Cristais líquidos: Um estado híbrido da matéria

Aplicações tecnológicas

A maior parte das aplicações tecnológicas dos cristais líquidos situa-se no campo dos mostradores. Destes, quase todos se baseiam no efeito de nemático torcido (twisted nematic effect), descoberto por Fergason (nos Estados Unidos) e por Schadt e Helfrich (na Suíça) nos princípios da década de 1970.

Mostradores de relógio

O cristal líquido está contido no painel entre duas placas de vidro. Por baixo da placa superior, sete segmentos de eléctrodo transparente estão dispostos em forma de um oito. Outro eléctrodo transparente cobre todo o vidro inferior. Os sete segmentos de eléctrodo podem ser escurecidos em combinações que formam qualquer algarismo de 0 a 9. Os segmentos escurecidos são aqueles a que foi aplicada tensão eléctrica.

Quando nada aparece no mostrador:

1. Luz incidente.
2. Polarizador que só se deixa atravessar pelas ondas de luz que oscilam paralelamente ao eixo de polarização
3. Placa de vidro superior.
4. Eléctrodo transparente.
5. Moléculas de cristal líquido dispostas paralelamente às placas de vidro e descrevendo uma espiral que roda 90°. A polarização da luz que atravessa o cristal líquido acompanha a direcção das moléculas, rodando também 90°. É este o efeito de nemático torcido de que se falou atrás.
6. Eléctrodo transparente.
7. Placa de vidro inferior.
8. Polarizador com o seu eixo de polarização a 90° do do superior para deixar passar a luz rodada de 90°.
9. O espelho reflecte a luz através do painel, dando-lhe por isso uma aparência clara.

Quando algo aparece no mostrador:

1. Luz incidente.
2. Polarizador que só se deixa atravessar pelas ondas de luz que oscilam paralelamente ao eixo de polarização
3. Placa de vidro superior.
4. Eléctrodo transparente.
5. Moléculas de cristal líquido reorientadas, alinhando-se segundo o campo eléctrico produzido pela a aplicação de tensão ao segmento de eléctrodo: ficam perpendiculares às placas de vidro.
6. Eléctrodo transparente.
7. Placa de vidro inferior.
8. A polarização da luz não se altera ao atravessar o cristal líquido e, portanto, não pode atravessar o polarizador a 90° do primeiro situado por baixo da placa inferior.
9. O espelho não recebe luz através do segmentos aos quais foi aplicada tensão eléctrica. Estes segmentos surgem a preto no mostrador.

Écrans de computador e de televisão

O funcionamento dos écrans de computador e de televisão é bastante semelhante ao dos mostradores dos relógios de pulso (também se baseia no efeito de nemático torcido). As duas principais diferenças são:

1. a luz vem de detrás do écran (retroiluminação),
2. o écran encontra-se coberto por um mosaico de rectângulos coloridos, com as três cores fundamentais, sendo a combinação destas que forma todas as outras cores.

Janelas inteligentes

As janelas inteligentes são constituídas por cinco camadas: vidro, eléctrodo, cristal líquido, eléctrodo e vidro.

Quando não está aplicado nenhum campo eléctrico (o interruptor está desligado), a direcção de alinhamento preferencial das moléculas do cristal líquido (o seu director) varia de ponto para ponto. Como o índice de refracção do cristal líquido depende da orientação relativa do director e da luz incidente, a luz vai ser deflectida diferentemente em cada ponto e a janela tem uma aparência translúcida, como é o caso do painel do centro da imagem em cima, à direita.

Quando está aplicado um campo eléctrico (o interruptor está ligado), as moléculas alinham-se todas na direcção do campo eléctrico, logo o director (e, portanto, o índice de refracção) é o mesmo em toda a parte. Como a luz incidente é deflectida por igual em todos os pontos da janela, esta aparece transparente, como é o caso dos paiéis esquerdo e direito da imagem em cima, à direita.

Termómetros e anéis de humor

Os cristais líquidos na fase colestérica são aplicados no fabrico de termómetros e de anéis de humor. Nestes cristais líquidos as moléculas estão dispostas em hélice e a cor destes depende de quão apertada é a hélice...