» » Nowe trendy w zastosowaniach ciekłych kryształów

Nowe trendy w zastosowaniach ciekłych kryształów

wpis w: Aktualności | 0

Cie­kło­kry­sta­licz­ne wyświe­tla­cze w tele­wi­zo­rach i kom­pu­te­rach to już codzien­ność. Nowe zasto­so­wa­nia cie­kłych krysz­ta­łów cią­gle poszu­ki­wa­ne są przez naukow­ców. Pro­ble­ma­ty­ką tą zaj­mu­je się od wie­lu lat zespół badaw­czy Wydzia­łu Nowych Tech­no­lo­gii i Che­mii WAT, 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, obej­mu­ją­cych nie tyl­ko Pol­skę, ale rów­nież tery­to­rium Sta­nów Zjed­no­czo­nych i Unii Euro­pej­skiej. W obsza­rze nauko­wych zain­te­re­so­wań zespo­łu 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 były i są reali­zo­wa­ne w Insty­tu­cie Che­mii w ramach dwóch pro­jek­tów Naro­do­we­go Cen­trum Nauki, kie­ro­wa­nych przez dr. inż. Micha­ła Czer­wiń­skie­go.

Czym są związki ciekłokrystaliczne?

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” – wyja­śnia dr inż. Czer­wiń­ski. Moż­li­wość zmia­ny orien­ta­cji czą­ste­czek wyko­rzy­stu­je się mię­dzy inny­mi w wyświe­tla­czach tele­wi­zo­rów czy tele­fo­nów komór­ko­wych. Są one przy­kła­dem naj­pow­szech­niej­sze­go zasto­so­wa­nia cie­kłych krysz­ta­łów. „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. Bada­nia­mi nad mie­sza­ni­na­mi cie­kło­kry­sta­licz­ny­mi do tych zasto­so­wań kie­ro­wał płk dr hab. inż. Prze­my­sław Kula w ramach pro­jek­tu NCN pt. Nowe mate­ria­ły cie­kło­kry­sta­licz­ne o niskiej absorp­cji w zakre­sie pro­mie­nio­wa­nia pod­czer­wo­ne­go (NIR oraz MWIR) oraz obec­nie kie­ru­je dr inż. Jakub Her­man w ramach pro­jek­tu NCBR pt. Opra­co­wa­nie uni­kal­ne­go prze­stra­jal­ne­go medium optycz­ne­go dla bez­piecz­nej łącz­no­ści świa­tło­wo­do­wej” – doda­je dr inż. Czer­wiń­ski. Stan cie­kło­kry­sta­licz­ny może być rów­nież wyko­rzy­sty­wa­ny np. jako doda­tek do farb, emul­sji czy foli poli­me­ro­wych, któ­ry powo­du­je zmia­nę kolo­ru pod wpły­wem tem­pe­ra­tu­ry.

Smektyczne związki ciekłokrystaliczne

Celem kie­ro­wa­ne­go przez dr. inż. Micha­ła Czer­wiń­skie­go pro­jek­tu w ramach kon­kur­su „Pre­lu­dium” Naro­do­we­go Cen­trum Nauki 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” – mówi dr inż. Czer­wiń­ski. Dzię­ki pro­wa­dzo­nym bada­niom moż­li­we było pozna­nie natu­ry zja­wi­ska zmia­ny skręt­no­ści heli­sy oraz wyja­śnie­nie doświad­czal­nie i wstęp­nie teo­re­tycz­nie jej przy­czyn. Tytuł reali­zo­wa­ne­go pro­jek­tu to: „Orto­ko­nicz­ne anty­fer­ro­elek­trycz­ne mate­ria­ły cie­kło­kry­sta­licz­ne o dłu­gim sko­ku heli­sy”.

Nowe materiały z lepszymi właściwościami

W ramach przy­zna­ne­go przez NCN pro­jek­tu w kon­kur­sie „Sona­ta”, w Insty­tu­cie Che­mii WAT powsta­ją mate­ria­ły kom­po­zy­to­we skła­da­ją­ce się z opi­sa­nych wyżej cie­kło­kry­sta­licz­nych mate­ria­łów smek­tycz­nych z utwo­rzo­ną w nich sie­cią poli­me­ro­wą i dodat­kiem związ­ków o kształ­cie wygię­tym. „Mate­ria­ły te 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” – mówi kie­row­nik pro­jek­tu. Bada­nia powin­ny pozwo­lić na opra­co­wa­nie nowych mate­ria­łów z ulep­szo­ny­mi wła­ści­wo­ścia­mi (szcze­gól­nie z syme­trycz­ny­mi cza­sa­mi prze­łą­cza­nia i dużym kon­tra­stem) dopa­so­wa­ny­mi do nowo­cze­snych, tech­no­lo­gicz­nych potrzeb. Tytuł pro­jek­tu to: „Anty­fer­ro­elek­trycz­ne mate­ria­ły cie­kło­kry­sta­licz­ne do modu­la­to­rów optycz­nych z sub­mi­li­se­kun­do­wy­mi syme­trycz­ny­mi cza­sa­mi prze­łą­cza­nia”.

Od badań podstawowych do konkretnych zastosowań

W pra­cy naukow­ca nie zawsze od razu widać efek­ty, czę­sto nowo syn­te­zo­wa­ne związ­ki znaj­du­ją zasto­so­wa­nie dopie­ro po paru latach. Dr inż. Michał Czer­wiń­ski może jed­nak pochwa­lić się real­ną apli­ka­cją pro­wa­dzo­nych przez sie­bie badań. Wraz z człon­ka­mi swo­je­go zespo­łu 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”. Dr Czer­wiń­ski w ramach pro­jek­tu 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
fot. Mag­da­le­na Wiśniew­ska-Kra­siń­ska