Sıvı kristal,
sıvıların kendiliğinden akıcılığını, kristallere özgü anizotropi özellikleriyle
birleştiren, moleküllerin konumsal ve/veya yönlendirmeli düzenlenmesi ile
karakterize edilen bir sıvı hal şeklidir.
Bir sıvı kristal, düzenli bir yapı içinde veya fazda
moleküllerin self-montajıyla oluşur. Sıcaklık veya magnetik alan gibi dış
değişiklikler, çok küçük de olsa, sıvı kristali farklı bir faza yönlendirir.
Farklı fazlar malzemenin optik özelliklerinin değişmesiyle anlaşılabilir. (Şekil-1).
Şekil-1:
(a) katı bir malzemede (moleküller organizedir), (b) bir sıvı kristalde (moleküller
uxun aralıklarka düzenlenmiştir) ve (c) bir sıvı içinde (moleküller düzensizdir)
moleküllerin şematik görünümü
Moleküler düzenlenme
derecesine göre bakıldığında, katı kristallerde partikül düzeni üç-byutlu
uzun-aralıklı olmasına karşın sıvılarda düzenlenme aralığı kısadır. sıvı
kristaller iki genel grup altında toplanabilir:
·
Termotropik
sıvı kristaller: Sıcaklık değişimiyle (katı fazın kısmen ergimesi) oluşan sıvı
kristallere termotropik sıvı kristaller denir.
·
Liyotropik
sıvı kristaller: Liyotropik sıvı kristallerin oluşumu, bir solventte
sörfaktanların konsantrasyon değişimiyle ilgilidir.
Sıvı-kristalin hal genellikle mezomorfik (‘mezo’, ara demektir) olarak ve
subsrans da mezofaz olarak adlandırılır. Sıvı-kristalin hal en fazla
molekülleri uzun veya disk şeklinde olan organik bileşiklerde görülür. Sıvı
kristaller oluşumu, düzenlerinin göreli paralelliklerini belirleyen
moleküllerin (zincir veya düz) önemli derecede anizotropik şekline bağlıdır. Hem
sıvılarda hem de kristallerde bulunan eşsiz özellik kombinasyonu, sıvı
kristallerin iç moleküler yapısının özelliğinden kaynaklanır.
Termotropik sıvı
kristaller, Friedel tarafından
yapılan sınıflandırmaya göre, moleküllerin düzenlenmesine bağlı olarak üç tip
olarak tanımlanır (Şekil-2):
·
Smektik
sıvı kristaller
·
Nematik
sıvı kristaller
·
Kolesterik
sıvı kristaller
Smektik sıvı kristaller, molekülleri uzun çubuk-benzeri bir şekle sahip
olan ve ince bir tabaka oluşturmak üzere birbirine paralel yönlendirilen
substanslar tarafından oluşturulabilir. Yanal yöndeki tabakaların içinde,
moleküllerin düzenlenmesinde tümüyle bir periyodiklik yoktur.
Nematik sıvı kristal
substanslar filamentli partiküller içerir; bunlar ‘fırça’ görünümlüdür,
birbirine paralel olup yukarı ve aşağı kaydırılabilir. Nematik sıvı kristaller
smektikler kadar düzenli değildir.
Kolesterik sıvı kristaller,
esas olarak kolesterol türevleridir. Bunlarda, smektik sıvı kristallerde olduğu
gibi, düz ve uzun mleküller tabakalar şeklinde düzenlenir; fakat her tabakadaki
partiküllerin düzeni, nematik sıvı kristallere benzer.
Bunlara daha sonra diğer bir faz, diskotik sıvı kristal ilave edilmiştir.
Diskotik sıvı kristaller, İki boyutlu bir latis oluşturan sıvı kolonlar
sistemleridir.
Liyotropik sıvı kristaller iki veya daha fazla bileşenden oluşur.
Komponentlerden biri, genellikle sudur. Diğer komponenet polar bir baş grup
içeren bir ampifildir; baş grup, bir (veya daha fazla) uzun zincirli hidrokarbona
eklenir. Bilinen tipik bir örnek sulu sabun çözeltisidir (sodyum dodesil
sülfat).
Sıvı Kristal Elastomer (LCE): Sıvı kristal yapılı
uzun, çapraz bağlı polimer zincirlerinin bulunduğu kauçuksu ağ yapılı
malzemelerdir.
Sıvı Kristal Polimer (LCP): Uygun sıcaklık, basınç ve
konsantrasyonda sıvı kristal mezofaz olarak bulunabilen (çözelti içindeyken
kristal halde dizilebilen), veya, ergimiş hal-de kristal düzende sıralanabilen
makro moleküllerdir. Bu tür sıvılar anizotropik davranış gösterirler; bunlardaki
düzenli bölgelere ‘mezofazlar’ denir.
Sıvı Kristal Display (LCD), düz panel ekranlarda kullanılan bir teknolojidir. Tipik bir örnek
çalışma prensibi basitçe Şekil-3’de gösterilmiştir.
Şekil-2: Termotropik sıvı kristallerin önemli üç tipi; nematik,
smetik ve kolesterik
Şekil-3: Tipik bir nematik sıvı kristal ekran
