Sıvı Kristaller

Sıvı Kristaller


Sıvı Kristal, sıvı ile katı arasındaki bir tür "ara hal" olarak kabul edilebilir Sıvı kristaller sıradan sıvılar gibi akar, ama molekülleri gerçek kristallerde olduğu gibi düzenli bir biçimde yerleşmiştir Sıvı kristaller bazı kristal yapılı katıların ısıtılmasıyla ortaya çıkar Bu tür katılar doğrudan erimek yerine kısmen sıvı biçimine dönüşür Isının, bir elektriksel ya da magnetik kuvvetin etkisiyle, katının içindeki molekül düzeni değişir ve "katı" kristal "sıvı" kristale dönüşür Bir sıvı kristal belirli bir sıcaklığın üzerinde ısıtılırsa, gerçek bir sıvı halini alır

Eğer sıvı kristaller gerçek bir sıvıya dönüşecekleri nokta geçilmemek koşuluyla ısıtılır, magnetik ya da elektriksel bir alanın etkisi altına sokulursa, ilginç davranış özellikleri gösterebilir Örneğin, bu tür yöntemlerle bazı maddelerdeki molekül düzenleri değiştirilebilir ve madde daha önce saydamsa, bazı alanları matlaşarak görülebilir hale getirilebilir Böylece bu tür sıvı kristallerin üzerinde görüntüler oluşturulabilir Örneğin, sayısal saat, hesap makinesi ya da başka elektronik aygıtların ekranlarında görünen rakamlar bu tür bir sıvı kristalin yardımıyla oluşur Bazı sıvı/kristaller ise sıcaklık yükseldikçe renk değiştirir Bu tür sıvı kristaller de termometrelerde kullanılmaya son derece elverişlidir Sıvı kristaller ilk kez 1888'de incelenmiş, ama o sıralarda bundan nasıl yararlanılabileceği anlaşılamamıştı Bugün ise sıvı kristallere her yerde yaygın olarak rastlanmaktadır

SIVI KRİSTALLER

Sıvı kristaller çok hareketli yapılara sahiptirler ve aynı zamanda farklı yapısal özelliklere sahip olan anizotropik mezofazlar sergilerler Bu mezofazların her biri farklı tür spesifik olan ve spesifik olmayan tekstürler meydana getirir Sıvı kristalik tekstürler farklı etkilere karşı hassastır ve sıvı kristalik mezofazların mezomorfik, morfolojik, optiksel ve yapısal özelliklerini yansıtırlar Dış etkiler altındaki sıvı kristalik tekstürlerin ve onların bir mezofazdan diğerine dönüşüm dinamiklerinin incelenmesi, sıvı kristalik mezofazların fiziksel ve yapısal özellikleri hakkında bilginin elde edilmesini sağlar

Sıvı kristalik materyallerin bir başka önemli özelliği, çeşitli mezofazların arasında faz geçişlerinin olmasıdır Faz geçişiyle mezofazların yapılarında, sıvı kristallerin fiziksel özelliklerinde ve simetrilerinde değişim meydana gelir Mezofazlar ile izotropik sıvı arasındaki geçişler ilginçtir Çünkü bu geçişler fiziksel özellikler açısından anizotropik olan fazlar ile izotropik fazlar arasında gerçekleşir Bu tür faz geçişleri Simektik-İzotropik sıvı, Kolesterik-İzotropik Sıvı, Nematik-İzotropik sıvı arasında meydana gelir Bu faz geçişleri 1 derece geçişlerdir ve birçok yönden anlaşılabilir Bununla birlikte bu geçişlerin bazı özellikleri, özellikle, mezofazdan izotropik sıvıya geçi ve izotropik sıvıdan mezofaza geçişte meydana gelen heterofaz alanlarının karakterlerinin değişimlerindeki özellikler ve ayrıca polimorfik ve monomorfik mezojenlerin bu bölgelerindeki farklılıklar araştırılmaktadır

Sıvı Kristallerin Sınıflandırılması

SK’lerin kendine özgü durumunu anlamak için kristalin (katıların) erime noktasında karşılaşılan durumu gözden geçirmek yerinde olacaktır Kristallerde molekülerin küle merkezleri, üçboyutlu periyodik örgü içinde düzenli olarak yerleşmişlerdir Molekülerin pozisyonundaki bu düzen sebebiyle bu tür yapılardan elde edilen X-ışını kırınım desenleri keskin Bragg yansımaları göstermektedir Kristaller eridiğinde, uzun erişimli konumsal düzenin ortadan kalkması sonrası oluşan kısa erişimli konumsal düzeni temsil eden difüz (dağınık) yansımalar gösteren X-ışını desenleri gözlenmektedir Böle bir ortam her doğrultuda aynı fiziksel özellikleri göstermesi nedeniyle izotropik karakterdedir

