Cristal Es Liquid Os

7/29/2019 Cristal Es Liquid Os

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Cristales lquidos:algo ms que pantallas planas

Luis Oriol

Zaragoza, 21 de mayo de 2007


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CRISTALES LQUIDOS:algo ms que pantallas planas

CRISTALES LQUIDOS:CRISTALES LQUIDOS:

algo ms que pantallas planasalgo ms que pantallas planas


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Cristal Lquido?

Cristal Lquido?Cristal Lquido?

dnde est?dnde est?qu funcin tiene?qu funcin tiene?

qu es?qu es?

y sobre todo, qu tiene ver uny sobre todo, qu tiene ver unCRISTALCRISTAL con uncon unLIQUIDOLIQUIDO


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ESTADOS DE LA MATERIAESTADOS DE LA MATERIA

GASEOSO

LQUIDO

SLIDO

Punto de fusin

Punto de ebullicin

Garanta de pureza

Identificacin de uncompuesto

Existen otros estados de agregacin de la materia ?

Aum

entoT


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Encouraged be Dr. V. Zepharowich (Prof. Of Mineralogy at Vienna). I

venture to ask you to investigate somewhat closer the physical isomerism of the two

enclosed substances. Both substances show such stricking and beautiful

phenomena that I can hopefully expect that thay will also interest you to a high

degree

The substance has two melting points if it can be expressed in such amanner. At 145 C it melts to a cloudy but fully liquid melt which at 178 C suddenly

becomescompletely clear.

Primer documento escrito en el que se describe un cristal lquido:Carta de Reinitzer (Botnico Austriaco) a Lehmann en el ao 1888


C 145C ? 178 C I

R


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On cooling a violet and blue colour phenomenon appears, which then

quickly diappears leaving the substance cloudy but still liquid. On further cooling the

violet and blue colouration appears again and immediately afterwards the substance

solidifies to a white crystalline mass. The cloudiness on cooling is caused by the star

shapedaggregate. On melting of the solid the cluodiness is caused not by crystals

but by a liquid which forms oily streaksin the melt.




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Qu entendemos por Cristal Lquido?Qu entendemos por Cristal Lquido?

Estado de la materia intermedio entre las fases slida y lquida.

Las partculas constituyentes (molculas) presentan una fasefluida (lquido) con orden orientacional, pero no posicional.A estas fases se les llama fase cristal lquido o mesofase.

Son fases uniformes (el estado cristal lquido es un estado nico)que comparten propiedades

del cristal: anisotropaydel lquido: fluidez

CUARTO ESTADO DE AGREGACIN DE LA MATERIA

POR EXTENSIN A LOS COMPUESTOS QUE PRESENTAN ESTAS FASESSE LES DENOMINA CRISTALES LQUIDOS


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orden posicionalorden orientacional

CRISTALLQUIDO

DISOLUCINISTROPOS

Anisotropa Fluidez

CRISTAL LQUIDO:CUARTO ESTADO DE AGREGACIN DE LA MATERIA

CRISTAL LQUIDO:

CUARTO ESTADO DE AGREGACIN DE LA MATERIA

movilidad

orden

CRISTAL LQUIDO

orden orientacional

AnisotropaFluidez


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LITROPOS

la MESOFASE se presenta en unadisolucin a concentraciones

y temperaturas definidas

TIPOS DE CRISTALES LQUIDOSTIPOS DE CRISTALES LQUIDOS

TERMTROPOS

la MESOFASE se presenta en uncompuesto puro o mezcla al calentar y/o

enfriar (por temperatura)

ANFTROPOSPresentan ambos tipos de comportamiento

Aplicaciones electropticas Aplicaciones biolgicas


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Por calefaccin del slido o enfriamiento a partir del lquido istropo

CRISTAL OSLIDO AMORFO

MESOFASES LQUIDOISTROPO

PF

PS

PA

C M1 I

Punto de AclaramientoPunto de Fusin

M2 M1 IC

Temperatura

Ener

ga

calentamiento

enfriamiento

Punto de SolidificacinM1 Mesofase EnantitropaM2 Mesofase Montropa

CRISTALES LQUIDOS TERMTROPOSCmo se obtiene la mesofase?CRISTALES LQUIDOS TERMTROPOS

Cmo se obtiene la mesofase?


