Badania

Nowe trendy w zastosowaniach ciekłych kryształów

Opublikowano: 16.02.2019

forum akademickie
Fot. Magdalena Wiśniewska-Krasińska

Ciekłokrystaliczne wyświetlacze w telewizorach i komputerach to już codzienność. Ale naukowcy poszukują ciągle nowych zastosowań ciekłych kryształów.

Stan ciekłokrystaliczny, nazywany również fazą pośrednią, łączy w sobie cechy zarówno ciał stałych, jak i cieczy. Ciekłe kryształy charakteryzują się dalekozasięgowym uporządkowaniem tworzących je cząsteczek oraz anizotropią właściwości fizycznych, podobnie jak ma to miejsce w kryształach, a jednocześnie tak jak ciecze posiadają zdolność do płynięcia. Płynność ciekłych kryształów daje możliwość przeorientowania ich cząsteczek w danym kierunku pod wpływem pola elektrycznego, tak aby wykazywały oczekiwane właściwości. Tę cechę wykorzystuje się między innymi w wyświetlaczach telewizorów czy telefonów komórkowych, które są przykładami najpowszechniejszego zastosowania ciekłych kryształów.

Problematyką tą zajmuje się od wielu lat zespół badawczy Wydziału Nowych Technologii i Chemii Wojskowej Akademii Technicznej, którym kieruje płk dr hab. inż. Przemysław Kula. W Laboratorium Ciekłych Kryształów opracowano mieszaniny ciekłokrystaliczne do urządzeń produkowanych m.in. przez takie firmy jak: Samsung, LG, Zedelef czy Nikon. Naukowcy z Instytutu Chemii mają na koncie kilkadziesiąt patentów, a w obszarze ich naukowych zainteresowań znajdują się m.in. chiralne fazy smektyczne zbudowane z molekuł o różnorodnych kształtach. Mogą one być w przyszłości wykorzystywane w urządzeniach optycznych i fotonicznych, których działanie opiera się na szybkiej modulacji fali elektromagnetycznej. Badania podstawowe dotyczące tej tematyki realizuje dr inż. Michał Czerwiński.

– Nowe trendy w wykorzystaniu ciekłych kryształów idą w kierunku zastosowania ich w modulatorach poza zakresem widzialnym promieniowania elektromagnetycznego. Poszukuje się przetworników, które mogą modulować wiązkę fali z zakresu UV lub w podczerwieni – wyjaśnia, dodając, że stan ciekłokrystaliczny może być również wykorzystywany np. jako dodatek do farb, emulsji czy foli polimerowych, który powoduje zmianę koloru pod wpływem temperatury.

Celem jednego z jego projektów było otrzymanie związków ciekłokrystalicznych o jak najdłuższym skoku helisy przez mieszanie związków o przeciwnej skrętności helisy, ale o takiej samej budowie centrum chiralnego i różnej długości łańcucha achiralnego.

– Smektyczne materiały ciekłokrystaliczne zbudowane są z cząsteczek chiralnych. Takie cząsteczki obracają się w przestrzeni tworząc strukturę helikoidalną i w zależności od długości, na której cząsteczki wykonują pełen obrót, helisa posiada dłuższy lub krótszy skok. Aby taki materiał ciekłokrystaliczny mógł być stosowany w przetworniku trzeba najpierw uporządkować jego cząsteczki w jednym kierunku w komórce elektrooptycznej, czyli należy zniszczyć strukturę helikoidalną. Im dłuższy skok helisy, tym łatwiej jest to zrobić – tłumaczy dr inż. Czerwiński. Dzięki prowadzonym badaniom możliwe było poznanie natury zjawiska zmiany skrętności helisy oraz wyjaśnienie doświadczalnie i wstępnie teoretycznie jej przyczyn.

W ramach innego projektu powstają z kolei materiały kompozytowe składające się z opisanych wyżej ciekłokrystalicznych materiałów smektycznych z utworzoną w nich siecią polimerową i dodatkiem związków o kształcie wygiętym. Charakteryzują się bardzo krótkimi i symetrycznymi czasami przełączania, a także bardzo dużym kątem pochylenia cząsteczek w warstwach smektycznych, długim skokiem helisy oraz bardzo dobrą jakością uporządkowania w komórce elektrooptycznej. Badania powinny pozwolić na opracowanie nowych materiałów z ulepszonymi właściwościami (szczególnie z symetrycznymi czasami przełączania i dużym kontrastem) dopasowanymi do nowoczesnych, technologicznych potrzeb.

Dr inż. Michał Czerwiński wraz ze swoim zespołem brał udział w projekcie finansowanym przez australijską firmę Zedelef, polegającym na zmodyfikowaniu metody przekazywania sygnału w urządzeniu do badania dna oceanicznego – hydrofonu. Do tej pory sygnał elektryczny musiał być kierowany z dna oceanicznego na powierzchnię przewodami elektrycznymi. Powodowało to wiele problemów związanych z jego wrażliwością na „transport”. Warszawski naukowiec stworzył mieszaninę ciekłokrystaliczną do przetwornika, zamieniającego sygnał elektryczny na sygnał optyczny. Dzięki temu informacja z hydrofonu może być dalej przekazywana mniej wrażliwym światłowodem.

Ewa Jankiewicz, Monika Przybył


PARTNERZY

forum akademickie
forum akademickie
forum akademickie
forum akademickie
forum akademickie
forum akademickie
forum akademickie
forum akademickie
forum akademickie
forum akademickie
forum akademickie
forum akademickie
forum akademickie
forum akademickie
forum akademickie