Molekülerin çubuk biçimli olduğunu düşünürsek konumsal düzenin yanı sıra molekülerin yönelimlerinden kaynaklanan uzun erişimli bir yönelimsel düzen de söz konusudur Böle bir kristalin erime noktasında (Tm) konumsal düzenin ortadan kalkmasına rağmen, moleküllerin yönelimsel düzeni mevcut kalabilmektedir Bu düzenden dolayı ortam akışkan nitelikte olmakla beraber anizotropik özellik göstermektedir Biraz daha ısıtma sonrası her tür simetri ve yönelim düzeninin ortadan kalkması ile madde tümüyle sıvı faza geçmiş olur

SK faz gösteren maddeler erime noktasında kristal yapıyı kaybedip bulanık görünümlü bir sıvıya dönüşmektedir Bu halin çapraz polarizörler arasında incelenmesi SK’lerin kuvvetli çift kırıcı özellik taşıdıklarını göstermektedir Sıcaklığın daha da artırılmasıyla ikinci bir faz geçiş noktasına ulaşılır ki bu geçiş noktasında durulanma sıcaklığı(Tc) olarak isimlendirilmektedir Erime ve durulanma sıcaklıkları SK fazın termodinamik olarak kararlı olduğu sıcaklık bölgesini tanımlar SK’ler oluşum sebeplerine göre termotropik ve lyotropik olmak üzere iki ana kısma ayrılırlar Termotropikler çubuksu veya disk biçimindeki molekülerden oluşmaktadır, lyotropikler ise amfibilik nitelikli uzun zincirli molekülerdirAşağıdaki şekilde Sıvı Kristallerin sınıflandırılması gösterilmektedir

Sıvı Kristallerin Genel Türleri ve Özellikleri

Sıvı kristaller, bir arada hem katı kristallerin fiziksel anizotropisine hem de sıvıların reolojik özelliklerine sahiptirler Bu duruma katı ve sıvılarda rastlanmaz Sıvı kristallerde, katılarda olduğu gibi moleküllerin yöneliminde yüksek derecede bir düzen ve öteleme simetrisi bulunmaz Ancak moleküllerin yöneliminde belirli bir düzen söz konusudur İzotropik sıvı fazda ise moleküllerin yönelimi ile ilgili bir düzenden bahsedemeyiz (Şekil 1) Özetleyecek olursak, katı kristaller moleküllerin bulundukları konumlarında sahip oldukları üç boyutlu düzenden ve öteleme simetrilerinden dolayı konum düzenine (positional order) ve moleküllerin belirli bir yönde yönelmelerinden dolayı sahip oldukları yönelim düzenine (orientational order) sahiptir Sıvı kristallerde ise yönelim düzeni bulunmasına karılık katı kristallerdeki kadar konum düzeni mevcut değildir Fakat belirli bir derecede konum düzeninin de bulunduğu örnekler mevcuttur Sıvı molekülleri ise rastgele yöneldiğinden onlarda bu düzenlerden bahsedemeyiz Sıvı kristaller, katı kristallerin bazı özelliklerini gösterdiklerinden bunlara anizotrop sıvılar diyebiliriz Sıvı kristallerin anizotropisi fiziksel özelliklerinin yöne balı olmasından kaynaklanır Fakat izotropik sıvıda bu özelliklerden bahsetmek mümkün değildir Sıvı kristalik özelliğe sahip materyaller mezomorfik sistemler olarak adlandırılır

Yukarıda da belirttiğimiz gibi mezogenik yapıdaki moleküllerin yönelimini belirli bir düzene koyan etki dipol momentin varlığı ile gerçekleşir Fakat dipol momente sahip olmayan moleküller de sıvı kristalik yapıyı oluşturabilmektedirler Mesogenik yapıyı oluşturan etkileşme kuvvetleri üçe ayrılır Birincisi, dipol-dipol etkileşmelerdir Dipol momente sahip moleküllerin biribiriyle etkileşmeleri sonucu moleküler belirli bir yönde hizalanarak sıvı kristalik yapıyı oluştururlar İkincisi, dipol-indüklenmiş dipol etkileşmeler olup dipol momente sahip olan kutuplu moleküllerin kutuplu olamayan moleküllerde dipol moment indüklemesiyle gerçekleşen etkileşmedir Son olarak ise dispersiyon kuvvetlerini sayabiliriz Bu durum kutuplu olmayan moleküller arasında gerçekleşir Moleküllerin dipol momentlerinin ortalaması sıfır olmasına rağmen yük dalgalanmaları nedeniyle dipol momentlerinin karelerinin ortalaması sıfırdan farklıdır Bu sebeple birbirinin yakınında olan iki nonpolar molekül çekici kuvvet oluşturacak şekilde birbiriyle etkileşme eğiliminde olur