Kristal likido

Egoera mesomorfoan (solido eta likido artean) dagoen likidoa, gailu elektronikoetako datuak agertzeko erabilia

Kristal likidoak likido zein solidoen ezaugarriak partekatzen dituzten gai kimikoak dira. Egoera likidoan molekulek ahalmena dute kokapen finkorik gabe higitzeko, era desordenatuan. Egoera solidoan, berriz, finkoak dira; hau da, elkarri itsatsita daude nolabaiteko patroia edo ordena jarraituz. Kristal likidoetan molekulek bi egoeren arteko bereizgarriak partekatzen dituzte: egitura kristalinoaren antzeko ordena mantentzen dute, baina higitu edo lekualdatzeko ahalmena galdu barik.

Fase nematikoan dagoen kristal likido baten ehundura.

Kristal likidoen fase mota ugari dago eta bakoitzak ezaugarri optiko desberdinak ditu; hala nola, ehundurak. Ehunduretako eremu ezberdinak, kristal likidoaren molekulak norabide desberdinetan orientatuta dauden domeinuei dagozkie.

HistoriaAldatu

 
Friedrich Reinitzer

Kristal likidoen aurkikuntza Friedrich Reinitzer botaniko austriarrari egozten zaio. 1888an helburu industriala zuen ikerketa batean murgilduta zegoen eta kolesteril bentzoatoa berotzean likido bilakatu baino lehen, fluido arre bihurtzen zela antzeman zuen. Horren ondorioz, substantzia horrek bi urtze-puntu dituela frogatu izana eta materiaren egoera berri baten aurkikuntza egotzi zaizkio.[1]

Ordutik eta 80ko hamarkada arte, hainbat ikerketa egin ziren substantzia hauen izaera eta erabilgarritasuna aztertu nahian. Nahiz eta kristal likidoak hasiera batean modan eta kosmetikan erabiltzen ziren tenperatura adierazle gisa, ez zen lortu haien baliozko aplikazio teknikorik. Hori dela eta, jaitsi egin zen gai honekiko komunitate zientifikoak zuen interesa 1980. urtera arte, Merck konpainiak ViP Display-a garatu zuen arte.

Ordutik aurrera, "Ikusmen independienteko panel" hauetan oinarrituz eta, beraz, kristal likidoetan funtsatuz, Merck konpainia teknologia berri asko garatzen jardun da. Bitartean, Hitachi, Fujitsu eta beste hainbat enpresekin kooperazioak egin ditu enpresaren ikerketa ahalmena handitzeko asmoz.

2003. urtean, Merck konpainiak Etorkizun Sari Alemaniarra irabazi zuen, pantaila lauko telebisten garapena ahalbidetu zuen kristal likidoen ikerketa teknologikoengatik. 2008. urtean 100 urte bete ziren konpainia kristal likidoak ikertzen hasi zenetik, eta 40 urte hauek aztertzeko berariazko sail bat sortu zuenetik.[2]

Aurreko mendera arte ez zen ezagutu substantzia hauek naturan duten garrantzia. Izan ere, izaki bizidunen funtsezko parte dira, DNAak kristal likidoaren fase desberdinak eratzen baititu. [3]

Ezaugarriak eta motakAldatu

 
Kristal likido termotropikoaren fase aldaketa

Konposatu kimiko hauen ezaugarri nagusia ordenarik gabeko barne egitura dutela da, bere osagaien jariakortasuna ahalbidetzen duena, hain zuen. Ausazko egitura molekular honek aldaketa anitz onartzen ditu eta patroi ezberdinak lortzea errazten du. Patroi hauetatik eratorriak dira ezagutzen diren kristal likido ezberdinak.[3]

Kristal likidoak irizpide ezberdinak eta ez-baztertzaileak jarraituz sailkatzen dira: batetik, geometriaren arabera, kalamitiko edo diskotikoak izan daitezke; bestetik, eratze moduaren arabera, termotropiko edo liotropikoak izan daitezke; eta, azkenik, lotura motaren arabera, molekular edo ionikoak izan daitezke.[4]

 
Kristal likido kalamitiko (nematiko eta esmetiko) eta diskotikoen arteko ezberdintasuna

Geometriari erreparatuz, alde batetik, hagatxo itxurako molekulaz osatutako substantziak daude, kristal likido kalamitikoen taldea osatzen dutenak, hain zuzen. Beste alde batetik, disko itxurako molekula planoz osatutakoak daude, kristal likido diskotikoen azpitaldea osatzen dutenak. Azken hauek, egitura ezberdinak sortzeko ahalmena dute, diskoak pilatzeko moduaren arabera. Hala ere, kasu gehienetan, bata bestearen gainean pilatzen dira zutabeak osatuz eta kristal likido kolumnar izenaz ezagutzen diren substantziak sortzen dituzte.[5]

