De cristal líquido

Schlieren textura de cristal líquido nemático fase

Los cristales líquidos son sustancias que presentan una fase de la materia que tiene propiedades entre las de un convencional líquido , y las de un sólido cristalino . Por ejemplo, un cristal líquido (LC) puede fluir como un líquido, pero tienen las moléculas en el líquido dispuestos y / u orientados de una manera similar al cristal. Hay muchos tipos diferentes de fases LC, que puede distinguirse basan en sus diferentes ópticas propiedades (como birrefringencia). Cuando se observa bajo un microscopio utilizando una polarizada luz fuente, aparecerá diferentes fases de cristal líquido para tener una clara textura. Cada "parche" en la textura corresponde a un dominio en el que las moléculas de LC están orientadas en una dirección diferente. Dentro de un dominio, no obstante, las moléculas están bien ordenados. Materiales de cristal líquido no siempre pueden estar en una fase LC (al igual que el agua no siempre es en la fase líquida: puede también ser encontrado en el sólido y la fase gas ).

Los cristales líquidos se pueden dividir en termotrópica y CL liotrópicos. Thermotropic LCs exhiben una transición de fase en la fase LC como la temperatura se cambia, mientras que las CL liotrópicos exhiben transiciones de fase como una función de concentración de la mesógeno en un disolvente (normalmente agua), así como la temperatura .

Historia

En 1888 austriaca fisiólogo botánico Friedrich Reinitzer (1858-1927), que trabaja en el Universidad Alemana de Praga, extraía colesterol de las zanahorias para establecer su fórmula química. Reinitzer examinó las propiedades físico-químicas de diversos derivados de la colesterol. Otros investigadores habían observado efectos de color distintos en refrigeración derivados del colesterol justo por encima de la temperatura de solidificación. Reinitzer mismo encontrado el mismo fenómeno en benzoato de colesterilo, pero los colores cerca de la solidificación de benzoato de colesterilo no eran la característica más peculiar. Reinitzer encontró que el benzoato de colesterilo no fundir al igual que otros compuestos, pero tenía dos puntos de fusión . En 145.5 ° C que se fundió en un líquido turbio, y en 178,5 ° C se derretía de nuevo y el líquido turbio quedó claro. El fenómeno era reversible. La búsqueda de un físico, el 14 de marzo de 1888, escribió una carta a Otto Lehmann, en ese momento un Privatdozent en Aachen. Ellos intercambiaron cartas y muestras. Lehmann examina el líquido turbio intermedio, y dijo haber visto cristalitos. Colega vienés de Reinitzer von Zepharovich también indicó que el "fluido" intermedia era cristalina. El intercambio de cartas con Lehmann terminó el 24 de abril, con muchas preguntas sin respuesta. Reinitzer presentó sus resultados, con créditos a Lehmann y von Zepharovich, en una reunión de la Sociedad Química de Viena sobre 03 de mayo 1888.

Por este tiempo Reinitzer había descubierto y descrito tres características importantes de los cristales líquidos colestéricos (el nombre acuñado por Georges Friedel en 1922): la existencia de dos puntos de fusión, el reflejo de la luz polarizada circularmente, y la capacidad para girar la dirección de polarización de la luz.

Después de su descubrimiento accidental, Reinitzer desapareció del escenario. La investigación fue continuada por Lehmann, quien se dio cuenta de que había encontrado un fenómeno nuevo y estaba en condiciones de iniciar una investigación de la misma. En sus años postdoctorales que había adquirido experiencia en la cristalografía. La principal arma en su arsenal científico era microscopía experimental en el que Lehmann era adepto. Fue microscopio de Lehmann que había atraído la atención de Reinitzer. Lehmann inició un estudio sistemático, primero de benzoato de colesterilo, y luego de compuestos relacionados que exhiben el fenómeno de fusión doble. Él fue capaz de hacer observaciones en luz polarizada, y su microscopio poseía una etapa caliente que permite observaciones de alta temperatura. La fase intermedia nublado claramente sostenido flujo, pero otras características, en particular el de la firma con un microscopio, convencido de Lehmann que estaba tratando con un sólido. A finales del mes de agosto de 1889 tuvo su artículo listo para su presentación a la Zeitschrift für Chemie Physikalische.

