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