Dena dela, eratze moduaren arabera sailkatzen dira nagusiki: kristal likido termotropikoak eta liotropikoak. Oso sailkapen zabala izan arren, lehendabiziko bi azpitalde ezberdinen arteko bereizketa argia egiten da. Ondoren, azpitalde bakoitzaren barnean geometriari eta loturari erreparatzen zaio gainerako banaketak egiteko eta zehaztasuna mantendu ahal izateko.[4]

Kristal likido termotropikoakAldatu

Izendapen honen sorburua, kristal likido egoera erdiesteko, fase aldaketa termiko baten beharraren kontzeptutik dator. Hau da, fase honetara likido baten hozketaren bitartez edo solido baten beroketaren bitartez heldu daiteke.[6] Tenperatura-igoera handiegia bada, mugimendu termikoek kristal likidoaren fase ordenamendua suntsi dezakete eta materiala ohiko fase likido batera bultzatu. Tenperatura gehiegi jaisten bada, fase ordenamendu solidoegia eragin dezakete eta materiala ohiko fase solidora bultzatu.[7] Kristal likido termotropikoak fase desberdinetan ager daitezke tenperatura aldatu ahala; hala nola, fase nematikoa, esmetikoa edo kolesterikoa dira ezagunenak.[8]

Fase nematikoaAldatu

 
Fase esmetiko bat eta nematiko bat fase kiralean

Fase nematikoan, molekulek ardatz nagusi batekiko orientazio berdina dute, nahiz eta ordena berezirik ez eduki.[6] Horrela, molekulak askatasunez jariatzen dira likido batean bezala, irismen luzeko norabide ordena mantentzen dutelarik. Fase nematiko gehienak uniaxialal dira eta ardatz nagusi bakar batean zehar orientatzen dira. Hala ere, badaude biaxialak diren fase batzuk, ardatz nagusi batean orientatzeaz gain, bigarren mailako ardatz batean zehar ere orientatzen direnak. [9]

Fase nematikoek likido arrunten antzeko joera dute, baina kanpoko eremu magnetiko edo elektriko baten presentzian lerroka daitezke. Behin lerrokatuta, kristal uniaxialen ezaugarri optikoak dituzte eta LCD pantailetan oso erabilgarriak dira. [10]

Fase esmetikoaAldatu

Fase esmetikoak nematikoak baino tenperatura baxuagoetan aurkitzen dira. Fase honetan, molekulek orientazioa partekatzeko joera galtzen dute eta plano edo geruzetan biltzen dira. [6] Molekulen mugimendua plano hauen limiteen barruan mugatuta dago, eta limite hauen barruan likidoen itxura mantentzen dute.

Fase esmetiko ezberdinak daude, guztiak posizio eta orientazio, mota eta gradu desberdinekin.[7]

Fase kolesterikoaAldatu

Fase honek kolesterol deribatuak ikertzen aurkitu zelako dauka izendapen hau. Fase honetan, molekulek tortsio bat jasaten dute ardatz nagusiarekiko eta, hori dela eta, ezaugarri berezi batzuez hornitzen du substantzia. Adibidez, argi polarizatuak elizearen ardatzean erasotzen duenean, forma zirkularrean islatzen dute.[6]

Kristal likido liotropikoakAldatu

Kristal likido liotropikoak disolbatzaile baten presentziaren ondorioz agertzen dira. Kristal likido hauek osatzen dituzten molekulen barne-egitura, erdia hidrofoboa eta beste erdia hidrofilikoa izan ohi da. Disolbatzailea, normalean, ura edo kristal likido egoeran ordenatzen diren mizelak sortzea eragiten duen beste disolbatzaile ez hain polarren bat da. [11]

Erabilera eta aplikazioakAldatu

 
LCD pantailen geruzak

Substantzia hauek, batez ere, LCD paintailak sortzeko erabiltzen dira teknologia arloan, Liquid Cristal Display direlakoak erabiltzen baitira. Izan ere, ezagutzen ditugun pantailak kristal likidoen ezaugarri optikoen menpe daude.[10]

Dispositibo arruntetan kristal likidozko geruza bat egon ohi da, molekulen errenkada berezi eta konkretu bat behartzen duen bi polarizatzaileren artean. Alineazio berezi honek gardentasuna ematen dio likidoari eremu elektrikorik ez dagoenean. Eremu elektriko bat aplikatzen zaionean, aldiz, tentsioa haunditzearekin batera, gardentasuna galtzen du proportzionalki. Modu honetan, eremu elektrikoa pixel-etengailu baten funtzioa betetzeko erabiltzen da eta paintaila garden edo opaku bihurtzen da. [12]

Kolorezko LCD sistemek teknika berdina erabiltzen dute, kolorezko filtroak aplikatuz, kolore berdea, gorria eta urdina sortzeko.[12]

Hala ere, substantzia hauek dituzten propietateen arabera, aplikazio ezberdinak dituzte. Liotropikoek, adibidez, garrantzi handia irabazi dute kosmetika eta garbigarrien industrian.[13]

MedikuntzanAldatu
 
Tenperatura tarte zehatz baterako, kristal likidoaren tantek duren itxura.

