Techniklexikon

Flüssigkristalle

Festkörperphysik, eine Zustandsform der Materie, die zwischen ungeordneter Flüssigkeit und geordnetem Kristall liegt. Sie bestehen in der Regel aus langgestreckten Molekülen mit etwa 10 bis 100 Atomen, die sich in einer Reihe verschiedener Konfigurationen räumlich anordnen können (flüssige Strukturen). Obwohl diese Strukturen kristallin aussehen, ist ihnen doch allen das typische Flüssigkeitsverhalten gemeinsam: eine Viskosität der Grössenordnung 0,01 kg / m · s, ein verschwindender statischer Elastizitätsmodul und eine Platzwechselzeit von etwa 10^-7 s. Die Moleküle lassen sich gegeneinander verschieben, behalten aber ihre parallele räumliche Anordnung bei. Die Ursache für diese Nahordnung der Moleküle ist ein richtungsabhängiges Potential U(r), das bei paralleler Anordnung eine grössere Anlagerungsenergie zwischen Nachbarmolekülen liefert als bei senkrechter Stellung (Abb. 1).

Dabei entsteht eine Flüssigkeitsstruktur, die eine Mesophase (eine in der »Mitte« zwischen Kristall und isotroper Flüssigkeit befindliche Phase) darstellt: der Ordnungsgrad liegt zwischen der perfekten Struktur des idealen Kristalls und der völligen Unordnung einer statistisch isotropen Flüssigkeit.

Technische Anwendung finden Flüssigkristalle in der digitalen Anzeigentechnik (LCDs), in Gläsern mit elektronisch gesteuerter Lichtdurchlässigkeit, in variablen Farbfiltern (cholesterische Phase), in Speichersystemen für Computer etc.

Flüssigkristalle 1: Intermolekulares Potential von Flüssigkristall-Molekülen. Bei Parallelstellung der Moleküle sind die Anlagerungsenergie U_a und der Gleichgewichtsabstand R₀ kleiner als bei Senkrechtstellung.

Flüssigkristalle 2: Zustandsfläche einer Substanz mit zwei flüssig-kristallinen Phasen. K fester Kristall, S smektischer Flüssigkristall, N nematischer Flüssigkristall, F isotrope Flüssigkeit, G Gas, T_t1 bis T_t3 Tripelpunkte, T_c kritische Punkte. Die Zweiphasengebiete sind grau unterlegt.