Cristais Líquidos Fenomenologia Propriedades Síntese Prof. Dr. Aloir A. Merlo Instituto de Química-UFRGS
���� Cristais Líquidos
���� Fenomenologia
���� Propriedades
���� Síntese
Prof. Dr. Aloir A. Merlo
Instituto de Química-UFRGS
���� Cristais Líquidos
Merlo - Toledo-2008
Histórico
Friedrich Reinitzer Otto Lehmann
���� Cristais Líquidos
Merlo - Toledo-2008
���� Cristais Líquidos
Merlo - Toledo-2008
Em 1922 Georges Friedel publica um trabalho em que descreve as diferentes fases de um cristal líquido. Aparece então a classificação dos cristais líquidos como nemáticos, esméticos ou colestéricos. Friedel explica igualmente a razão pela existência de linhas na observação de cristais líquidos em microscopia polarizante, sendo estas correspondentes a bruscas variações da orientação das moléculas. Também pela observação destas linhas, conclui que para o caso de cristais líquidos esméticos existe uma estrutura de camadas. É pela primeira vez observada a orientação provocada por um campo eléctrico num cristal líquido.
���� Cristais Líquidos
Merlo - Toledo-2008
1888 - Cristais Líquidos - Frederich Reinitzer e Otto Lehmann na virada do século XXI.1922 – Trabalho sistemático de Georges Friedel
1958 - Chemical Reviews sobre CL por G. H. Brown é o ressurgimento do tema.
1965 - Primeira conferência internacional sobre Cristal Líquido em Kent, Ohio; 2ª/68.1967 - Display de CLNT é construída. Patenteada em 1971. Com profundo impacto no
setor de eletroeletrônica.
1970s - Década do uso em larga escala de mostradores de CLN em diversos itens de consumo. Surgem também CLF - uma nova série de CL.
1980s - "Supertwist" (STN) e matriz ativa aparecem em monitores, TV e laptops. 1990s - Uso em grandes companhias da tecnologia de displays de Cristais Líquidos
1991 - Pierre-Gilles de Gennes - College de France foi agraciado pelo Nobel Prize.Futuro - Informações mais rápidas totalmente acessível via imagens digitalizada em
qualquer lugar e em qualquer tempo. Material eletrônico substituirá as versões
impressas com forte impacto em custos e ambiental.
Histórico
���� Cristais Líquidos
Merlo - Toledo-2008
Instrumentação Analítica
Sistema de Microscopia-LP
Sistema de Vídeo
Sistema deFotografia
Mini-controlador de Aquecimento
Controle de aquecimento
Forno de aquecimento
���� Cristais Líquidos
Merlo - Toledo-2008
O
O
C 146 N* 178 I
Benzoato de Colesterila
1888 - Friedrich Reinitzer - Dupla Fusão
Otto Lehmann - Microscopia Óptica
� Termo Líquido-Cristalino ou Cristal Líquido
���� Cristais Líquidos
Merlo - Toledo-2008
� Características estruturais e eletrônicas
~ 25 a 40 Å
~ 5Å
� Polaridade e Polarizabilidade
N
C10H21O
O
O
DOBAMBC
���� Cristais Líquidos
Merlo - Toledo-2008
Parâmetro de Ordem - Variável em CL relacionado com o alinhamento molecular com respeito ao diretor.
<> Indica um valor médio dependente de T, e θ é o ângulo entre cada molécula e o diretor. Propriedade macroscópica e escalar que define a orientação média das moléculas no estado líquido-cristalino relativo ao diretor da fase (n). Assim, Quanto maior é o valor de S, maior é grau de ordem da fase.
Sólido S=1, Isotrópico S=0, Mesofase 0<S<1
S = 1/2 ⟨⟨⟨⟨ 3 cos2 θθθθ - 1 ⟩⟩⟩⟩
���� Cristais Líquidos
Merlo - Toledo-2008
� Diretor ( n ) - Propriedades do meio
� Ordem Posicional e Orientacional
���� Cristais Líquidos
Merlo - Toledo-2008
���� Cristais Líquidos
Merlo - Toledo-2008
Ordenamento Molecular nas diferentes fases da matéria.