Los cristales líquidos no eran populares entre los científicos en el siglo 20 y el material seguía siendo una pura curiosidad científica por cerca de 80 años.

Para más detalles sobre la historia de los cristales líquidos ver: Tim Sluckin, Ueber die Natur der kristallinischen Flüssigkeiten und flüssigen Kristalle (La historia temprana de cristales líquidos), Bunsen-Magazin, 7.Jahrgang, 5/2005 y la Historia de Cristales Líquidos sitio web.

En 1969, Hans Kelker tuvo éxito en la síntesis de una sustancia que tiene una fase nemática a temperatura ambiente, MBBA (p-Methoxybenzyliden-p'-n-butylanilin), el conocido "mosca de la fruta" de la investigación de cristal líquido. El siguiente paso para la comercialización de pantallas de cristal líquido fue la síntesis de nuevas sustancias químicamente estables (cianobifenilos) con bajas temperaturas de fusión por George Gray.

En 1991, cuando las pantallas de cristal líquido ya estaban bien establecidos en nuestra vida cotidiana, Pierre-Gilles de Gennes (1932-2007) recibió el Premio Nobel de Física "por descubrir que los métodos desarrollados para el estudio de fenómenos de orden en los sistemas simples se pueden generalizar a formas más complejas de la materia, en particular a los cristales líquidos y polímeros". Una introducción ilustrativa en cristales líquidos, su historia y las propiedades físicas únicas está disponible en Nobelprize.org.

Fases de cristal líquido

Las diversas fases de LC (llamados mesofases) pueden ser caracterizados por el tipo de pedido que está presente. Uno puede distinguir orden posicional (si las moléculas están dispuestas en cualquier tipo de estructura ordenada) y orden de orientación (si las moléculas están apuntando sobre todo en la misma dirección), y por otra parte el fin puede ser de corto alcance (sólo entre las moléculas cercanas entre sí) o de largo alcance (que se extiende a más grande, a veces macroscópicos, dimensiones). La mayoría de las CL termotrópicos tendrán un fase isotrópica a alta temperatura. Es decir, calefacción eventualmente los llevará en una fase líquida convencional se caracteriza por orden molecular aleatorio e isotrópico (poca o ninguna orden de largo alcance), y similar a un fluido comportamiento de flujo. Bajo otras condiciones (por ejemplo, la temperatura más baja), una LC podría habitar una o más fases con significativa de orientación anisotrópico estructura y de corto alcance orden de orientación mientras que todavía tiene una capacidad de fluir.

El orden de las fases cristalinas líquidas es extensa en la escala molecular. Esta orden se extiende hasta el tamaño dominio entero, que puede ser del orden de micras, pero por lo general no se extiende a la escala macroscópica como ocurre a menudo en clásicos cristalinos sólidos . Sin embargo, algunas técnicas (tales como el uso de límites o una aplicada de campo eléctrico ) se pueden utilizar para hacer cumplir un único dominio ordenado en una muestra de cristal líquido macroscópica. La ordenación en un cristal líquido puede extenderse a lo largo solamente una dimensión, con el material siendo esencialmente desordenada en las otras dos direcciones.

Cristales líquidos termotrópicos

Fases termotrópicos son los que ocurren en un determinado rango de temperatura. Si la temperatura se eleva demasiado alto, el movimiento térmico destruirá el orden cooperativa delicada de la fase LC, empujando el material en una fase líquida isotrópica convencional. A una temperatura demasiado baja, la mayoría de los materiales de LC formar un cristal convencional (aunque anisotrópico). Muchos CL termotrópicos exhiben una variedad de fases como se cambia la temperatura. Por ejemplo, un mesógeno particular puede exhibir diversas fases esmécticas y nemáticos (y finalmente isotrópicas) a medida que aumenta la temperatura. Un ejemplo de un compuesto que muestra comportamiento LC termotrópico es para-azoxyanisole.

Fase nemática

Esquema de ordenar mesógeno en una fase nemática.

Una de las fases LC más comunes es el nemático, donde las moléculas no tienen un orden posicional, pero tienen largo alcance orden de orientación. Por lo tanto, las moléculas de flujo y su centro de masas de las posiciones están distribuidos al azar como en un líquido, pero todos apuntan en la misma dirección (dentro de cada dominio). La mayoría de Nematics son uniaxial: tienen un eje que es más largo y preferida, con los otros dos equivalentes (se puede aproximar como cilindros). Algunos cristales líquidos son Nematics biaxiales, lo que significa que, además de la orientación de su eje largo, que también se orientan a lo largo de un eje secundario.

