Wat is Nematic Liquid Crystal?
Nematisch vloeibaar kristal is een doorschijnende vloeistof die de polariteit van lichtgolven die er doorheen veranderen verandert. Het woord 'nematisch' komt van het Griekse woord voor draad en beschrijft de draadachtige formaties die zich in het vloeibare kristal kunnen vormen. Nematisch vloeibaar kristal wordt vaak gebruikt in LCD-schermen (liquid-crystal displays) zoals op digitale horloges.
Vloeibare kristallen zijn een tussenliggende smelttrap tussen een vaste toestand en een vloeibare toestand. In 1888 ontdekte een Oostenrijkse wetenschapper genaamd Freidrich Reinitzer de staat terwijl hij experimenten uitvoerde met een stof genaamd cholesterolbenzoaat. Reinitzer merkte op dat de stof twee verschillende smeltpunten had. In de eerste werd het een troebele vloeistof en in de tweede werd het transparant. De observaties van Reinitzer omvatten de concepten dat de bewolkte of kristallijne toestand de polariteit van de lichtgolven erdoorheen veranderde, een concept dat noodzakelijk is voor de ontwikkeling van LCD.
Reinitzer heeft nooit praktische toepassingen van vloeibaarkristaltechnologie ontwikkeld en onderzoek naar kristallijne toestanden werd grotendeels verlaten in het begin van de 20e eeuw. In 1969 creëerde een wetenschapper genaamd Hans Keller met succes een stof die bij kamertemperatuur nematisch zou kristalliseren. Deze ontdekking leidde tot de mogelijkheid om het product op de markt te brengen en nematische kristallen werden uiterst nuttig in schermtechnologie.
De drie toestanden van materie waarover de meeste mensen in de wetenschapsklas leren, zijn vloeibaar, gas en vast. Vloeibaar kristal is een vierde toestand, ergens tussen vloeistoffen en vaste stoffen, en laat sommige vormen van materie erdoorheen. Net als vloeibare stoffen hebben vloeibaar-kristalmoleculen geen positionele volgorde, maar net als een vaste stof kunnen de moleculen in vloeibaar kristal een organisatorische volgorde hebben, wat betekent dat ze in de loop van de tijd naar één richting wijzen. Het nematische vloeibare kristal is een fase bij hoge temperatuur van het kristallisatieproces, waarbij moleculen een lange-afstandsorganisatie hebben.
Lichtgolven van natuurlijke of kunstmatige lichtbronnen trillen in vele richtingen. Als de meeste trillingen in een specifieke richting neigen, wordt gezegd dat het licht gepolariseerd is. Door lichtgolven door nematisch vloeibaar kristal te laten lopen, verandert de polarisatie, meestal door 90 graden te draaien. Als een elektrisch veld aan de kristaloplossing wordt toegevoegd, kunnen de richting en hoeveelheid polarisatie worden geregeld door de spanning van elektriciteit.
Bij het creëren van een LCD-scherm worden twee gepolariseerde stukken glas gebruikt, één met een dun filter van nematisch vloeibaar kristal. Het glas wordt vervolgens vastgehaakt aan twee elektroden die elektrische ladingen kunnen leveren. Door gecontroleerde ladingen door het glas te laten lopen, zal het nematische vloeibare kristal draaien en losdraaien, waardoor alleen de elektrisch gevraagde lichtgebieden erdoorheen gaan. Schermen met getwist nematisch vloeibaar kristal zijn veel voorkomende functies in de moderne technologie, die worden gebruikt in laptops en digitale klokken en horloges.