Kristal likido

Kristal likidoak likido zein solidoen ezaugarriak partekatzen dituzten gai kimikoak dira. Egoera likidoan molekulek ahalmena dute kokapen finkorik gabe higitzeko, era desordenatuan. Egoera solidoan, berriz, finkoak dira; hau da, elkarri itsatsita daude nolabaiteko patroia edo ordena jarraituz. Kristal likidoetan molekulek bi egoeren arteko bereizgarriak partekatzen dituzte: egitura kristalinoaren antzeko ordena mantentzen dute, baina higitu edo lekualdatzeko ahalmena galdu barik.

Kristal likidoen fase mota ugari dago eta bakoitzak ezaugarri optiko desberdinak ditu; hala nola, ehundurak. Ehunduretako eremu ezberdinak, kristal likidoaren molekulak norabide desberdinetan orientatuta dauden domeinuei dagozkie.

Historia 

Kristal likidoen aurkikuntza Friedrich Reinitzer botaniko austriarrari egozten zaio. 1888an helburu industriala zuen ikerketa batean murgilduta zegoen eta kolesteril bentzoatoa berotzean likido bilakatu baino lehen, fluido arre bihurtzen zela antzeman zuen. Horren ondorioz, substantzia horrek bi urtze-puntu dituela frogatu izana eta materiaren egoera berri baten aurkikuntza egotzi zaizkio.

Ordutik eta 80ko hamarkada arte, hainbat ikerketa egin ziren substantzia hauen izaera eta erabilgarritasuna aztertu nahian. Nahiz eta kristal likidoak hasiera batean modan eta kosmetikan erabiltzen ziren tenperatura adierazle gisa, ez zen lortu haien baliozko aplikazio teknikorik. Hori dela eta, jaitsi egin zen gai honekiko komunitate zientifikoak zuen interesa 1980. urtera arte, Merck konpainiak ViP Display-a garatu zuen arte.

Ordutik aurrera, "Ikusmen independienteko panel" hauetan oinarrituz eta, beraz, kristal likidoetan funtsatuz, Merck konpainia teknologia berri asko garatzen jardun da. Bitartean, Hitachi, Fujitsu eta beste hainbat enpresekin kooperazioak egin ditu enpresaren ikerketa ahalmena handitzeko asmoz.

2003. urtean, Merck konpainiak Etorkizun Sari Alemaniarra irabazi zuen, pantaila lauko telebisten garapena ahalbidetu zuen kristal likidoen ikerketa teknologikoengatik. 2008. urtean 100 urte bete ziren konpainia kristal likidoak ikertzen hasi zenetik, eta 40 urte hauek aztertzeko berariazko sail bat sortu zuenetik.

Aurreko mendera arte ez zen ezagutu substantzia hauek naturan duten garrantzia. Izan ere, izaki bizidunen funtsezko parte dira, DNAak kristal likidoaren fase desberdinak eratzen baititu.

Ezaugarriak eta motak 

Konposatu kimiko hauen ezaugarri nagusia ordenarik gabeko barne egitura dutela da, bere osagaien jariakortasuna ahalbidetzen duena, hain zuen. Ausazko egitura molekular honek aldaketa anitz onartzen ditu eta patroi ezberdinak lortzea errazten du. Patroi hauetatik eratorriak dira ezagutzen diren kristal likido ezberdinak.

Kristal likidoak irizpide ezberdinak eta ez-baztertzaileak jarraituz sailkatzen dira: batetik, geometriaren arabera, kalamitiko edo diskotikoak izan daitezke; bestetik, eratze moduaren arabera, termotropiko edo liotropikoak izan daitezke; eta, azkenik, lotura motaren arabera, molekular edo ionikoak izan daitezke.

Geometriari erreparatuz, alde batetik, hagatxo itxurako molekulaz osatutako substantziak daude, kristal likido kalamitikoen taldea osatzen dutenak, hain zuzen. Beste alde batetik, disko itxurako molekula planoz osatutakoak daude, kristal likido diskotikoen azpitaldea osatzen dutenak. Azken hauek, egitura ezberdinak sortzeko ahalmena dute, diskoak pilatzeko moduaren arabera. Hala ere, kasu gehienetan, bata bestearen gainean pilatzen dira zutabeak osatuz eta kristal likido kolumnar izenaz ezagutzen diren substantziak sortzen dituzte.

Dena dela, eratze moduaren arabera sailkatzen dira nagusiki: kristal likido termotropikoak eta liotropikoak. Oso sailkapen zabala izan arren, lehendabiziko bi azpitalde ezberdinen arteko bereizketa argia egiten da. Ondoren, azpitalde bakoitzaren barnean geometriari eta loturari erreparatzen zaio gainerako banaketak egiteko eta zehaztasuna mantendu ahal izateko.

Kristal likido termotropikoak 
Izendapen honen sorburua, kristal likido egoera erdiesteko, fase aldaketa termiko baten beharraren kontzeptutik dator. Hau da, fase honetara likido baten hozketaren bitartez edo solido baten beroketaren bitartez heldu daiteke. Tenperatura-igoera handiegia bada, mugimendu termikoek kristal likidoaren fase ordenamendua suntsi dezakete eta materiala ohiko fase likido batera bultzatu. Tenperatura gehiegi jaisten bada, fase ordenamendu solidoegia eragin dezakete eta materiala ohiko fase solidora bultzatu. Kristal likido termotropikoak fase desberdinetan ager daitezke tenperatura aldatu ahala; hala nola, fase nematikoa, esmetikoa edo kolesterikoa dira ezagunenak.

