Co to jest Nematic Liquid Crystal?

Nematyczny ciekły kryształ to półprzezroczysta ciecz, która zmienia biegunowość przepływających przez nią fal świetlnych. Słowo „nematic” pochodzi od greckiego słowa oznaczającego nić i opisuje podobne do nici formacje, które mogą tworzyć się w ciekłym krysztale. Nematyczny wyświetlacz ciekłokrystaliczny jest często stosowany w ekranach wyświetlaczy ciekłokrystalicznych (LCD), takich jak zegarki cyfrowe.

Ciekłe kryształy są pośrednim etapem topnienia między stanem stałym a stanem ciekłym. W 1888 r. Austriacki naukowiec Freidrich Reinitzer odkrył ten stan, prowadząc eksperymenty na substancji zwanej benzoesanem cholesterolu. Reinitzer zauważył, że substancja ma dwie wyraźne temperatury topnienia. W pierwszym stał się mętną cieczą, aw drugim stał się przezroczysty. Obserwacje Reinitzera obejmowały koncepcje, że stan mętny lub krystaliczny zmienił biegunowość fal świetlnych przechodzących przez niego, pojęcie konieczne dla rozwoju LCD.

Reinitzer nigdy nie opracował praktycznych zastosowań technologii ciekłokrystalicznej, a badania nad stanami krystalicznymi zostały w dużej mierze zaniechane na początku XX wieku. W 1969 roku naukowiec o nazwisku Hans Keller z powodzeniem stworzył substancję, która krystalizuje się matematycznie w temperaturze pokojowej. Odkrycie to doprowadziło do komercjalizacji produktu, a kryształy nematyczne stały się niezwykle przydatne w technologii ekranów.

Trzy stany materii, o których większość ludzi uczy się w klasie naukowej, to ciecz, gaz i ciało stałe. Ciekły kryształ jest czwartym stanem, gdzieś pomiędzy cieczami i ciałami stałymi, i pozwala na przechodzenie przez niego niektórych form materii. Podobnie jak substancje płynne, cząsteczki ciekłokrystaliczne nie mają żadnego uporządkowania pozycyjnego, ale podobnie jak substancja stała, cząsteczki w ciekłym krysztale mogą mieć porządek organizacyjny, co oznacza, że ​​z czasem wskazują na jeden kierunek. Nematyczny ciekły kryształ jest fazą wysokotemperaturową procesu krystalizacji, w której cząsteczki mają porządek organizacyjny na dalekie odległości.

Fale świetlne z naturalnych lub sztucznych źródeł światła wibrują w wielu kierunkach. Jeśli większość wibracji zmierza w określonym kierunku, mówi się, że światło jest spolaryzowane. Przepuszczając fale świetlne przez nematyczny ciekły kryształ, polaryzacja zmienia się, zwykle przez obrót o 90 stopni. Jeśli do roztworu krystalicznego zostanie dodane pole elektryczne, kierunek i ilość polaryzacji można kontrolować za pomocą napięcia elektrycznego.

Przy tworzeniu ekranu LCD wykorzystywane są dwa spolaryzowane kawałki szkła, jeden z cienkim filtrem nematycznego ciekłego kryształu. Szkło jest następnie zawieszane na dwóch elektrodach, które mogą wytwarzać ładunki elektryczne. Dzięki przepływowi kontrolowanych ładunków przez szkło nematyczny ciekły kryształ skręca się i rozkręca, umożliwiając przejście tylko elektrycznie żądanym obszarom światła. Ekrany wykorzystujące skręcone nematyczne ciekłe kryształy są powszechnymi cechami nowoczesnej technologii, stosowanymi w laptopach oraz zegarach i zegarkach cyfrowych.