cristales líquidos
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Cristales líquidos
Israel García García
Índice Introducción: Un poco de historia Cristales líquidos: Generalidades Parámetros de interés en cristales líquidos Tipos de cristales líquidos La luz y los cristales líquidos nemáticos Aplicaciones de los cristales líquidos Curiosidades
Un poco de historia…“Antes del descubrimiento” Estudio de especies biológicas utilizando el microscopio:
Fibras nerviosas fluyen cuando se dejan en agua. Presentes efectos de polarización
Lehmann se da cuenta de que algunas sustancias no cristalizan desde un líquido absoluto:
W. Heintz (1850), informa que la estearina posee un comportamiento de fusión inusual:
Turbia (~58ºC) Opaca (~58ºC) Clara (62.5ºC)
Un poco de historia…“El descubrimiento” Friedrich Reinitzer da credito al descubrimiento en 1888.
Observa el comportamiento de fusión de una sustancia orgánica (relacionada con el colesterol) describiendo dos puntos de fusión:
A 145.0ºC funde a un líquido turbio A 178.5ºC funde a un líquido claro
Observa fenómenos inusuales relativos al color
Reinitzer pone en conexión el descubrimiento con los trabajos de Lehmann
Lehmann etiqueta la sustancia como cristales líquidos
Un poco de historia…“Despues del descubrimiento” Lehmann aparece como figura dominante en las investigaciones sobre
cristales líquidos
Daniel Vorlander (Halle) identificó qué sustancias podrían ser cristales líquidos:
Trabajadores del instituto sintetizaron nuevas sustancias liquido cristalinas Del grupo de Vorlander aparecieron más de 80 tesis doctorales (1901 y 1934)
Emil Bose, trata de elaborar una teoría completa basada en la estructura molecular
Georges Freidel (1922) introduce las fases de los cristales líquidos
Cristales líquidos: Generalidades Tipos de estados básicos:
Sólido
Líquido
Gaseoso
Cristales líquidos generalidades Tipo de estado más complejo: estado líquido cristalino.
Pueden ser descritos como estados fluidos condensados con anisotropía espontánea.
Sustancias ordenadas en una o dos dimensiones pero no en tres.
Formación de monocristales con la aplicación de un campo eléctrico o magnético.
Birrefringencia
Cristales líquidos: Generalidades ¿Un cristal líquido se parece más a un
sólido o a un líquido?
Calor latente de transición:
De sólido a cristal líquido 65 cal/gDe cristal líquido a líquido 5 cal/g
Evidentemente, son más parecidos a los líquidos que a los sólidos
Cristales líquidos: Generalidades Fases de los cristales líquidos Mesofases. Grupos de átomos que favorecen la mesofase
Mesogénicos. Los cristales líquidos pueden confeccionarse bien en forma de
barra o en forma de disco:
Parámetros de interés en cristales líquidos
Orden de posición Orden de orientación
Tipos de cristales líquidos Según el tipo de correlación orientacional de sus moléculas:
Tipos de cristales líquidos Termotrópicos:
Termotrópicos Nemáticos: Colestérico nemáticos
Termotrópicos Esméctico A Esméctico C
Textura de los cristales líquidos termotrópicos Cristal colestérico nemático, las líneas son
giros individuales de la hélice
(Textura Fingerprint)
Textura Schlieren
Textura colestérica nemática (textura Glandjean)
Textura cónica focal esméctico A
Textura poligonal de cristal líquido esméctico A
Textura mosaico, esméctico B
Cristales liotrópicos Fases formadas por moléculas ambifílicas, que tiene una cabeza
polar y una cola apolar. Surfactantes Se autoensamblan protegiendo las colas apolares
Diagrama esquemático de micelas Vista exterior y sección de micelas:
Fases que aparecen en los cristales líquidos liotrópicos
Micelas
Fase hexagonal
Fase laminar o bicapa
Cristal y agua
0% 100%
Micelas
Fase hexagonal
Fase laminar o bicapa
Cristal y agua
0% 100%
Estructuras formadas por moléculas anfifílicas Micela y micela invertida
Vesículas esféricas y esférica invertida
Fases laminares
Fase cúbica o viscosa isotrópica. Empaquetación esférica y después cúbica
Fase hexagonal: Añadiendo agua a la fase cúbica La porción orgánica de la molécula se dirige hacia el centro del cilindro y la porción iónica de la molécula se localiza en la superficie del cilindro
Cristales líquidos poliméricos: Polímeros de cadena principal: segmentos rígidos
y flexibles:
Polímeros de cadena lateral: Se forma cuando el monómero forma ramificaciones:
Algunos polímeros exhiben fase líquido-cristalina
La temperatura exacta a la que el polímero cambia de fase depende del número de monómeros que posea
Cristales discóticos Descubierto en 1977
El eje perpendicular al plano de la molécula tiende a orientarse a lo largo de una dirección específica:
Tabla de empleo de los cristales líquidos:
La dispersión de la luz en los cristales líquidos:
La forma en la que la luz afecta a los cristales líquidos son la base de todas las aplicaciones.
