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