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b

DISCTICOS

a

c

a = b >> c

OO

OO

O

O

a

CALAMTICOS

a = b


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MESOFASES CALAMTICAS AQUIRALESMESOFASES CALAMTICAS AQUIRALES

NEMTICA

N

n

ESMCTICAS

SmA SmC

n zn^z


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NEMTICA

ND

COLUMNARES

Colh Colr

MESOFASES DISCTICAS AQUIRALESMESOFASES DISCTICAS AQUIRALES


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COLESTRICA o N *

Ch(N*)

n^

pasode

hlicep

SmC*

ESMCTICA C QUIRAL

n^

MESOFASES CALAMTICAS

QUIRALES

MESOFASES CALAMTICAS

QUIRALESquiralidad formal: macroestructura helicoidal


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CRISTALES LQUIDOS LITROPOSCmo se obtiene la mesofase?CRISTALES LQUIDOS LITROPOS

Cmo se obtiene la mesofase?

La mesofase se obtiene por disolucin de uno o varios compuestos aunas concentraciones determinadas en un disolvente o en un sistema

de disolventes.Aparecen implicadas tres variables:- Nmero de componentes- Concentracin de cada uno de ellos- Temperatura

Tiene gran inters industrial:- Productos tensioactivos (Detergentes, ...)

- Polmeros industriales (Kevlar, ...)

Tiene gran inters en Biologa yBioqumica:

- Teoras sobre biomembranas y liposomas- Aparecen en numerosas estructuras celulares


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CRISTALES LQUIDOS LITROPOS

Modelos Moleculares

CRISTALES LQUIDOS LITROPOS

Modelos Moleculares

-O

O

Na+

Compuestos anfiflicos

miceladiscoidal

L(G)ND

NEMTICADISCTICA

LAMINAR

micela

cilndrica

NCHC

COLUMNAR

HEXAGONAL

NEMTICA

COLUMNAR


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POLMEROS CRISTAL LQUIDOPOLMEROS CRISTAL LQUIDO

MACROMOLCULAS QUE PRESENTAN FASE CRISTAL LQUIDOCmo conseguir polmeros cristal lquido?

O

O

O

C

N

cadena depolmero

espaciador

mesgeno

CADENA LATERAL

CADENA PRINCIPAL

C C

H

N

OH

N

O


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TCNICAS GENERALES DE CARACTERIZACIN DECRISTALES LQUIDOS

TCNICAS GENERALES DE CARACTERIZACIN DECRISTALES LQUIDOS

Microscopia ptica con platina calefactora

Mtodos calorimtricos

Difraccin de rayos X

Pruebas de miscibilidad


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Sin muestra No hay paso de luzNo desva el planode polarizacin

Muestraistropa No hay paso de luz

No desva el planode polarizacin

Muestrahometropa No hay paso de luz

No desva el planode polarizacin

Muestraanistropa

Hay paso de luzDesva el planode polarizacin

POLARIZADORES CRUZADOS

fuente de luz

polarizador

condensador

muestra de CL

colector

objetivo

analizador

ocular

MICROSCOPA PTICA CON LUZ POLARIZADAMICROSCOPA PTICA CON LUZ POLARIZADA


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TEXTURAS Y DEFECTOSTEXTURAS Y DEFECTOS

Textura: aspecto de una fina capa de cristal lquido observado por mediodel microscopio con luz polarizada.

Cada mesofase muestra unas texturas caractersticas cuando se observa en elmicroscopio de luz polarizada.

Si no existe una ordenacin forzada (elctrica, magntica o mecnicamente) lamesofase se ordena en microdominios.

Microdominios ordenadosMicrodominios ordenados

Los defectos estn estabilizados en lasparedes de los microdominios


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Cristal

Observacinde un CLN al

microscopio.Proceso de

calentamiento

Observacindeun CLN al

microscopio.Proceso de

calentamiento

A

umentotemperatura

sin polarizadores

Lquido istropo

sin polarizadores

N

polarizadores cruzados

N


N


N


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Observacin

de un CLN almicroscopio.Proceso de

enfriamiento

Observacin

de un CLNalmicroscopio.Proceso de

enfriamiento

Disminucin

temperatura

sin polarizadores polarizadores cruzados

Lquido istropopolarizadores cruzados

N


N

polarizadores cruzados sin polarizadores

CRISTAL


N


N


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ES POSIBLE CONTROLAR LA ORIENTACIN DELOS CRISTALES LQUIDOSES POSIBLE CONTROLAR LA ORIENTACIN DE

