کریستال های مایع

اصطلاح کریستال مایع یک پارادوکس است؛ زیرا واژه کریستال به یک شبکه فضایی خاص اشاره می کند اما تشکیل شبکه بلوری در مایعات ممکن نیست. در این مواد، جهت گیری مولکولی خاصی در شرایط مشخص اتفاق می افتد بنابراین بهتر است آن ها را مایعات ناهمسان گرد نامید.

ماده، چهار حالت دارد؛ جامد، مایع، گاز، و پلاسما.

در جامدات، مولکول ها راستایشان را ثابت نگاه می دارند و نسبت به مولکول های اطراف مکانشان را حفظ می کنند، رفتار مولکول ها در مایعات برخلاف این است؛ آن ها می توانند راستایشان را تغییر دهند و به هر مکانی حرکت کنند.

بعضی مواد در یک حالت میانه، بخشی شبیه مایع و بخشی شبیه جامد، هستند. مولکول هایشان تمایل دارند که راستایشان را ثابت نگه دارند (مانند جامدات) اما جابه جا نیز می شوند (مانند مایعات). بنابراین کریستال مایع نه جامد و نه مایع است، اما به مایع نزدیک تر است تا جامد.

در کریستال، مولکول ها در شبکه ای هندسی و دقیق جای گرفته اند و گرچه در جای خود مرتعش می شوند اما نیروهای الکتریکی مانع از به هم ریختن ساختار هندسی آن ها می شود، برخلاف مایعات. مولکول های مایع می توانند آزادانه به هر سو بروند و روی هم بلغزند، به همین دلیل شکل ظرف خود را اختیار می کنند. در کریستال مایع، مولکول ها، هر دو رفتار را نشان می دهند و به همین دلیل این مواد معمولا دارای گران روی (ویسکوزیته) زیاد (مثل عسل) هستند. مولکول های این مواد را به دلیل قطبی بودن شدیدشان می توان میله ای در نظر گرفت. جاذبه الکتریکی در شرایط متعارف، تمایل دارد که مولکول ها را در الگوهای ویژه ای منظم سازد (کمی مانند پیوند هیدروژنی آب).

مقدار قابل توجهی گرما لازم است تا یک ماده مناسب از جامد به کریستال مایع تبدیل شود، و کمی بیشتر گرما لازم است تا همان کریستال مایع به مایع واقعی تبدیل شود. این امر دلیل اینکه چرا کریستال مایع به گرما بسیار حساس است و برای ساخت دماسنج ها استفاده می شوند را بیان می کند. همچنین این امر دلیل اینکه نمایشگرهای لپ تاپ در هوای سرد و روزهای بسیار گرم رفتار عجیبی از خود نشان می دهند را بیان می کند؛ بنابراین بهتر است آن ها را مایعات ناهمسان گرد بنامیم.

کریستال های مایع نیز نه کاملا مایع و نه کاملا جامد هستند، از لحاظ فیزیکی مانند جریان مایعات به چشم می آیند، اما آن ها برخی از خواص جامدات بلورین را نیز دارند. کریستال های مایع را می توان کریستالی در نظر گرفت که  برخی یا همه نظم موقعیتی خود را از دست داده اند، در حالی که از نظر جهت گیری نظم خود را حفظ کرده است.

بین سال های 1850 تا 1888محققان در پژوهش هایی که در زمینه فیزیک، شیمی، زیست شناسی و پزشکی انجام می دادند، متوجه شدند که بعضی مواد در دماهای نزدیک به دمای ذوب شان رفتار عجیبی از خود نشان می دهند. آن ها مشاهده کردند که خواص نوری (اپتیکی) این مواد با افزایش دما به طور ناپیوسته ای تغییر می کند.

این مواد (بلورهای مایع) شامل مولکول های آلی هستند که دارای شکل طویل با یک ناحیه مرکزی ثابت و لبه های انعطاف پذیر اند.

رفتار ناهمسانگرد بلور مایع ناشی از طویل بودن مولکول های آن است. خواص فیزیکی مولکول ها در امتداد موازی با خواص فیزیکی در امتداد عمود بر صفحه مولکول متفاوت است. این تفاوت خواص مولکول ها باعث تفاوت خواص توده ای آن ماده (حجم زیادی از ماده) نیز می شود.

تصور کنید تعداد زیادی خلال دندان در یک جعبه مستطیل شکل به صورت نامنظم قرار داده شده است. وقتی شما جعبه خلال دندان را باز می کنید خلال دندان ها تقریبا هم جهت هستند اما در یک امتداد نیستند یعنی زاویه بین هر خلال داندان با محوری معین با هم فرق می کند. (دقیقا در امتداد یک خط نیستند فقط جهت آن ها مثلا متمایل به شمال است). آن ها آزادانه حرکت می کنند اما جهت حرکت آن ها یکسان است. این نوع کریستال مایع به نماتیک معروف اند.