Kľúčový rozdiel medzi nematickými smektickými a cholesterickými tekutými kryštálmi je ich štruktúra. Nematické tekuté kryštály nemajú usporiadanú štruktúru molekúl a smektické tekuté kryštály majú vrstvenú molekulárnu štruktúru, zatiaľ čo cholesterické tekuté kryštály majú molekuly v skrútenom a chirálnom usporiadaní.
Pojem tekuté kryštály možno definovať ako fázu hmoty, ktorá má vlastnosti medzi vlastnosťami bežných kvapalín a tuhých kryštálov. Napríklad tekutý kryštál môže tiecť ako kvapalina, ale molekuly tekutého kryštálu majú tendenciu byť orientované kryštálovo. Existujú tri hlavné fázy, v ktorých sa môžu tekuté kryštály vyskytovať: termotropné tekuté kryštály, lyotropné tekuté kryštály a metalotropné tekuté kryštály. Existuje tiež niekoľko typov termotropných tekutých kryštálov. Tieto typy zahŕňajú nematické kryštály, smektické kryštály, chirálnu fázu alebo skrútené nematické kryštály, diskotickú fázu a kužeľové fázy.
Čo sú nematické tekuté kryštály?
Nematické tekuté kryštály sú jedným z najbežnejších typov tekutých kryštálov. Výraz „nematic“pochádza z gréckeho pôvodu, kde má význam „niť“. Je to preto, že tento výraz vznikol z topologických defektov, ktoré sa javia ako vlákna. Normálne sa tieto topologické defekty v nematice nazývajú disklinácie. Navyše nematika má tendenciu vykazovať typ defektu známeho ako „ježko“topologické defekty.
Nematická fáza má zvyčajne kalamitické alebo tyčinkovité organické molekuly, ktoré nemajú žiadne pozičné usporiadanie. Ale tieto molekuly majú tendenciu sa zarovnávať, aby mali smerový poriadok na veľké vzdialenosti s dlhými osami, ktoré sú zhruba navzájom rovnobežné. Preto molekuly v tejto fáze voľne prúdia a ťažisko týchto molekúl má tendenciu sa náhodne distribuovať, podobne ako kvapalina. Tieto molekuly však majú tendenciu udržiavať smerové usporiadanie na veľké vzdialenosti podobné pevnej fáze.
Nematické fázy sú väčšinou jednoosové. To znamená, že tieto molekuly majú jednu os (nazýva sa to „directrix“), ktorá je dlhá. Toto je preferovaná os a ďalšie dve osi sú si navzájom ekvivalentné a môžeme ich aproximovať ako valce alebo tyče. Okrem toho môžu existovať biaxiálne nematice, ktoré majú nielen podobnú orientáciu na svojej dlhej osi, ale tiež majú tendenciu orientovať sa pozdĺž sekundárnej osi.
Molekuly nematickej fázy vykazujú tekutosť, ktorá je podobná tekutosti v bežnej izotropnej kvapaline. Molekuly v tejto fáze však môžeme ľahko zarovnať pomocou vonkajšieho magnetického alebo elektrického poľa. Keď sú tieto molekuly zarovnané do poradia, nematická fáza vykazuje optické vlastnosti jednoosových kryštálov, a preto sú tieto fázy veľmi užitočné v displejoch z tekutých kryštálov.
Čo sú smektické tekuté kryštály?
Smektické tekuté kryštály sú typom tekutých kryštálov, ktoré majú dobre definované vrstvy molekúl, ktoré sú schopné kĺzať jedna cez druhú. Toto správanie je podobné kĺzavým efektom, ktoré poskytuje mydlo. Okrem toho sa smektické tekuté kryštály vyskytujú pri teplotách nižších ako teploty nematických tekutých kryštálov. Termín smektický pochádza z latinského slova „smectius“, čo znamená „čistenie“; inými slovami znamená prítomnosť vlastností podobných mydlu. Preto je smektická fáza umiestnená v poradí v jednom smere.
Obrázok 01: Smektická fáza A vľavo a smektická fáza C vpravo
Môžeme pozorovať dve rôzne smektické fázy ako smektickú fázu A a smektickú fázu C. Smektická fáza A má molekuly orientované spolu s normálnou vrstvou, zatiaľ čo smektická C má molekuly odklonené od nej. Okrem toho sa tento typ fázy javí ako kvapalina vo vrstvách. Môže však existovať veľa rôznych typov smektických fáz, ktoré sa navzájom líšia podľa typu a stupňa polohového a orientačného poradia.
Čo sú to tekuté kryštály cholesterolu?
Cholesterické tekuté kryštály sú typom tekutých kryštálov vyrobených iba z chirálnych molekúl. Tento typ fázy vykazuje chiralitu. Často túto fázu nazývame chirálna fáza alebo skrútená nematická fáza kvôli jej chiralite. Termín cholesterický pochádza z jeho prvého pozorovania, kde sa táto fáza hmoty prvýkrát objavila v derivátoch cholesterolu. Môžeme pozorovať, že tento typ fázy vykazuje krútenie molekúl, ktoré sú kolmé na smerovač, pričom os molekúl je rovnobežná s riaditeľom.
Obrázok 02: Cholesterická fáza
V tejto fáze je medzi susednými molekulami konečný uhol natočenia kvôli asymetrickému zhlukovaniu molekúl. Tento typ balenia spôsobuje chirálne usporiadanie s dlhším dosahom. Zvyčajne definujeme chirálnu výšku tónu alebo „p“vzhľadom na vlastnosti cholesterických tekutých kryštálov, kde sa vzťahuje na vzdialenosť, na ktorú sa molekuly tekutých kryštálov otočia v celom kruhu (360-stupňové otočenie).
Aký je rozdiel medzi nematickými smektickými a cholesterickými tekutými kryštálmi?
Nematické, smektické a cholesterické fázy sú tri rôzne fázy hmoty, ktoré spadajú pod termotropné tekuté kryštály. Kľúčový rozdiel medzi nematickými smektickými a cholesterickými tekutými kryštálmi je v tom, že nematické tekuté kryštály nemajú usporiadanú štruktúru molekúl a smektické tekuté kryštály majú vrstvenú molekulárnu štruktúru, zatiaľ čo cholesterické tekuté kryštály majú molekuly v skrútenom a chirálnom usporiadaní.
Nižšie je zhrnutie rozdielu medzi nematickými smektickými a cholesterickými tekutými kryštálmi v tabuľkovej forme.
Zhrnutie – Nematic Smectic vs Cholesteric Liquid Crystals
Nematické, smektické a cholesterické fázy sú tri rôzne fázy hmoty, ktoré spadajú pod termotropné tekuté kryštály. Kľúčový rozdiel medzi nematickými, smektickými a cholesterickými tekutými kryštálmi je v tom, že nematické tekuté kryštály nemajú usporiadanú štruktúru molekúl a smektické tekuté kryštály majú vrstvenú molekulárnu štruktúru, zatiaľ čo cholesterické tekuté kryštály majú molekuly v skrútenom a chirálnom usporiadaní.