Fase nematikoa 

Fase nematikoan, molekulek ardatz nagusi batekiko orientazio berdina dute, nahiz eta ordena berezirik ez eduki. Horrela, molekulak askatasunez jariatzen dira likido batean bezala, irismen luzeko norabide ordena mantentzen dutelarik. Fase nematiko gehienak uniaxialal dira eta ardatz nagusi bakar batean zehar orientatzen dira. Hala ere, badaude biaxialak diren fase batzuk, ardatz nagusi batean orientatzeaz gain, bigarren mailako ardatz batean zehar ere orientatzen direnak. 

Fase nematikoek likido arrunten antzeko joera dute, baina kanpoko eremu magnetiko edo elektriko baten presentzian lerroka daitezke. Behin lerrokatuta, kristal uniaxialen ezaugarri optikoak dituzte eta LCD pantailetan oso erabilgarriak dira.

Fase esmetikoa 
Fase esmetikoak nematikoak baino tenperatura baxuagoetan aurkitzen dira. Fase honetan, molekulek orientazioa partekatzeko joera galtzen dute eta plano edo geruzetan biltzen dira.  Molekulen mugimendua plano hauen limiteen barruan mugatuta dago, eta limite hauen barruan likidoen itxura mantentzen dute.

Fase esmetiko ezberdinak daude, guztiak posizio eta orientazio, mota eta gradu desberdinekin.

Fase kolesterikoa 
Fase honek kolesterol deribatuak ikertzen aurkitu zelako dauka izendapen hau. Fase honetan, molekulek tortsio bat jasaten dute ardatz nagusiarekiko eta, hori dela eta, ezaugarri berezi batzuez hornitzen du substantzia. Adibidez, argi polarizatuak elizearen ardatzean erasotzen duenean, forma zirkularrean islatzen dute.

Kristal likido liotropikoak 
Kristal likido liotropikoak disolbatzaile baten presentziaren ondorioz agertzen dira. Kristal likido hauek osatzen dituzten molekulen barne-egitura, erdia hidrofoboa eta beste erdia hidrofilikoa izan ohi da. Disolbatzailea, normalean, ura edo kristal likido egoeran ordenatzen diren mizelak sortzea eragiten duen beste disolbatzaile ez hain polarren bat da.

Erabilera eta aplikazioak 

Substantzia hauek, batez ere, LCD paintailak sortzeko erabiltzen dira teknologia arloan, Liquid Cristal Display direlakoak erabiltzen baitira. Izan ere, ezagutzen ditugun pantailak kristal likidoen ezaugarri optikoen menpe daude.

Dispositibo arruntetan kristal likidozko geruza bat egon ohi da, molekulen errenkada berezi eta konkretu bat behartzen duen bi polarizatzaileren artean. Alineazio berezi honek gardentasuna ematen dio likidoari eremu elektrikorik ez dagoenean. Eremu elektriko bat aplikatzen zaionean, aldiz, tentsioa haunditzearekin batera, gardentasuna galtzen du proportzionalki. Modu honetan, eremu elektrikoa pixel-etengailu baten funtzioa betetzeko erabiltzen da eta paintaila garden edo opaku bihurtzen da. 

Kolorezko LCD sistemek teknika berdina erabiltzen dute, kolorezko filtroak aplikatuz, kolore berdea, gorria eta urdina sortzeko.

Hala ere, substantzia hauek dituzten propietateen arabera, aplikazio ezberdinak dituzte. Liotropikoek, adibidez, garrantzi handia irabazi dute kosmetika eta garbigarrien industrian.

Medikuntzan 

Kristal likidoen lehen erabileretariko bat medikuntza arloan izan zen. Arlo honetan, tenperaturaren arabera kolore ezberdinetako argia islatzen dituzten kristal likidoak erabiltzen dira, tenperatura aldaketak neurtzeko herreminta analitikoetan ezarriz. Geroztik, osasun zientzian gero eta aplikazio gehiago izan ditu tumoreak eta gainazaleko fisurak detektatzeko; hala nola, ginekologian, neurologian, onkologian, pediatrian, etab.

Beste aplikazio batzuk 
Substantzia hauetan oinarrituz, argi polarizatuko mikroskopio aurreratuak garatu dira; baita ikusmen tresna zehatzagoak, ikerketa kimiko eta eremu naturalen ikerketetan erabiltzen direnak.  Horretaz gain, kristal likidoak gero eta gehiago erabiltzen dira honako arlo hauetan ere: material fotoboltaikoetan, material semikonduktoreetan eta segurtasun eta identifikazio materialetan (polimero eroale inprimagarrietan).

Erreferentziak

Ikus, gainera 

 Molekula
 Solido
 Likido
 Gai kimiko
 Kristal likidozko pantaila

Kanpo estekak 

 Liquid Crystal Physics

 Liquid Crystal Institute
 The Flexoelectro-Optic Effect in Cholesteric Liquid Crystals
 ¿Plasma o LCD?

Materiaren egoerak