La palabra viene del nemático νημα griego, que significa "hilo". Este término se origina en el filiforme defectos topológicos observados en Nematics, que se denominan formalmente ' disclinaciones. ' Nematics también exhiben los llamados erizo defectos topológicos.

Nematics tienen fluidez similar a la de (isotrópicas) líquidos ordinarios, sino que pueden ser fácilmente alineados por un campo magnético o eléctrico externo. Un nemático alineado tiene las propiedades ópticas de un cristal uniaxial y esto los hace extremadamente útiles en pantallas de cristal líquido (LCD).

Fases esmécticas

Esquemática de la alineación mesógeno en las fases esmécticas. El esmética Una fase (izquierda) tiene mesógenos organizados en capas. En la fase C esméctica (derecha), los mesógenos están inclinadas dentro de las capas.

Las fases esmécticas, que se encuentran a temperaturas más bajas que la nemático, forman capas bien definidas que pueden deslizarse una sobre otra como jabón. Los smectics son así posicionalmente ordenaron largo de una dirección. En el esméctica A fase, las moléculas se orientan a lo largo de la capa normal, mientras que en la fase esméctica C que se inclinan lejos de la capa normal. Estas fases son de tipo líquido dentro de las capas. Hay un número muy grande de diferentes fases esmécticas, todos caracterizados por diferentes tipos y grados de orden posicional y de orientación.

Fases quirales

Esquema de ordenar mesógeno en fases de cristal líquido quirales. La fase nemático quiral (a la izquierda), también llamada la fase colestérica, y la fase esméctica C * (derecha).

La quirales nemáticas exposiciones de fase quiralidad (lateralidad). Esta fase se llama a menudo el fase colestérica porque fue observado por primera vez por derivados de colesterol. Sólo moléculas quirales (es decir: aquellos que carecen de simetría de inversión) puede dar lugar a tal fase. Esta fase presenta una torsión de las moléculas perpendicular al director, con el eje molecular paralelo al director. El ángulo de torsión finita entre moléculas adyacentes es debido a su embalaje asimétrica, lo que resulta en mayor alcance para quiral. En la fase esméctica C * (el asterisco indica una fase quiral), las moléculas tienen de pedido de posición en una estructura de capas (como en las otras fases esmécticas), con las moléculas inclinados por un ángulo finito con respecto a la capa normal. La quiralidad induce un giro azimutal finito de una capa a la siguiente, produciendo una torsión en espiral del eje molecular largo de la capa normal.

El paso quiral, p, se refiere a la distancia sobre la que los mesógenos se someten a un giro completo de 360 ° (pero tenga en cuenta que la estructura de los quirales se repite cada fase nemática medio de paso, ya que en esta fase directores a 0 ° y +/- 180 ° son equivalentes). El tono, p, típicamente cambia cuando la temperatura se altera, o cuando se añaden otras moléculas para el anfitrión LC (un material huésped LC aquiral se formará una fase quiral si dopado con un material quiral), lo que permite el paso de un material dado para estar sintonizado en consecuencia. En algunos sistemas de cristal líquido, el campo es del mismo orden que la longitud de onda de la luz visible . Esto hace que estos sistemas para exhibir propiedades ópticas únicas, tales como reflexión selectiva, y estas propiedades son explotados en una serie de aplicaciones ópticas.

Fases Azul

Fases azules son tipos especiales de fases de cristal líquido que aparecen en el rango de temperatura entre un quiral nemático fase y una fase líquida isotrópica. fases azules tienen una estructura cúbica tridimensional regular de defectos con celosía períodos de varios cientos de nanómetros, y por lo tanto exhiben selectiva Reflexiones de Bragg en el rango de longitud de onda de la luz (parte visible de la radiación electromagnética) correspondientes a las red cúbica. Aunque fases azules son de interés para los moduladores de luz rápido o sintonizable cristales fotónicos, el rango de temperatura muy estrecha dentro de la cual existen fases azules, por lo general menos de unos pocos kelvin , siempre ha sido un problema. Recientemente, la estabilización de fases azules sobre un rango de temperatura de más de 60 K incluyendo la temperatura ambiente (260-326 K) pudo demostrarse.