���� Cristais Líquidos
Merlo - Toledo-2008
Visualização do comportamento L-C em diferentes escalas
���� Cristais Líquidos
Merlo - Toledo-2008
Texturas observadas via Microscopia
Um par de defeito de ponto natextura Schlieren - 4 dobras
Cruz de Malta
���� Cristais Líquidos
Merlo - Toledo-2008
Texturas observadas via Microscopia
Linhas de Descontinuidades da
textura Schlieren - 4 dobras
���� Cristais Líquidos
Merlo - Toledo-2008
Homeotrópico
Mesofase Esmética A.Regiões homeotrópicas (pretas).
Regiões focal cônica.
���� Cristais Líquidos
Merlo - Toledo-2008
Homeotrópico
����
Schlieren
Focal cônica
Sa ���� Sc
Resfriamento da mesofaseSa para Sc.
���� Cristais Líquidos
Merlo - Toledo-2008
Bastonetes
Fan-Focal
cônica
(leque)
Mesofase Sa Fan-focal cônica.
���� Cristais Líquidos
Merlo - Toledo-2008
Luz e Cristais Líquidos
Fenômeno da polarização da Luz
• Fotografias
• Óculos Solar
• Relógios
• Laptops
���� Cristais Líquidos
Merlo - Toledo-2008
Topologia Molecular Linear
Bastão � Rod-like
Posições moleculares aleatórias-Líquido.
Orientações Moleculares controladas num padrão repetitivo � Ordem
Dualidade das Propriedades
Sólido: Birrefringência, 3D
Líquido: Tensão Superficial, Fluidez
Diretor da Fase (n)
���� Cristais Líquidos
Merlo - Toledo-2008
Luz naturalnão polarizada
Luz Polarizada
Dispositivos de polarização“Filtros”
���� Cristais Líquidos
Merlo - Toledo-2008
Componentes daLuz Natural
Planos da Luz natural e anteparos - Filtros
���� Cristais Líquidos
Merlo - Toledo-2008
Esquema de Nemático Torcido (Schadt, Helfrich e Fergason, 1971).
Nesta arquiquetura, o CL está confinado entre dois polarizadores.
Birrefringência é controlada eletricamente.
Mostradores de Nemático Torcido
���� Cristais Líquidos
Merlo - Toledo-2008
Twisted Nematic Liquid Crystal Cells
���� Cristais Líquidos
Merlo - Toledo-2008
Mostrador ou Display
���� Cristais Líquidos
Merlo - Toledo-2008
Mostrador ou Display
���� Cristais Líquidos
Merlo - Toledo-2008
Viscosidade Rotacional
���� Cristais Líquidos
Merlo - Toledo-2008
���� Cristais Líquidos
Merlo - Toledo-2008
Física dos Cristais Líquidos
���� Deformações elásticas K11 - K22 - K33���� Função da sua energia livre. A densidade de energia
livre F é obtida a partir do estado liquido-cristalino deformado e não-deformado.
Splay Twist Bend
Afunilamento Torção Flexão
���� Cristais Líquidos
Merlo - Toledo-2008
Mostrador ou Display
���� Cristais Líquidos
Merlo - Toledo-2008
Mostrador ou Display
���� Cristais Líquidos
Merlo - Toledo-2008
Mostrador ou Display
���� Cristais Líquidos
Merlo - Toledo-2008
Amarelo
MagentaCiano
Vermelho
AzulVerde
���� Cristais Líquidos
Merlo - Toledo-2008
Mostrador ou Display
���� Cristais Líquidos
Merlo - Toledo-2008
Mostrador ou Display
���� Cristais Líquidos
Merlo - Toledo-2008
Mostrador ou Display
���� Cristais Líquidos
Merlo - Toledo-2008
Design arrojado; Preço e versatilidade
Economia de Espaço; Efeito Flicker - cintilação
Consumo de 60% menos em energia 40W/hora
���� Cristais Líquidos
Merlo - Toledo-2008
Efeitos de Superfície - Ancoramento
���� Comportamento molecular do CL com relação àsuperfície.