LOS CRISTALES LQUIDOS

Multidominios Monodominio

La aplicacin de fuerzasmecnicas, elctricas, magnticas, etc.permiteorientara los CLs ymodificar su orientacin

planar hometropa


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DISPOSITIVOS ELECTROPTICOSAplicaciones

DISPOSITIVOS ELECTROPTICOSAplicaciones


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VISUALIZADORES BASADOS EN CRISTALES LQUIDOS

(Displays)

VISUALIZADORES BASADOS EN CRISTALES LQUIDOS

(Displays)

Vidrio

Electrodo transparente (ITO)

Material de alineamiento (PI)

Polarizador

Polarizador

CRISTAL LQUIDO


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Un pixel de Cristal Lquido Twist AM-TFTUnUnpixelpixelde Cristal Lquidode Cristal LquidoTwistTwistAMAM--TFTTFT

ESTADO TRANSMISOR ESTADO NO TRANSMISOR

POLARIZADOR

VIDRIO

POLARIZADOR

VIDRIO

TRANSISTOR

CRISTAL

LQUIDONEMATICO


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Componentes de una Pantalla de CLComponentes de una Pantalla de CLComponentes de una Pantalla de CL

Retroiluminacin

Filtros deColor

Polarizador

Polarizador

Pantalladistribuidaen filas ycolumnas

Elementos pticos

de correccin


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APLICACIONES DE LOS CRISTALES LQUIDOS COLESTRICOSAPLICACIONES DE LOS CRISTALES LQUIDOS COLESTRICOS

REFLEXIN SELECTIVA DE LA LUZ

1) De luz polarizada circularmente

LPL LPCI

LPCD

2) De diferentes longitudes de onda

= nm p n = p cos

Posibilidad de reflejarluz de diferente variando

: longitud de onda reflejadanm : 1/2 (ne + no)p : paso de hlice

: ngulo de incidencian : nmero entero

n^

pasode

hlicep


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b) la presin Dispositivos acsticos:

deteccin de ultrasonidosDispositivos piezoelctricos

El paso de hlice (p) puede modificarse por accin de:

a) sustancias extraas Detectores de contaminacin

c) la temperatura TERMOINDICADORES

APLICACIONES DE LOS CRISTALES LQUIDOS COLESTRICOSAPLICACIONES DE LOS CRISTALES LQUIDOS COLESTRICOS

n^

pasode

hlicep


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Capa negra absorbente

Capa de cristal lquido Ch

Soporte de la capa

Cubierta

Luz incidente Luz reflejada

ESQUEMA DE UN TERMOINDICADORESQUEMA DE UN TERMOINDICADOR

Cuando la luz blanca incide sobre la lmina de cristal lquido, algunos colores sonreflejados mientras otros son transmitidos.La capa negra absorbe la luz que no se refleja para evitar nuevas reflexiones quepodran sumarse a la luz reflejada por el C.L.

Segn sea la longitud de onda del mximo de reflexin se observa un color u otro:550 nm: verde, 620 nm: anaranjado, 690 nm: rojo.Este mximo depende del paso de hlice (p)yp = f(T).

EXISTE, POR LO TANTO, UNA RELACIN DIRECTA ENTRE EL COLOR REFLEJADO

Y LA TEMPERATURA.


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Termmetro comercial de cristal lquido colestricoTermmetro comercial de cristal lquido colestrico

Las variaciones de temperatura favorecen el paso de luz visible por una regindeterminada de la lmina al variar el paso de hlice (p).

18C 24C

luz visible ( = n p)

luz blanca luz blanca


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DISPOSITIVOS ELECTROPTICOSDISPOSITIVOS ELECTROPTICOS

E = 0Orientacin de

las gotas nemticas

al azar.Dispersin de luz

E = 0Gotas orientadas.

Transparente

E

Cristales lquidos dispersos en polmeros


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DISPOSITIVOS ELECTROPTICOSDISPOSITIVOS ELECTROPTICOS

Cristales lquidos dispersos en polmeros. Aplicaciones

on

on off

off


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Aplicaciones

Principales caractersticas:- buena relacin resistencia/peso- alta rigidez- resistencia a la fatiga

-

Aeronutica y automocin-Navos-Equipos antibalas-Artculos deportivos

- raquetas de tenis

- palos de golf- caas de pescar

FIBRAS DE KEVLARCul es la relacin con los CRISTALES LQUIDOS?

