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Lexikon der Geowissenschaften: flüssige Kristalle

flüssige Kristalle, Flüssigkristalle, Mesophasen, mesomorphe Phasen, kristalline Flüssigkeiten, Bezeichnung für Ordnungszustände flüssiger Materie im Bereich zwischen isotropem Flüssigzustand und kristalliner Ordnung. Die von Bernal (1959) angegebene Systematik unterscheidet Kristalle mit dreidimensionaler Translationssymmetrie, Flüssigkristalle mit ein- bzw. zweidimensionaler Ordnung und Flüssigkeiten ohne strukturelle Ordnung. Das Charakteristikum der Flüssigkristalle ist die Anisotropie (Richtungsabhängigkeit) ihrer physikalischen Eigenschaften.

Man unterscheidet: thermotrope flüssige Kristalle (Schmelzen aus reinen Stoffen oder aus Gemischen) und lyotrope flüssige Kristalle (kolloidale Lösungen polarer Stoffe in bestimmten Lösungsmitteln und Konzentrationsbereichen). Nach G. Friedel (1922) zerfallen flüssige Kristalle in drei strukturelle Phasen:

a) nematische Phase: Die Flüssigkristalle weisen eine Orientierungsordnung mit langer Reichweite auf. Die Längsachsen der Moleküle sind nahezu parallel zu einer ausgezeichneten Richtung, in der sie auch leicht beweglich sind ( Abb. 1 ). b) cholesterische Phase: Auch hier wird eine Orientierungsordnung beobachtet, allerdings tritt zusätzlich eine Schichtstruktur auf. Nur Moleküle in einer Schicht besitzen die gleiche Orientierung; die Orientierungen der Nachbarschichten sind aber nicht entkoppelt, sondern erzeugen eine schraubenförmige Anordnung, die sogar periodisch sein kann ( Abb. 2 ). Diese Struktur verursacht optische Aktivität und selektives Reflexionsvermögen zirkular polarisierten Lichts für Wellenlängen, die der Schraubenperiode entsprechen. c) smektische Phase: Die Flüssigkeitskristalle bestehen wiederum aus Schichten parallel (aber nicht in der Ebene) orientierter Moleküle. Die Schichten können untereinander noch verschiedene Korrelationen aufweisen. In der smektischen A-Modifikation stehen die Längsachsen senkrecht zu den Schichten, die eben ( Abb. 3 ) oder gekrümmt sein können. Innerhalb der Schicht zeigt die Molekülanordnung keine Periodizität. In der smektischen B-Modifikation sind die Molekülquerschnitte nach einer (hexagonal) dichtesten Kreispackung verteilt. Die smektische C-Phase gleicht der A-Phase mit dem Unterschied, daß die Orientierung der Moleküle einen nicht rechten Winkel mit der Schichtebene bildet.

Es gibt darüber hinaus noch weitere Formen teilweise geordneter Flüssigkristalle. Die leichte Beweglichkeit der ausgerichteten Moleküle oder der Schichten bedingt ein Verhalten, das dem einer Flüssigkeit vergleichbar ist. Allerdings können Viskosität und Oberflächenspannung extreme Werte annehmen.

Durch magnetische oder elektrische Felder oder mechanische Einwirkungen können Flüssigkristalle einheitlich orientiert werden und nehmen unterschiedliche Reflektionseigenschaften an. Es lassen sich mit Lösungen von Farbstoffen in Flüssigkristallen Kontraste von mehr als 100:1 erzeugen, was ihre Anwendung in der bildmäßigen Darstellung von elektrischen Feldverteilungen bei außerordentlich kleinen Steuerleistungen ermöglicht. Diese Farberscheinungen sind weiterhin empfindlich von der Temperatur abhängig, was zur Bestimmung von Oberflächentemperaturen in der Medizin und als Nachweis für Infrarot- und Mikrowellenstrahlung eingesetzt wird.


flüssige Kristalle 1: Prinzipskizze des nematischen Zustands.

flüssige Kristalle 2: Prinzipskizze des cholesterischen Zustands.

flüssige Kristalle 3: Prinzipskizze des smektischen Zustands.
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