La anisotropía de los cristales líquidos nemáticos hace la luz polarizada se propague a diferente velocidad que la luz polarizada perpendicularmente a esa dirección
birrefringencia
A causa de que el director de un cristal líquido responde tan sensiblemente a los cambios de cualquier tipo, su orientación tiende a fluctuar ligeramente debido al movimiento aleatorio de las moléculas. Esto provoca que la orientación de la polarización eléctrica fluctúe, lo que hace difuminar la luz incidente en el cristal líquido. El cristal líquido como consecuencia aparece turbio.
Los cristales líquidos isotrópicos no difuminan la luz por falta de dirección preferente
Aplicaciones de los cristales líquidos
Electrónica
Display
LCD’s
Pantallas táctiles
Otros
Detección de compuestos químicos (colestéricos)
Tipo especiales de ventanas (opacas o transparentes)
Medicina
Termómetros liquido cristalinos. (colestéricos)
Detección de tumores
Displays: Indicadores electro-ópticos
1970 investigaciones dan cuenta que la corriente eléctrica de baja intensidad cambia la estructura interna de la mesofase.
Éstas producen variaciones en las propiedades ópticas de los cristales líquidos
Display: consta de un nemático de (0.01-0.1 mm) entre dos placas de vidrio unidas a un polarizador.
Estas placas se pulen de manera tal que la cohesión entre las moléculas y las placas sólidas sea máxima, lo cual se logra produciendo surcos en las placas de aproximadamente las dimensiones de una molécula de nemático.
Displays: Indicadores electro-ópticos Se consigue que las moléculas que están en contacto
con las placas se alineen con la dirección de pulimento
Todas las moléculas en el espesor de la capa se alinean en la misma dirección
Iluminando con luz natural, ésta se polariza
Al penetrar en la celda su polarización sigue la configuración torcida del eje óptico
Al salir por la placa inferior también habrá girado noventa grados.
El eje del polarizador inferior tiene precisamente esa dirección,
la luz atravesará el segundo polarizador y entonces, si debajo del polarizador inferior se coloca un espejo, la luz podrá reflejarse nuevamente al interior de la celda
Al atravesarla en sentido inverso y salir de ella
Tras llegar a los ojos de un observador que verá a la celda perfectamente clara y transparente.
Pantallas LCD
Fue inventado por Jack Janning.
Es un sistema eléctrico de presentación de datos formado por 2 capas conductoras transparentes
En el centro se introduce un cristal líquido que orienta la luz a su paso.
Cuando la corriente circula entre los electrodos transparentes con la forma a representar (por ejemplo, un segmento de un número) el material cristalino se reorienta alterando su transparencia.
Las moléculas de cristal líquido empleado poseen una forma alargada y son más o menos paralelas entre sí.
El tipo más común de visualizador LCD es, con mucho, el nemático de torsión.
Los cristales líquidos utilizados en este tipo de pantallas también se pueden clasificar como reflectivos, transmisivos y transreflectivos en
función de las propiedades ópticas que presenten.
Curiosidades:Fragmentos de ADN se Fragmentos de ADN se autoorganizanautoorganizan en cristales líquidos en cristales líquidos Noel Clark afirma que su equipo encontró sorprendentemente que
fragmentos cortos de ADN pueden ensamblarse en distintas fases de cristal líquido.
En la mezcla de pequeños fragmentos de ADN, Moléculas capaces de formar cristales líquidos se condensan selectivamente en agregados en los que las condiciones son favorables para que se unan unas a otras formando moléculas más grandes reforzando la tendencia a formar cristales líquidos.
Creen que si fragmentos de ADN pueden autoensamblarse en columnas con muchas moléculas, en el pasado moléculas similares de ADN, ARN o precursores, fueran capaces de condensarse en cristales líquidos y que selectivamente dieran lugar a moléculas más grandes y complejas capaces de portar información.
Los condensados de cristales líquidos seleccionan los componentes moleculares apropiados y con la química adecuada podrían dar lugar, de manera evolutiva, a moléculas mayores seleccionadas para estabilizar la fase de cristal líquido.
Según los autores, La forma lineal del polímero de ADN actual sería un vestigio de la formación mediante un orden de cristales líquidos.
Bibliografía
http://rabfis15.uco.es/cristalesliquidos/todolibro.htm
“Cristales líquidos”