Cristales líquidos

En 1888, el botánico austriaco, Friedrich Reinitzer, durante sus investigaciones con fines industriales sobre las reacciones del benzoato de colesteril, se dio cuenta de que a 145,5 grados centígrados esta sustancia no cambiaba a un líquido claro, sino a un fluido turbio. Y al calentarlo a 178,5 grados se tornaba a líquido claro. Así demostró que esta sustancia tenía dos puntos de fusión.

Un año después, en 1889, el físico alemán Otto Lehmann descubrió que, en la fase opaca, el benzoato de colesteril presentaba zonas de estructura molecular cristalina. Fue éste quien los denominó «cristales líquidos».

PROPIEDADES

La principal característica de estos compuestos es que sus moléculas son altamente anisótropas en su forma, pueden ser alargadas, en forma de disco u otras más complejas como forma de piña. A diferencia de los cristales (orientación a largo alcance y posiciones ordenadas a largo alcance), los CL tienen una orientación a largo alcance, pero posiciones ordenadas a corto alcance. Además, contienen intrínsecas propiedades físicas anisótropas. En función de esta forma el sistema puede pasar por una o más fases intermedias (mesofases) desde el estado cristalino hasta el líquido. En estas mesofases el sistema presenta propiedades intermedias entre un cristal y un líquido.

Los cristales líquidos son sustancias que comparten características de los líquidos y los sólidos. En un líquido, todas las moléculas pululan de forma desordenada y sin una posición fija. Por otra parte, en un sólido las moléculas se encuentran pegadas unas a otras de forma rígida, pero siguiendo algún patrón en el que se encuentran ordenadas.

Los LC tienen tal cantidad de propiedades que los hacen óptimos para multitud de aplicaciones. Por ejemplo, sus propiedades químicas hacen que los dividamos en termotrópicos (transiciones dependientes de cambios de temperatura) y liotrópicos (transiciones dependientes del solvente en el que están disueltas). Aunque su principal atractivo reside en sus asombrosas propiedades ópticas. La asimetría molecular de los cristales líquidos tiene una consecuencia muy importante. La disposición de los núcleos y los electrones sigue una distribución compleja dentro de la molécula. Es necesario tener en cuenta que las moléculas tienen libertad de movimiento, de este modo, cuando se acercan distancias comparadas con las dimensiones moleculares, las nubes electrónicas son las primeras en entrar en contacto sufriendo una fuerza intermolecular repulsiva. Esta repulsión no sólo produce el alejamiento de las moléculas sino que también provoca el desplazamiento relativo de las nubes electrónicas respecto a sus núcleos. Podemos considerar esta distribución como la de un dipolo eléctrico, cuyo eje coincide con el eje largo de la molécula. Así podemos decir que la molécula de cristal líquido crea un campo a su alrededor induciendo la formación de dipolos en las moléculas vecinas. Las moléculas se situarán a una distancia en la que las fuerzas atractivas y repulsivas estén equilibradas de modo que la configuración relativa de las moléculas sea la más estable y la más favorable desde un punto de vista energético. Por lo tanto, es de esperar que las moléculas tiendan a adoptar una configuración en la que mantengan sus ejes dipolares paralelos o planos característicos paralelos.

APLICACIONES

Los cristales líquidos se encuentran un amplio uso en pantallas, que dependen de las propiedades ópticas de ciertas sustancias cristalinas líquidas en la presencia o ausencia de un campo eléctrico. En un dispositivo típico, una capa de cristal líquido (típicamente 10 m de espesor) se encuentra entre dos polarizadores s que se cruzan ( orientado a 90 º entre sí ). La alineación de cristal líquido se elige de manera que su fase relajada se entrelace. Esta fase trenzado reorienta la luz que ha pasado a través del primer polarizador, lo que permite su transmisión a través del segundo polarizador ( y se refleja de vuelta al observador si se proporciona un reflector). Así pues, el dispositivo aparece transparente. Cuando un campo eléctrico se aplica a la capa de LC, los ejes moleculares largas tienden a alinearse en paralelo al campo eléctrico por lo tanto se crea una destorsión gradual en el centro de la capa de cristal líquido. En este estado, las moléculas de cristal líquido no se reorientan la luz, por lo que la luz polarizada en el primer polarizador se absorbe en el segundo polarizador, y el dispositivo pierde la transparencia al aumentar el voltaje. De esta manera, el campo eléctrico puede ser utilizado para hacer un interruptor de píxeles entre transparente u opaco. Sistemas de LCD de color utilizan la misma técnica, con filtros de color utilizados para generar color rojo, verde y azul. Los láseres de cristal liquido mediante un cristal líquido en el medio láser estableciéndolo como si fuera un mecanismo de retroalimentación distribuida en lugar de los espejos exteriores. Emisión en una cristal fotónico creado por la estructura dieléctrica periódica del cristal líquido, lo cual, proporciona un dispositivo de alto rendimiento con emisión monocromática estable.

El vidrio inteligente es un polímero dispersado en dispositivos de cristal líquido mediante hojas y rollos disponibles respaldados por un adhesivo (también llamado película inteligente), que se puede aplicar a ventanas y mediante manipulación eléctrica permite elegir entre transparente y opaco proporcionando una privacidad deseada según se desee.

Muchos fluidos comunes, como el jabón, son, de hecho, cristales líquidos. El jabón forma una variedad de fases LC dependiendo de su concentración en el agua.