I cristalli liquidi e le loro applicazioni

Scritto da Sandro Sabato 26 Novembre 2011

Che cosa hanno in comune i giubotti antiproiettile, gli orologi da polso, le calcolatrici tascabili e i termometri elettronici? Tutti questi oggetti basano il loro funzionamento sui cristalli liquidi. In un cristallo ionico, gli ioni sono "bloccati" in una struttura rigida e regolare; nei cristalli liquidi, le molecole possono scivolare come in una fluido, ma mantengono uno schema regolare.

I cristalli liquidi sono fatti di molecole lineari e polari; le molecole, strette e lunghe, si attragono reciprocamente e perciò si dispongono secondo uno schema ordinato. Molecole di questo tipo posso essere usate nei quadranti degli orologi, ma anche per produrre fibre sintetiche estremamente resistenti.

I cristalli liquidi hanno la proprietà di cambiare colore secondo la temperatura. Le lunghe molecole affusolate si dispongono fianco a fianco e formano superfici quasi piatte; molti strati di questo tipo si impilano l'uno sull'altro, ma le molecole di ogni strato sono orientate in modo diverso. Quando la luce colpisce la superfice di un cristallo liquido, viene riflessa in modo diverso da ciascuno strato, secondo l'orientazione delle molecole; se sono presenti molti strati questi riflettono tutti i colori dell'arcobaleno. Se la temperatura aumenta, le molecole si agitano di più e variano sia l'orientazione sia la distanza fra gli stati perciò cambia anche il colore della luce riflessa.

Un effetto simile si verifica nei quadranti a cristalli liquidi degli orologi e delle calcolatrici. Un quadrante LCD (Liquid Crystal Display) è costituito da una serie di stati: un filtro, un vetro inciso con righe sottili, una camera a cristalli liquidi, un filtro inferiore e uno specchio. Le molecole di cristalli liquidi più vicine al vetro superiore sono allineate con le scanalature del vetro superiore, mentre quelle che si trovano in basso sono allineate con le scanalature del vetro del vetro inferiore, orientato a 90 gradi. In mezzo, le molecole sono molto ravvicinate le une alle altre e si intrecciano in una spirale. Un sistema di questo tipo funziona come uno specchio: riflette la luce. Per visualizzare un numero, si invia un minimo impulso di corrente ai segmenti nella scanalatura del vetro; le molecole polari del cristallo liquido sono attratte dalle aree cariche elettricamente, le spirali ordinate si scompongono, cambia il tipo di luce riflessa e appare un numero.