Τι είναι το νηματικό υγρό κρύσταλλο;

Το νηματικό υγρό κρύσταλλο είναι ένα ημιδιαφανές υγρό που αλλάζει την πολικότητα των φωτεινών κυμάτων που διέρχονται από αυτό.Η λέξη "nematic" προέρχεται από την ελληνική λέξη για το νήμα και περιγράφει τους σχηματισμούς που μοιάζουν με νήμα που μπορούν να σχηματίσουν στον υγρό κρύσταλλο.Το νηματικό υγρό κρύσταλλο χρησιμοποιείται συχνά σε οθόνες υγρού-κρυστάλλου (LCD), όπως αυτές σε ψηφιακά ρολόγια.

Οι υγροί κρύσταλλοι είναι ένα ενδιάμεσο στάδιο τήξης μεταξύ μιας στερεάς κατάστασης και μιας υγρής κατάστασης.Το 1888, ένας αυστριακός επιστήμονας που ονομάστηκε Freidrich Reinitzer ανακάλυψε το κράτος καθώς διεξήγαγε πειράματα σε μια ουσία που ονομάζεται βενζοϊκή χοληστερόλη.Η ουσία, ο Reinitzer παρατήρησε, είχε δύο ξεχωριστά σημεία τήξης.Στην πρώτη έγινε ένα συννεφιασμένο υγρό, και στο δεύτερο έγινε διαφανές.Οι παρατηρήσεις του Reinitzer περιελάμβαναν τις έννοιες ότι η συννεφιασμένη ή κρυσταλλική κατάσταση άλλαξε την πολικότητα των φωτεινών κυμάτων που διέρχονται από αυτό, μια έννοια επιταγή για την ανάπτυξη της LCD.

Ο Reinitzer δεν ανέπτυξε ποτέ πρακτικές εφαρμογές τεχνολογίας υγρών κρυστάλλων και η έρευνα σε κρυσταλλικές καταστάσεις εγκαταλείφθηκε σε μεγάλο βαθμό στις αρχές του 20ου αιώνα.Το 1969, ένας επιστήμονας που ονομάστηκε Hans Keller δημιούργησε με επιτυχία μια ουσία που θα κρυσταλλώσει με τη θερμοκρασία του δωματίου.Αυτή η ανακάλυψη οδηγεί στην ικανότητα εμπορευματοποίησης του προϊόντος και οι νηματικοί κρύσταλλοι έγιναν εξαιρετικά χρήσιμοι στην τεχνολογία οθόνης.

Οι τρεις καταστάσεις της ύλης που μαθαίνουν οι περισσότεροι άνθρωποι στην τάξη της επιστήμης είναι υγρό, φυσικό αέριο και στερεό.Το υγρό κρύσταλλο είναι μια τέταρτη κατάσταση, κάπου μεταξύ υγρών και στερεών, και επιτρέπει ορισμένες μορφές ύλης να περάσουν από αυτό.Όπως οι υγρές ουσίες, τα μόρια υγρών κρυστάλλων δεν έχουν καμία σειρά θέσης, αλλά σαν μια στερεή ουσία, τα μόρια σε υγρό κρύσταλλο μπορούν να έχουν οργανωτική τάξη, πράγμα που σημαίνει ότι τείνουν να δείχνουν προς μία κατεύθυνση με την πάροδο του χρόνου.Ο νηματικός υγρός κρύσταλλος είναι μια φάση υψηλής θερμοκρασίας της διαδικασίας κρυσταλλοποίησης, όπου τα μόρια έχουν οργανωτική τάξη μεγάλης εμβέλειας.

Τα ελαφρά κύματα από φυσικές ή τεχνητές πηγές φωτός δονείται προς πολλές κατευθύνσεις.Εάν οι περισσότερες από τις δονήσεις τείνουν σε μια συγκεκριμένη κατεύθυνση, το φως λέγεται ότι είναι πολωμένο.Με την εκτέλεση κυμάτων φωτός μέσω του νηματικού υγρού κρυστάλλου, η πόλωση αλλάζει, συνήθως περιστρέφοντας 90 μοίρες.Εάν ένα ηλεκτρικό πεδίο προστεθεί στο διάλυμα κρυστάλλου, η κατεύθυνση και η ποσότητα πόλωσης μπορεί να ελεγχθεί από την τάση της ηλεκτρικής ενέργειας.

Κατά τη δημιουργία μιας οθόνης LCD, χρησιμοποιούνται δύο πολωμένα κομμάτια γυαλιού, ένα με λεπτό φίλτρο νηματικού υγρού κρυστάλλου.Το γυαλί στη συνέχεια αγκιστρωθεί σε δύο ηλεκτρόδια που μπορούν να παρέχουν ηλεκτρικές χρεώσεις.Με την εκτέλεση ελεγχόμενων φορτίων μέσω του γυαλιού, ο νηματικός υγρός κρύσταλλος θα στρίψει και θα ξεπεράσει, επιτρέποντας μόνο στις ηλεκτρικά απαιτούμενες περιοχές του φωτός να περάσουν.Οι οθόνες που χρησιμοποιούν στριμμένα νηματικά υγρά κρύσταλλο είναι κοινά χαρακτηριστικά στη σύγχρονη τεχνολογία, που χρησιμοποιούνται σε φορητούς υπολογιστές και ψηφιακά ρολόγια και ρολόγια.