Was ist nematischer Flüssigkristall?

Nematischer Flüssigkristall ist eine durchscheinende Flüssigkeit, die die Polarität der Lichtwellen ändert, die durch ihn hindurchtreten. Das Wort "nematisch" kommt vom griechischen Wort für Faden und beschreibt die fadenartigen Formationen, die sich im Flüssigkristall bilden können. Nematische Flüssigkristalle werden häufig in LCD-Bildschirmen (Liquid Crystal Displays) wie Digitaluhren verwendet.

Flüssigkristalle sind eine Zwischenschmelzstufe zwischen einem festen und einem flüssigen Zustand. 1888 entdeckte ein österreichischer Wissenschaftler namens Freidrich Reinitzer den Staat, als er Experimente mit einer Substanz namens Cholesterinbenzoat durchführte. Reinitzer bemerkte, dass die Substanz zwei unterschiedliche Schmelzpunkte aufwies. In der ersten wurde es eine trübe Flüssigkeit und in der zweiten wurde es transparent. Reinitzers Beobachtungen beinhalteten die Konzepte, dass der wolkige oder kristalline Zustand die Polarität der durchlaufenden Lichtwellen verändert, ein Konzept, das für die Entwicklung des LCD unabdingbar ist.

Reinitzer entwickelte nie praktische Anwendungen der Flüssigkristalltechnologie, und die Erforschung kristalliner Zustände wurde zu Beginn des 20. Jahrhunderts weitgehend aufgegeben. Ein Wissenschaftler namens Hans Keller schuf 1969 erfolgreich eine Substanz, die bei Raumtemperatur nematisch kristallisiert. Diese Entdeckung führte zu der Fähigkeit, das Produkt zu kommerzialisieren, und nematische Kristalle wurden in der Siebtechnologie äußerst nützlich.

Die drei Zustände der Materie, über die die meisten Menschen im naturwissenschaftlichen Unterricht lernen, sind flüssig, gasförmig und fest. Flüssigkristall ist ein vierter Zustand irgendwo zwischen Flüssigkeiten und Festkörpern und lässt einige Formen von Materie durch. Wie flüssige Substanzen haben Flüssigkristallmoleküle keine Positionsordnung, aber wie feste Substanzen können die Moleküle im Flüssigkristall eine organisatorische Ordnung haben, was bedeutet, dass sie im Laufe der Zeit dazu neigen, in eine Richtung zu weisen. Der nematische Flüssigkristall ist eine Hochtemperaturphase des Kristallisationsprozesses, in der Moleküle eine weitreichende organisatorische Ordnung aufweisen.

Lichtwellen von natürlichen oder künstlichen Lichtquellen vibrieren in viele Richtungen. Wenn die meisten Schwingungen in eine bestimmte Richtung tendieren, spricht man von polarisiertem Licht. Durch Leiten von Lichtwellen durch nematische Flüssigkristalle ändert sich die Polarisation, typischerweise durch Drehen um 90 Grad. Wenn der Kristalllösung ein elektrisches Feld hinzugefügt wird, können die Richtung und das Ausmaß der Polarisation durch die Elektrizitätsspannung gesteuert werden.

Bei der Herstellung eines LCD-Bildschirms werden zwei polarisierte Glasscheiben verwendet, eine mit einem dünnen Filter aus nematischem Flüssigkristall. Das Glas wird dann an zwei Elektroden befestigt, die elektrische Ladungen liefern können. Indem kontrollierte Ladungen durch das Glas geleitet werden, dreht sich der nematische Flüssigkristall und dreht sich auf, sodass nur die elektrisch angeforderten Lichtbereiche durchgelassen werden. Bildschirme mit verdrillten nematischen Flüssigkristallen sind in der modernen Technologie, die in Laptops und Digitaluhren verwendet wird, weit verbreitet.

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