Ciekłe kryształy - wczoraj, dziś i jutro - Instytut Fizyki JÄ drowej PAN

1. Wstęp.
Ciekłe kryształy stanowią pośredni stan materii skondensowanej,
pomiędzy uporządkowanymi przestrzennie (trójwymiarowo) kryształami, a
całkowicie nieuporządkowanymi cieczami. Możliwe jest również
uporządkowanie jednowymiarowe (liniowe) lub dwuwymiarowe
(płaszczyznowe). W pierwszym przypadku oznacza to występowanie jakiegoś
wyróżnionego, jednego kierunku uporządkowania, a w drugim płaszczyzn, na
których molekuły mogą się ustawiać na wiele sposobów. Okazało się, że natura
te różne sposoby uporządkowania liniowego lub na płaszczyźnie realizuje, przy
zachowaniu braku trwałego powiązania tych linii lub płaszczyzn ze sobą.
Występowanie stanu ciekłokrystalicznego możliwe jest w układach jednoi
wieloskładnikowych. Jest skutkiem zmiany parametrów termodynamicznych
(temperatura, ciśnienie, a także zmiana stężeń poszczególnych składników
mieszaniny). Przykładu wpływu zmiany stężenia składników na strukturę
mieszaniny może dostarczyć obserwacja prostego układu mydło – woda.
O znaczeniu ciekłych kryształów decydują zarówno ich coraz większe
zastosowania praktyczne (wykorzystanie efektów elektro-, jak i termooptycznych),
jak również występowanie w układach biologicznych (błony
komórkowe), czy też w różnych procesach technologicznych (upłynnianie
węgla, pieczenie, mycie). Doprowadziło to popularności tych układów w
świecie (wyświetlacze – displeje). Dlatego, choć procentowo stanowią niewielką
część związków organicznych (ok. 80 tys. przy znanych kilku milionach
związków) ich rola jest znacznie większa. Są także ciekawymi układami
modelowymi stanowiącymi analogie dla bardzo niskotemperaturowych struktur
helu, czy też, jak sądzą niektórzy, cząstek elementarnych. Interesują się więc
nimi badacze różnych dziedzin, zarówno prowadzący badania podstawowe jak
również aplikacyjne.
2. Wczoraj - od odkrycia do pierwszych zastosowań.
Ciekłe kryształy odkryte zostały w 1888 roku przez niemieckiego
botanika F. Reinitzera podczas badania pod mikroskopem polaryzacyjnym
substancji pochodzenia roślinnego (zaobserwował kilkukrotne topnienie). Ale
już dwa lata później wybitny chemik organik niemiecki Gattermann dokonał
syntezy chemicznej kilku takich związków. Mimo to jednak wielu nie wierzyło
w istnienie takich substancji, zaś efekt wielokrotnego topnienia próbowano
tłumaczyć jako wpływ zanieczyszczeń, niejednorodności układu itp. Dopiero
badania Lehmanna (który zresztą był proszony przez Reinitzera o opinię na
temat jego wyników, a potem próbował uznać siebie za odkrywcę...), Friedela i
innych doprowadziły do otrzymania niewielkiej stosunkowo grupy związków
organicznych, o których można było z całą pewnością powiedzieć, że w
pewnym zakresie temperatur tworzą stan o częściowym uporządkowaniu