Cristale Lichide
Scurt Istoric
In
anul 1837, scriitorul Edgar Allan Poe, in Narrative of Arthur Gordon Pym,
facea una din primele si cele mai interesante relatari cu
privire la enigmatica aparitie a unui lichid apt de reflexe cristaline
discret nuantate si de alte remarcabile insusiri a caror
descriere, dupa propria sa marturisire, cerea multe vorbe
Atunci,
E.A. Poe, care avea predilectie pentru asemenea incursiuni
stiintifice in scrierile sale, nu stia ca fenomenele
aparent miraculoase care il contrariau, sunt proprii substantelor numite
azi cristale lichide, si ca de fapt, caracterizeaza lichidele
anizotrope.
Fenomenologia
mezomorfica a lichidelor
cristaline a facut, mai bine de un secol, cu inerente periodizari
si intermitente, obiectul a numeroase si diversificate
investigatii, stiintifice, reluate in ultimul timp cu mijloace
si implicatii nebanuite cu decenii in urma. Studiile
teoretice si experimentale privind structura, morfologia, textura,
proprietatile fizice, caracteristicile reonome si
interactiune cu campul exterior a cristalelor lichide au deschis calea
cunoasterii lor profunde si a unor aplicatii exceptionale.
De
la primele consideratii facute de Virchow (1854) asupra
comportarii de cristal lichid asupra mielinei extrasa din fibrele
sistemului cerebro-spinal, urmate de relevarea birefringentei acesteia
(Mettenheimer, 1875) si pana in prezent, gama substantelor
mezomorfice si informatia aferenta acestora au crescut
extraordinar.
Lucrarile
lui Otto Lehman, remarcabil cercetator al fenomenelor de izomerie
fizica, evidentiaza, pe langa caracterele monotrope si
enantimorfe ale unor cristale analizate microscopic si
particularitatile morfologice proprii unor formatiuni
structurale curbate, rasucite si partial ramificate denumite “trichite”.
Descrierea structurilor, caracterizate de asemenea entitati si
morfologii, asociata cu incercarea de a rexplica efectele erizarii
superficiale ale substantelor numite, cand “cristale lichide”, cand
“lichide cristaline” devenise preocuparea de baza a multor fizico-chimisti
la sfarsitul secolului trecut. Planer, Löbisch, Raymann, Reinitzer si
altii au remarcat irizatiile exteriorizate de esterii cholesterylului
in timpul racirii acestora. S-a observat, totodata, legatura
efectelor de culoare cu birefringenta, cu activitatea optica a
esterilor respectivi, in stare lichida. Reinitzer ii solicita
sprijinul lui Lehmann in elucidarea problemelor legate de aparitia a
doua temperaturi diferite de topire in cazul uneia si aceleiasi
substante semnalandu-i totodata si efecte de culoare si
opalescenta, constatate de el la examinarea atenta a mai multor
substante de acelasi gen.
Termenul
de lichid cristalin este inlocuit corespunzator conceptului formulat mai
elocvent si astfel, categorisit fara ambiguitate prin definirea
genului proxim al notiunii de cristal lichid.
Cristalele
lichide erau definite in 1910 de Woldemar Voigt, ilustru fizician-cristalograf,
ca materiale cu structuri constranse; Voigt mentiona, in aceeasi
perioada de timp coexistenta particularitatilor si
criteriilor concomitente de stare lichida si cristalina a
acestor materiale.
Rudolf
Schenck a initiat explicarea naturii starii lichide cristaline in
termeni adecvati fazei omogene, scotand in evidenta unele
constatari privind discontinuitatile proprietatilor de
curegere in tranzitiile de faza, caldura de tranzitie,
masurarea constantelor dielectrice, sau determinarea energiei de
suprafata si masa moleculara.
Otto
Wiener a dezvoltat teoria optica a birefringentei prezentate de unele
sisteme cu structuri lamelare constituite din particule sub forma de
bastonase.
In
primul deceniu al acestui secol fizicianul Emil Bose punea bazele teoriei
mezofazei lichid-cristaline, stimuland prin experientele sale un camp
magnetic nenumarate experimente si incercari teoretice de a
confirma conceptul sau de structura moleculara similara
unui roi.