Además, se ha demostrado de conmutación electro-óptico con tiempos de respuesta del orden de 10 ^-4 s para las fases azul estable a temperatura ambiente.

En mayo de 2008 se anunció que la primera Panel LCD Modo Fase Azul se había desarrollado.

Fases Discotic

Mesógenos forma de disco pueden orientarse de forma capas como conocida como la fase nemática discotic. Si los discos paquete en pilas, la fase se llama columnar discotic. Las columnas mismos pueden ser organizadas en matrices rectangulares o hexagonales. Discotic fases quirales, similar a la fase nemática quiral, también son conocidos.

Cristales líquidos liotrópicas

La cristal líquido liotrópico consta de dos o más componentes que exhiben propiedades líquido-cristalinas en ciertos intervalos de concentración. En el fases liotrópicas, disolventes moléculas llenan el espacio alrededor de los compuestos para proporcionar fluidez al sistema. En contraste con termotrópico cristales líquidos, estas liotrópicos tienen otro grado de libertad de la concentración que les permite inducir una variedad de diferentes fases.

Un compuesto que tiene dos inmiscible hidrófilo y partes hidrófobas dentro de la misma molécula se denomina molécula anfifílica. Muchas moléculas anfifílicas muestran secuencias de fase líquido-cristalina liotrópicos en función de los saldos de volumen entre la parte hidrófila y una parte hidrófoba. Estas estructuras se forman a través de la segregación micro-fase de dos componentes incompatibles en una escala nanométrica. El jabón es un ejemplo cotidiano de un cristal líquido liotrópica.

El contenido de agua u otros moléculas de disolvente cambia las estructuras autoensambladas. A muy baja concentración de anfífilo, las moléculas se dispersan al azar sin ningún pedido. En ligeramente mayor (pero todavía baja) la concentración, las moléculas anfifílicas se ensamblan en forma espontánea micelas o vesículas. Esto se hace con el fin de "ocultar 'la cola hidrófoba de la anfífilo en el interior del núcleo de la micela, exponiendo una superficie (soluble en agua) hidrófilo a la solución acuosa. Estos objetos esféricos no ordenan a sí mismos en solución, sin embargo. A mayor concentración, las asambleas se convertirá ordenado. Una típica fase es una fase columnar hexagonal, donde los anfıfilos forman cilindros largos (de nuevo con una superficie hidrófila) que se disponen en un entramado más o menos hexagonal. Esto se llama la fase de jabón medio. En todavía mayor concentración, se puede formar una fase lamelar (fase de jabón puro), en el que las hojas extendidas de anfífilos están separados por delgadas capas de agua. Para algunos sistemas, una fase cúbica (también llamado isótropo viscoso) puede existir entre las fases hexagonales y laminares, en el que se forman las esferas que crean una densa red cúbica. Estas esferas pueden también ser conectados entre sí, formando una fase cúbica bicontinua.

Los objetos creados por anfífilos son generalmente esférica (como en el caso de micelas), pero también pueden ser en forma de disco (bicelas), en forma de varilla, o biaxial (los tres ejes de micelas son distintos). Estas nanoestructuras autoensambladas anisotrópicas pueden entonces pedir a sí mismos en mucho la misma manera que lo hacen los cristales líquidos, formando versiones a gran escala de todas las fases termotrópicos (tales como una fase nemática de micelas con forma de varilla).

Para algunos sistemas, a alta concentración, se observan fases inversas. Es decir, uno puede generar una fase hexagonal inversa columnar (columnas de agua encapsulado por anfífilos) o una fase micelar inversa (una muestra de cristal líquido a granel con cavidades esféricas de agua).

Una progresión genérica de fases, que va de menor a mayor concentración de anfıfilo, es:

• Fase cúbica discontinua ( fase cúbica micelar)
• Fase hexagonal (fase columnar hexagonal) (fase media)
• Bicontinua fase cúbica
• Fase laminar
• Bicontinua fase cúbica
• De fase inversa columnar hexagonal
• Fase cúbica inversa (Inverse fase micelar)

Incluso dentro de las mismas fases, sus estructuras autoensambladas son sintonizable por la concentración: por ejemplo, en fases lamelares, las distancias de la capa aumenta con el volumen de disolvente. Dado que los cristales líquidos liotrópicos se basan en un equilibrio sutil de las interacciones intermoleculares, es más difícil de analizar sus estructuras y propiedades que las de los cristales líquidos termotrópicos.