FIBRAS DE KEVLARCul es la relacin con los CRISTALES LQUIDOS?


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CC

O

HN

O

HN

n

FIBRAS DE KEVLAR:PROVIENE DE UN POLMERO CRISTAL LQUIDO LITROPO


FASE NEMTICAEN CIDO SULFRICO

O

HNNH

O

O

NH

NH

O

MACROMOLCULA RGIDACON ALTA RELACIN L/D

Armada en el Amazonas

(Y. Arthus-Bertrand)


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Hilera

Hueco de aireDesorientacin parcial

Reorientacin

Orientacin

Eliminacin del disolventeen un bao acuoso

CC

O

HN

O

HN

n

FASE NEMTICAEN CIDO SULFRICO


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FIBRAS DE KEVLARFIBRAS DE KEVLAR

Fibra orientada

Espesor:2-3 nm

Anchura: 10-30 nm

Fibrilla:

0.5 mMicrofibrilla

Macrofibrilla5 m

Macrofibrilla5 m


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FIBRAS DE ALTAS PRESTACIONES:FIBRAS DE ALTAS PRESTACIONES:

70 140 210 280 350 420

1

2

3

4

5

Mdulo tensil especfico (MJ/kg)

Resist

enciatensiles

pecfica(MJ/k

g)

Aleacin Al

Nylon

Vidrio-SKevlar 29Vectran

Kevlar 49Spectra 900

PBZO

Fibra C ( P100)

Fibra C (M60J)

Spectra 1000

PBZTKevlar 149

Acero

N

S N

S

N

O O

N


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O O C

O

C

O

HN NH C

O

C

O

Polisteresmenores interacciones intermoleculares

se descomponeantes de fundir amesofase

PCLs DE CADENA PRINCIPAL TERMTROPOSPCLs DE CADENA PRINCIPAL TERMTROPOS


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C

O

O

C

O

C

O

O O

TA HQ HNA

0 20 40 60 80

% Mol de HNA

260

280

300

320

340360

Punto

defusin

(C

)

Nemtico

PCLs DE CADENA PRINCIPAL TERMTROPOS:

VECTRA (HOESCHT-CELANESE)

PCLs DE CADENA PRINCIPAL TERMTROPOS:

VECTRA (HOESCHT-CELANESE)


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Aplicaciones: ALMACENAMIENTO PTICO DE INFORMACIN

Se buscan: Sistemas de almacenamiento de datos de grancapacidad, con un acceso rpido a la informacin y con unreducido coste

ALMACENAMIENTO DIGITALALMACENAMIENTO DIGITAL


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Aplicaciones: ALMACENAMIENTO PTICO DE INFORMACIN

Almacenamiento digital (Gb)(bits: unos y ceros)Cambios locales de las

propiedades en unasuperficie

Almacenamiento HOLOGRFICO (Tb)

materiales ?

fotopolmeros

fotocrmicos

http://www.inphase-technologies.com

fotorrefractivos

ALMACENAMIENTO DIGITALALMACENAMIENTO DIGITAL


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O

O

(CH2)n O NN X

Qu puede aportar la capacdad auto-organizativa

de la fase cristal lquido enSISTEMAS DE ALMACENAMIENTO PTICO?

Qu puede aportar la capacdad auto-organizativade la fase cristal lquido en

SISTEMAS DE ALMACENAMIENTO PTICO?

POLMEROS FOTODIRECCIONABLES CL DECADENA LATERAL

grupos fotocrmicosAZOBENCENO

SISTEMAS DE ALMACENAMIENTO HOLOGRFICO


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Cul es el orign de la modulacin de ndices en la red ?

(en la grabacin en el azul el esquema sera similar con orientacin perpendicular)

SISTEMAS DE ALMACENAMIENTO HOLOGRFICOSISTEMAS DE ALMACENAMIENTO HOLOGRFICO

MS APLICACIONES DE LOS CRISTALES LQUIDOS?


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MS APLICACIONES DE LOS CRISTALES LQUIDOS?MS APLICACIONES DE LOS CRISTALES LQUIDOS?


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MUCHAS GRACIAS POR SU ATENCIN


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MUCHAS GRACIAS POR SU ATENCIN


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