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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
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.
Primer documento escrito en el que se describe un cristal lquido:Carta de Reinitzer (Botnico Austriaco) a Lehmann en el ao 1888
Primer documento escrito en el que se describe un cristal lquido:Carta de Reinitzer (Botnico Austriaco) a Lehmann en el ao 1888
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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
polarizadores cruzados
N
polarizadores cruzados
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
polarizadores cruzados
N
polarizadores cruzados sin polarizadores
CRISTAL
polarizadores cruzados
N
polarizadores cruzados
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
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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FIBRAS DE KEVLAR:PROVIENE DE UN POLMERO CRISTAL LQUIDO LITROPO
FIBRAS DE KEVLAR:PROVIENE DE UN POLMERO CRISTAL LQUIDO LITROPO
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
7/29/2019 Cristal Es Liquid Os
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MUCHAS GRACIAS POR SU ATENCIN
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