Fases y características similares pueden observarse en dibloque inmiscible copolímeros.

Cristales líquidos Metallotropic

Fases cristalinas líquidas también pueden basarse en las fases inorgánicas bajo punto de fusión como _ZnCl2 que tienen una estructura formada por tetraedros vinculados y forman fácilmente vidrios. La adición de moléculas de cadena larga soaplike conduce a una serie de nuevas fases que muestran una variedad de comportamiento cristalino líquido tanto como una función de la relación de composición inorgánico-orgánico y de la temperatura. Esta clase de materiales ha sido nombrado metallotropic ^{JD Martin et al.}

Cristales líquidos biológicos

Fases líquido-cristalinas liotrópicas son abundantes en los sistemas vivos, el estudio de las cuales se refiere como polimorfismo. En consecuencia, los cristales líquidos liotrópicos atraen especial atención en el campo de la química biomimética. En particular, membranas biológicas y las membranas celulares son una forma de cristal líquido. Sus moléculas constituyentes (por ejemplo, fosfolípidos) son perpendiculares a la superficie de la membrana, sin embargo, la membrana es capaz de un rango de tensión elástica, que conduce a algunos aspectos de comportamiento elástico para ser exhibida. Estos lípidos varían en forma (ver página en polimorfismo de lípidos). Las moléculas constituyentes pueden inter-relacionarse fácilmente, pero tienden a no dejar la membrana debido a la exigencia de la alta energía de este proceso. Moléculas de lípidos pueden voltear de un lado de la membrana al otro, este proceso está catalizado por flipasas y floppases (dependiendo de la dirección del movimiento). Estas fases de membrana de cristal líquido también puede albergar proteínas importantes como receptores libremente "flotando" en el interior, o en parte fuera, la membrana, por ejemplo CCT.

Muchas otras estructuras biológicas presentan un comportamiento LC. Por ejemplo, el concentrado de proteína solución que se extruye por una araña para generar seda es, de hecho, una fase de cristal líquido. El orden exacto de las moléculas en seda es fundamental para su fuerza de renombre. ADN y muchos polipéptidos también pueden formar fases LC y esto también constituye una parte importante de la investigación académica actual.

La formación de patrones en cristales líquidos

Anisotropía de cristales líquidos es una propiedad que no se observa en otros líquidos. Esta anisotropía hace flujos de cristales líquidos se comporten mucho diferencialmente que los fluidos ordinarios. Por ejemplo, la inyección de un flujo de un cristal líquido entre dos placas paralelas estrechas ( digitación viscosa), la orientación de las moléculas de parejas con el flujo, con el resultado de la aparición de patrones dendríticas .. Esta anisotropía también se manifiesta en la energía interfacial ( tensión superficial ) entre diferentes fases de cristal líquido. Esta anisotropía determina la forma de equilibrio en la temperatura de la convivencia, y es tan fuerte que por lo general aparecen facetas. Cuando se cambia la temperatura una de las fases crece, formando diferentes morfologías dependiendo de el cambio de temperatura. Dado que el crecimiento es controlado por la difusión del calor, la anisotropía de la conductividad térmica favorece el crecimiento en direcciones específicas, que tiene también un efecto sobre la forma final.

Tratamiento teórico de cristales líquidos

Tratamiento teórico microscópico de fases fluidas puede llegar a ser un poco complicado, debido a la alta densidad del material, lo que significa que las interacciones fuertes, repulsiones núcleo duro, y las correlaciones de muchos cuerpos no pueden ser ignorados. En el caso de los cristales líquidos, la anisotropía en todas estas interacciones complica aún más el análisis. Hay un número de teorías bastante simple, sin embargo, que pueden al menos predecir el comportamiento general de las transiciones de fase en sistemas de cristal líquido.

Parámetro de orden

El director nemático local, que es también el eje óptico local está dada por la media espacial y temporal de los ejes moleculares largas sobre un pequeño elemento de volumen y tiempo.