Sunt
din ce in ce mai bine conturate particularitatile
structural-morfologice ale cristalelor lichide, consolidandu-se teoriile
privind natura moleculara a interactiunilor, vascozitatea,
vasco-elasticitatea, etc. Analiza structurala cu ajutorul razelor X devine
tot mai eficienta in abordarea si descifrarea mecanismelor de
constitutie si ordonabilitate a sistemelor mezomorfe. Difuzia luminii
contribuie, de asemenea la caracterizarea si distingerea fazelor nematice
si smectice in timp ce teoria fazei colesterice nu intrezarea decat
elemente de dezordine in structurile proprii acestei faze. Orientarea,
aranjarea reciproca, sau alinierea moleculelor alungite, rigide, ori
spiralizate, incep sa intre tot mai mult in sfera investigatiilor
structurale ale cercetatorilor vremii. Insusirea
moleculelor-bagheta de a sta vertical in structurile lineare, specifice
unor faze intermediare, se asociaza tot mai strans cu caracterul polar al
interactiilor primordial responsabile de orientarea si alinierea
moleculara. Friedel avansa ideea aplicarii teoriei feromagnetismului
chiar si cristalelor lichide. Se admitea, in urma cu patru decenii,
ca diamagnetismul moleculelor si nu momentul magnetic al roiului
molecular conditioneaza alinierea. Efectele directionale
teoretizate de Kast, Debye, Fréedericksz, Ornsteien capata o
interpretare diamagnetica fiind descrise cantitativ prin intermediul
campului si energiei magnetice, tipice pentru distributia Boltzmann.
Decelarea
unor noi interconexiuni la nivelul momentului electric molecular si al
influentei directionale a campului electric de joasa
frecventa, sau corelarea conductivitatii cu campul magnetic
si temperatura mezofazei au premers investigatiilor vizand
proprietatile termice, elasto-chimice si ca camp ale sistemelor
mezogene. Svedberg, Ornstein, Björnstahl, Riwlin si altii
pusesera temeliile cunoasterii unor raporturi dintre efectele statice
si dinamice ale compusilor mezogeni aflati in interactie cu
un camp influent, incat cele aproape 100 de dizertatii, eleborate numai la
scoala de la Halle a lui Vorländer, nu au facut decat sa
diversifice riguros si sa confirme cimportanta domeniului
cristalelor lichide si a perspectivelor sale devenite realitate in
ultimele doua decenii. In perioada care a cuprins cel de-al doile
razboi mondial W. Maier, C. Weygard, Zocher, Zwetkoff, Michailow, Marinin,
Chatelain, Zolina si multi altii au contribuit la sublinierea
si impunerea urmatoarelor rezultate mai semnificative pentru
evolutia ulterioara a preocuparilor
stiintifico-tehnice si a tehnologiei aferente cristalelor
lichide:
- efectul orientarii moleculelor de
cristal lichid in camp electric este proportional cu E2 adica,
este dependent de anizotropia dielectrica;
-
intensitatea miscarii moleculelor
intr-un strat de lichid anezotrop de grosime variabila creste cu
intensitatea campului electric E de joasa frecventa;
-
aplicarea unui camp magnetic cu efecte de
orientarea are ca urmare dezorientarea moleculara, miscarea
turbulenta a moleculelor;
-
in structurile lamelare, intensitatea E a
campului aplicat in conditii date implica o anumita grosime
critica a stratului reprezentativ;
-
efectele de orientare sau de perturbare
partoiala nu modifica esential caracterul alinierii, sau a
paralelismului axelor moleculare cu liniile de forta, sau de curent;
-
compensarea campurilor electrice si
magnetice poate facilita evaluarea anizotropiei dielectrice;
-
la frecvente mai mari de 3*105
Hz, daca nu se produc curenti, efectele de orientare nu se
schimba;
-
proprietatile optice, electric
si magnetice ale cristalelor lichide concorda cu teoria fenomenelor
cooperative si pot fi exprimate in termenii gradului de ordine la
distanta si al energiei de orientare in functie de
temperatura.
In prezent, cristalele
lichide, redevenite pe un alt plan utilitar materiale moderne, se
incorporeaza tacit dar eficient in diverse sectoare ale cercetarii de
dezvoltare si in directii importante de activitate
tehnico-stiintifica, cum sunt optica electronica,
radio-locatia, calculatoarele electronice, termografia, medicina si
altele.
Bibliografie:
Lecturi de fizica, Editura
Didactica si Pedagogica, Buuresti
Ilea
Iulian Daniel
clasa
a-IX-a A
