La diferència clau entre els cristalls líquids nemàtics esmèctics i colestèrics és la seva estructura. Els cristalls líquids nemàtics no tenen una estructura ordenada de molècules, i els cristalls líquids esmèctics tenen una estructura molecular en capes, mentre que els cristalls líquids colestèrics tenen les molècules en una disposició quiral i retorçada.
El terme cristalls líquids es pot definir com una fase de la matèria que té propietats entre les propietats dels líquids convencionals i dels cristalls sòlids. Per exemple, un cristall líquid pot fluir com un líquid, però les molècules del cristall líquid tendeixen a estar orientades en una naturalesa semblant a un cristall. Hi ha tres fases principals en què es poden produir els cristalls líquids: cristalls líquids termotròpics, cristalls líquids liotròpics i cristalls líquids metal·lotròpics. També hi ha diversos tipus de cristalls líquids termotròpics. Aquests tipus inclouen cristalls nemàtics, cristalls esmèctics, fase quiral o nemàtica retorçada, fase discòtica i fases còniques.
Què són els cristalls líquids nemàtics?
Els cristalls líquids nemàtics són un dels tipus més comuns de cristalls líquids. El terme "nemàtic" prové d'un origen grec on té el significat de "fil". Això es deu al fet que aquest terme es va originar a partir dels defectes topològics que apareixen com a fils. Normalment, aquests defectes topològics en nemàtica s'anomenen disclinacions. A més, els nemàtics tendeixen a mostrar un tipus de defecte conegut com a defectes topològics "eriçó".
Típicament, la fase nemàtica té molècules orgàniques calamítiques o en forma de vareta que no tenen ordre posicional. Però aquestes molècules tendeixen a auto-alinear-se per tenir un ordre direccional de llarg abast amb eixos llargs que són aproximadament paral·lels entre si. Per tant, les molècules d'aquesta fase són lliures de fluir, i el centre de massa d'aquestes molècules tendeix a distribuir-se aleatòriament, com un líquid. Tanmateix, aquestes molècules tendeixen a mantenir l'ordre direccional de llarg abast similar a una fase sòlida.
La majoria de les fases nemàtiques són uniaxials. Això significa que aquestes molècules tenen un eix (s'anomena "directrix") que és llarg. Aquest és l'eix preferit, i els altres dos eixos són equivalents entre si, i els podem aproximar com a cilindres o varetes. A més, hi pot haver nemàtiques biaxials que no només tinguin una orientació similar en el seu eix llarg, sinó que també tendeixen a orientar-se al llarg d'un eix secundari.
Les molècules de la fase nemàtica mostren una fluïdesa similar a la fluïdesa d'un líquid isòtrop normal. Tanmateix, podem alinear fàcilment les molècules en aquesta fase mitjançant l'aplicació d'un camp magnètic o elèctric extern. Quan aquestes molècules s'alineen en un ordre, la fase nemàtica mostra propietats òptiques dels cristalls uniaxials i, per tant, aquestes fases són molt útils en pantalles de cristall líquid.
Què són els cristalls líquids esmectics?
Els cristalls líquids esmèctics són un tipus de cristalls líquids que tenen capes ben definides de molècules que poden lliscar les unes sobre les altres. Aquest comportament és similar als efectes de lliscament que dóna el sabó. A més, els cristalls líquids esmèctics es produeixen a temperatures inferiors a les dels cristalls líquids nemàtics. El terme smectic prové de la paraula llatina “smectius” que significa “neteja”; en altres paraules, significa la presència de propietats semblants al sabó. Per tant, la fase esmèctica es col·loca en ordre en una direcció.
Figura 01: fase esmèctica A a l'esquerra i fase esmèctica C a la dreta
Podem observar dues fases esmèctiques diferents com la fase esmèctica A i la fase esmèctica C. La fase esmèctica A té les molècules orientades juntament amb la capa normal, mentre que l'esmèctica C té les seves molècules inclinades lluny d'ella. A més, aquest tipus de fase apareix com un líquid dins de les capes. Tanmateix, hi pot haver molts tipus diferents de fases esmèctiques que són diferents entre si segons el tipus i el grau d'ordre posicional i orientatiu.
Què són els cristalls líquids colestèrics?
Els cristalls líquids de colesterol són un tipus de cristalls líquids formats només per molècules quirals. Aquest tipus de fase mostra quiralitat. Sovint, anomenem aquesta fase fase quiral o fase nemàtica retorçada per la seva quiralitat. El terme colestèric prové de la seva primera observació on aquesta fase de la matèria va aparèixer per primera vegada en els derivats del colesterol. Podem observar aquest tipus de fase que presenta una torsió de les molècules, que són perpendiculars al director on l'eix molecular és paral·lel al director.
Figura 02: Fase colestèrica
Hi ha un angle de gir finit entre les molècules adjacents en aquesta fase a causa de l'empaquetament asimètric de les molècules. Aquest tipus d'embalatge provoca un ordre quiral d'abast més llarg. Normalment, definim el to quiral o "p" pel que fa a les propietats dels cristalls líquids colestèrics on es refereix a la distància a la qual les molècules de cristall líquid experimenten un gir de cercle complet (gir de 360 graus).
Quina diferència hi ha entre els cristalls líquids nemàtics esmectics i colestèrics?
Les fases nemàtica, esmèctica i colestèrica són tres fases diferents de la matèria que es troben sota els cristalls líquids termotròpics. La diferència clau entre els cristalls líquids nemàtics esmectics i colestèrics és que els cristalls líquids nemàtics no tenen una estructura ordenada de molècules, i els cristalls líquids esmèctics tenen una estructura molecular en capes, mentre que els cristalls líquids colestèrics tenen molècules en una disposició retorçada i quiral.
A continuació es mostra un resum de la diferència entre els cristalls líquids nemàtics esmèctics i colestèrics en forma tabular.
Resum: Nematic Smectic vs Colesteric Liquid Crystals
Les fases nemàtica, esmèctica i colestèrica són tres fases diferents de la matèria que es troben sota els cristalls líquids termotròpics. La diferència clau entre els cristalls líquids nemàtics, esmèctics i colestèrics és que els cristalls líquids nemàtics no tenen una estructura ordenada de molècules, i els cristalls líquids esmèctics tenen una estructura molecular en capes, mentre que els cristalls líquids colestèrics tenen les molècules en una disposició quiral i retorçada..