La descripción de los cristales líquidos implica un análisis de orden. Para que esto sea cuantitativa, un parámetro de orden de orientación por lo general se define en función de la media de la segunda Polinomio de Legendre:

donde es el ángulo entre el eje molécula mesógeno y el director local (que es la 'dirección preferida' en un elemento de volumen de una muestra de cristal líquido, que también representa su eje óptico local). Esta definición es conveniente, ya que para una muestra completamente aleatoria e isotrópico, S = 0, mientras que para una muestra S perfectamente alineados = 1. Para una muestra típica de cristal líquido, S es del orden de 0,3 a 0,8, y generalmente disminuye a medida que se eleva la temperatura. En particular, se observa una fuerte caída de parámetro de orden a 0 cuando el sistema experimenta una transición de fase de una fase LC en la fase isótropa. El parámetro de orden se puede medir experimentalmente en un número de maneras. Por ejemplo, diamagnetismo, birrefringencia, Dispersión de Raman, RMN y EPR también se puede utilizar para determinar S.

También se podría caracterizar la orden de un cristal líquido utilizando otros incluso polinomios de Legendre (todos los polinomios impares promedian a cero ya que el director puede apuntar en cualquiera de dos direcciones antiparalelas). Estos promedios de orden superior son más difíciles de medir, pero pueden proporcionar información adicional acerca de la adquisición molecular.

Onsager duro-rod modelo

Un modelo muy simple que predice liotrópica transiciones de fase es el modelo difíciles de varilla propuesto por Lars Onsager. Esta teoría considera que el volumen excluido desde el centro de masa de un cilindro idealizada ya que se acerca a otro. En concreto, si los cilindros están orientados paralelos uno a otro, hay muy poco volumen que se excluye desde el centro de masa del cilindro se aproxima (que puede venir bastante cerca del otro cilindro). Si, sin embargo, los cilindros están en algún ángulo entre sí, entonces hay un gran volumen que rodea el cilindro donde no puede entrar en el centro de masa del cilindro se aproxima (debido a la repulsión difíciles de varilla entre los dos objetos idealizadas). Por lo tanto, esta disposición angular ve una disminución en la posición neta de entropía del cilindro se aproxima (hay menos estados disponibles a él).

La idea fundamental aquí es que, mientras que los arreglos paralelos de objetos anisotrópicos conduce a una disminución de la entropía de orientación, hay un aumento en la entropía posicional. Así, en algunos casos un mayor orden posicional será entrópicamente favorable. Por tanto, esta teoría predice que una solución de objetos en forma de barra se someterá a una transición de fase, en concentración suficiente, en una fase nemática. Recientemente, esta teoría se utiliza para observar la transición de fase entre nemático y esméctica-A en una concentración muy alta también ^{Hanif et al..} Aunque este modelo es conceptualmente útil, su formulación matemática hace varios supuestos que limitan su aplicabilidad a sistemas reales.

Maier-Saupe significa la teoría del campo

Esta teoría estadística incluye contribuciones de un atractivo potencial intermolecular. La atracción anisotrópico estabiliza alineación paralela de las moléculas vecinas, y la teoría entonces considera un promedio de campo medio de la interacción. Resuelto auto-consistente, esta teoría predice transiciones de fase termotrópicos, en consonancia con el experimento.

Teoría del continuo elástico

En este formalismo, un material de cristal líquido es tratado como un continuo; detalles moleculares son totalmente ignorados. Más bien, esta teoría considera perturbaciones a una muestra orientada presunta. Se pueden identificar tres tipos de distorsiones que pueden ocurrir en una muestra orientada: (1) giros del material, donde las moléculas vecinas se ven obligados a ser en ángulo con respecto a la otra, en lugar de alineados; (2) ensanchamiento del material, donde se produce la flexión perpendicular al director; y (3) doblada del material, donde la distorsión es paralelo al eje director y mesógeno. Los tres de estos tipos de distorsiones incurren en una penalización energética. Son defectos que ocurren a menudo cerca de las paredes de dominio o límites del contenedor que encierra. La respuesta del material puede entonces ser descompuesto en términos basados en las constantes elásticas correspondientes a los tres tipos de distorsiones. Teoría del continuo elástico ha demostrado ser una herramienta particularmente poderosa para el modelado de dispositivos de cristal líquido.