Kristal likidoen lehen erabileretariko bat medikuntza arloan izan zen. Arlo honetan, tenperaturaren arabera kolore ezberdinetako argia islatzen dituzten kristal likidoak erabiltzen dira, tenperatura aldaketak neurtzeko herreminta analitikoetan ezarriz. Geroztik, osasun zientzian gero eta aplikazio gehiago izan ditu tumoreak eta gainazaleko fisurak detektatzeko; hala nola, ginekologian, neurologian, onkologian, pediatrian, etab.[13]

Beste aplikazio batzukAldatu

Substantzia hauetan oinarrituz, argi polarizatuko mikroskopio aurreratuak garatu dira; baita ikusmen tresna zehatzagoak, ikerketa kimiko eta eremu naturalen ikerketetan erabiltzen direnak. [14] Horretaz gain, kristal likidoak gero eta gehiago erabiltzen dira honako arlo hauetan ere: material fotoboltaikoetan, material semikonduktoreetan eta segurtasun eta identifikazio materialetan (polimero eroale inprimagarrietan).[15]

ErreferentziakAldatu

  1. Reinitzer, Friedrich. (1888-12). «Beiträge zur Kenntniss des Cholesterins» Monatshefte für Chemie - Chemical Monthly 9 (1): 421–441. doi:10.1007/bf01516710. ISSN 0026-9247. Noiz kontsultatua: 2020-12-05.
  2. (Gaztelaniaz) «¿Qué son los cristales líquidos?» Interempresas Noiz kontsultatua: 2020-12-01.
  3. a b [http://bibliotecadigital.ilce.edu.mx/sites/ciencia/volumen2/ciencia3/104/htm/sec_6.htm «III. CRISTALES L�QUIDOS»] bibliotecadigital.ilce.edu.mx Noiz kontsultatua: 2020-12-01.
  4. a b CRISTALES LÍQUIDOS Un nuevo estado de la materia. Departamento de Química-Física Facultad de Quimicas Universidad Complutense 28040 Madrid..
  5. «ICMA» www.icma.unizar-csic.es Noiz kontsultatua: 2020-12-01.
  6. a b c d CRISTALES LÍQUIDOS PARTE I: "CRISTALES LÍQUIDOS TERMOTRÓPICOS". Revista de Química Vol. XIII, No 2 Diciembre de 1999, 53-70 or..
  7. a b Gennes, Pierre Gilles de.. (1993). The physics of liquid crystals. (2nd ed. argitaraldia) Clarendon Press ISBN 0-19-852024-7. PMC 27266289. Noiz kontsultatua: 2020-12-05.
  8. (Ingelesez) Shao, Y.; Zerda, T. W.. (1998-04). «Phase Transitions of Liquid Crystal PAA in Confined Geometries» The Journal of Physical Chemistry B 102 (18): 3387–3394. doi:10.1021/jp9734437. ISSN 1520-6106. Noiz kontsultatua: 2020-12-05.
  9. Madsen, L. A.; Dingemans, T. J.; Nakata, M.; Samulski, E. T.. (2004-04-09). «Thermotropic Biaxial Nematic Liquid Crystals» Physical Review Letters 92 (14) doi:10.1103/physrevlett.92.145505. ISSN 0031-9007. Noiz kontsultatua: 2020-12-05.
  10. a b Castellano, Joseph A.. (2005). Liquid gold : the story of liquid crystal displays and the creation of an industry. World Scientific ISBN 981-256-584-1. PMC 232157254. Noiz kontsultatua: 2020-12-05.
  11. Liang, Qizhen; Liu, Pengtao; Liu, Cheng; Jian, Xigao; Hong, Dingyi; Li, Yang. (2005-07). «Synthesis and properties of lyotropic liquid crystalline copolyamides containing phthalazinone moiety and ether linkages» Polymer 46 (16): 6258–6265. doi:10.1016/j.polymer.2005.05.059. ISSN 0032-3861. Noiz kontsultatua: 2020-12-05.
  12. a b «Cristales líquidos. El rincón de la Ciencia» rincondelaciencia.educa.madrid.org Noiz kontsultatua: 2020-12-01.
  13. a b «Cristales líquidos | ICMA» sagan.csic.es Noiz kontsultatua: 2020-12-01.[Betiko hautsitako esteka]
  14. Lin, Yi-Hsin; Wang, Yu-Jen; Reshetnyak, Victor. (2017-07-03). «Liquid crystal lenses with tunable focal length» Liquid Crystals Reviews 5 (2): 111–143. doi:10.1080/21680396.2018.1440256. ISSN 2168-0396. Noiz kontsultatua: 2020-12-05.
  15. LUZZATI, V.; MUSTACCHI, H.; SKOULIOS, A.. (1957-09). «Structure of the Liquid-Crystal Phases of the Soap–water System: Middle Soap and Neat Soap» Nature 180 (4586): 600–601. doi:10.1038/180600a0. ISSN 0028-0836. Noiz kontsultatua: 2020-12-05.

Ikus, gaineraAldatu

Kanpo estekakAldatu