dejstva (smicanja, pritiska ili savijanja), oblast primene mu je veoma velika. Koristi se u elektronskim prekidačima svetla (optičkim ventilima, kod pametnih prozora koji se zatamnjuju ili postaju prozirni po potrebi), termometrima koji menjaju boju sa promenom temperature, za ispitivanje mehaničke otpornosti različitih konstrukcija, kao promenljivi optički filtri za propuštanje određenog dela spektra svetlosti, za memorisanje hologramskih slika i mnoge druge svrhe, s tim da se oblast primene TK i dalje širi.
Povezano
urediReference
uredi- ↑ Sivaramakrishna Chandrasekhar (1992). Liquid Crystals (2nd izd.). Cambridge: Cambridge University Press. ISBN 0-521-41747-3.
- ↑ Pierre-Gilles de Gennes and Prost, J (1993). The Physics of Liquid Crystals. Oxford: Clarendon Press. ISBN 0-19-852024-7.
- ↑ Friedrich Reinitzer (1888). „Beiträge zur Kenntniss des Cholesterins”. Monatshefte für Chemie (Wien) 9 (1): 421-441. DOI:10.1007/BF01516710.
Literatura
uredi- Sivaramakrishna Chandrasekhar (1992). Liquid Crystals (2nd izd.). Cambridge: Cambridge University Press. ISBN 0-521-41747-3.
- Pierre-Gilles de Gennes and Prost, J (1993). The Physics of Liquid Crystals. Oxford: Clarendon Press. ISBN 0-19-852024-7.