Efecto de la quiralidad

Como ya se ha descrito, mesógenos quirales suelen dar lugar a mesofases quirales. Para mesógenos moleculares, esto significa que la molécula debe poseer alguna forma de asimetría, por lo general una centro estereogénico. Un requisito adicional es que el sistema no sea racémica: una mezcla de versiones diestros y zurdos del mesógeno cancelará el efecto quiral. Debido a la naturaleza cooperativa de ordenación de cristal líquido, sin embargo, una pequeña cantidad de dopante quiral en una mesofase de otro modo aquiral es a menudo suficiente para seleccionar a cabo una lateralidad de dominio, por lo que en general el sistema quiral.

Fases quirales por lo general tienen una torsión helicoidal de los mesógenos. Si el tono de este giro es del orden de la longitud de onda de la luz visible, a continuación, interesantes efectos de interferencia óptica se pueden observar. La torsión quiral que se produce en fases LC quirales también hace que el sistema responda de manera diferente a diestros y zurdos luz polarizada circularmente. Estos materiales por lo tanto se pueden utilizar como filtros de polarización.

Es posible que mesógenos quirales para producir mesofases esencialmente aquirales. Por ejemplo, en ciertos rangos de concentración y peso molecular , el ADN se formará una fase hexatic línea aquiral. Una observación reciente curioso es de la formación de mesofases quiral a partir de mesógenos aquirales. En concreto, las moléculas doblado-core (a veces llamados cristales líquidos banano) han demostrado para formar fases cristalinas líquidas que son quirales. En cualquier muestra particular, diversos dominios tendrán lateralidad opuesta, pero dentro de cualquier dominio dado, fuerte de pedido quiral estarán presentes. El mecanismo de aparición de esta quiralidad macroscópica aún no está del todo claro. Parece que las moléculas se apilan en capas y se orientan de manera inclinada hacia el interior de las capas. Estos cristales fases líquidas pueden ser ferroeléctrico o anti- ferroeléctrico, ambos de los cuales son de interés para las aplicaciones.

La quiralidad también puede ser incorporado en una fase por la adición de un quiral dopante, que necesariamente no necesita ser mesogénicas sí. TN o STN mezclas a menudo contienen una pequeña cantidad de estos dopantes.

Aplicaciones de los cristales líquidos

Los cristales líquidos se encuentran amplio uso en pantallas de cristal líquido, que dependen de las ópticas propiedades 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 que se cruzan (orientados a 90º entre sí). La alineación de cristal líquido se elige de manera que su fase relajado es un trenzado (ver Twisted efecto de campo nemático). Esta fase trenzado reorienta la luz que ha pasado a través del primer polarizador, permitiendo que se transmite a través del segundo polarizador (y refleja de nuevo para el observador si se proporciona un reflector). Así, 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 destorsión por lo tanto gradualmente en el centro de la capa de cristal líquido. En este estado, los mesógenos no reorientar la luz, por lo que la luz polarizada en el primer polarizador se absorbe en el segundo polarizador, y el dispositivo pierde la transparencia con el aumento de voltaje. De esta manera, el campo eléctrico se puede utilizar para hacer un cambio de píxeles entre transparente u opaco en el comando. Sistemas LCD de color utilizan la misma técnica, con filtros de color utilizados para generar rojo, verde y azul píxeles. Principios similares se pueden utilizar para hacer que los dispositivos ópticos basados otro cristal líquido.

CL quirales termotrópicos cuya afinación varía fuertemente con la temperatura se puede utilizar como termómetros de crudo, ya que el color del material cambiará a medida que el terreno de juego se cambia. Transiciones de color de cristal líquido se utilizan en muchos termómetros acuario ya la piscina. Otros materiales de cristal líquido cambia de color cuando se estira o estresado. Por lo tanto, las hojas de cristal líquido se utilizan a menudo en la industria para buscar puntos calientes, mapa de flujo de calor, medir los patrones de distribución de la tensión, y así sucesivamente. De cristal líquido en forma de líquido se utiliza para detectar puntos calientes generados eléctricamente para análisis de fallos en el semiconductor industria. Unidades de memoria de cristal líquido con amplia capacidad fueron utilizados en los equipos de navegación del transbordador espacial.

También vale la pena señalar que muchos fluidos comunes están en los cristales líquidos de hechos. Jabón, por ejemplo, es un cristal líquido, y forma una variedad de fases LC dependiendo de su concentración en agua.