���� Alinhamento molecular perpendicular e paralelo
Radial Axial Bipolar Concêntrica
Configuração
Perpendicular
Configuração
Paralela
���� Cristais Líquidos
Merlo - Toledo-2008
Polymer Dispersed Liquid Crystals - PDLC
• 1983 - Kent State University.
• Janelas de transparência variável e sistemas de projeção de imagens.
• Princípio - Controle elétrico da Birrefringência na mesofase nemática.
• Célula - gota de CL nemática dispersa numa matriz polimérica sólida, isótropo e transparente (resina epóxi) Efeitos de contornos.
• Mostrador - película de 25µm; Gota - ~ 1.0 µm.
���� Cristais Líquidos
Merlo - Toledo-2008
Polymer Dispersed Liquid Crystals - PDLC
“On”Ligado
“Off”
Desligado
Janelas de transparência variável
“Switchable Windows”
Mostrador de Cristal Líquido
���� Cristais Líquidos
Merlo - Toledo-2008
Display - PDLC
IoLuz
Espalhada Io
V
Estado DesligadoOpaco
Estado LigadoTransparente
Luz Transmitida
���� Cristais Líquidos
Merlo - Toledo-2008
Ely F. et al, Química Nova, 2007, 30, 1776“Cholesteric Liquid Crystals: Chirality shows its colors”
���� Cristais Líquidos
Merlo - Toledo-2008
Ely F. et al, Química Nova, 2007, 30, 1776“Cholesteric Liquid Crystals: Chirality shows its colors”
���� Cristais Líquidos
Merlo - Toledo-2008
Gel Liquido-Cristalino
Nature, 2004, 3, 139
���� Cristais Líquidos
Merlo - Toledo-2008
Nature, 2004, 3, 177
���� Cristais Líquidos
Merlo - Toledo-2008J. Mater. Chem. 2002, 12, 2197.
���� Cristais Líquidos
Merlo - Toledo-2008
nn
P
P
P
P
P
n
n
n
n
nP
A
S
S
O
D
A
H
É
L
I
C
E
C2
z
x
y
P = Px
Py
Pz
-
-
0
Py
0
Px
Py
Pz
C2Px
Py
PzP =
Estrutura Helicoidal na Sc
Operação de Simetria na Sc*
���� Cristais Líquidos
Merlo - Toledo-2008
Quiralidade e ferroelectricidade
���� Cristais Líquidos
Merlo - Toledo-2008
O O
O O
NN
ORRO
Compostos Bananas
���� Cristais Líquidos
Merlo - Toledo-2008
���� Cristais Líquidos
Merlo - Toledo-2008
���� Cristais Líquidos
Merlo - Toledo-2008
���� Cristais Líquidos
Merlo - Toledo-2008
Notícias Culturais
8π
R
R1
H
H
R
R1
H
6π
R
R1
Möbius
Hückel
H
b
a
H
b
a
Migração Suprafacial
a
b
a
b
H
.
..... . .
.....
. .
.
.. . .
H
.
..... . .
...
. .. . . .
.
.
Migração Antarafacial
.
ba
O Ciclopropano andarilho
Reações Pericíclicas. Uma Sinfonia de
Moléculas & Elétrons
cÜÉyA TÄÉ|Ü TÇàÉÇ|É `xÜÄÉ
���� Cristais Líquidos
Merlo - Toledo-2008
O Gigante da Beira-
Rio!!!
���� Cristais Líquidos
Merlo - Toledo-2008
���� Cristais Líquidos
Merlo - Toledo-2008
Agradecimentos
CAPES