Tinh thể lỏng là gì?

Nói đến tinh thể lập tức người ta nghĩ ngay đến kim cương, muối ăn…, chúng đều là những chất rắn. Thế tinh thể lỏng có phải là chất lỏng kết tinh không?

Từ năm 1888, nhà khoa học Australia là Lainis đã tìm thấy có một loạt chất lỏng hữu cơ là este benzoat cholesterol có những tính chất đặc trưng của tinh thể. Vào thời bấy giờ, hiện tượng này chưa được ai chú ý và thời bấy giờ, tinh thể lỏng còn chưa có chỗ sử dụng và tinh thể lỏng đành chịu nằm yên suốt mấy chục năm ròng.

Đến đầu những năm 70 của thế kỷ XX, tinh thể lỏng mới bắt đầu được người ta coi trọng. Các nhà khoa học đã tìm thấy tinh thể lỏng là loại vật liệu để chế tạo các nguyên kiện hiển thị tuyệt hảo. Hiện tại người ta đã phát hiện hơn 7000 loại hợp chất hữu cơ có tính chất của tinh thể lỏng. Đó là loại hợp chất tinh thể lỏng "họ cholesterol", "họ gần tinh thể", "họ sắp xếp định hướng".

Tinh thể lỏng có những tính chất hết sức kỳ lạ: Trong điều kiện bình thường, các phân tử của hợp chất tinh thể lỏng sắp xếp có trật tự, hợp chất ở trạng thái này hoàn toàn trong suốt. Nhưng khi ta đặt điện áp dòng một chiều vào tinh thể lỏng, sự sắp xếp các phân tử trong hợp chất tinh thể lỏng bị xáo trộn làm cho các tính chất quang học của hợp chất như tính trong suốt, cường độ và phương hướng tia phản xạ thay đổi, người ta gọi đó là "hiệu ứng điện quang" của hợp chất tinh thể lỏng. Đồng hồ điện tử, các máy đo điện hiện số chính là ứng dụng hiệu ứng điện quang của hợp chất tinh thể lỏng. Các nguyên kiện (linh kiện cơ bản, linh kiện gốc) trong đồng hồ đeo tay điện tử, trong các máy đo hiện số là một khung hình chữ nhật chứa hợp chất tinh thể lỏng. Trong khung chữ nhật này, người ta có lắp 7 đoạn bằng màng mỏng kim loại để làm điện cực. Mặt trong đáy của khung hình chữ nhật lại là điện cực cũng làm bằng màng mỏng kim loại. Khi có điện áp giáng vào thì các đoạn điện cực lại tạo nên điện trường làm cho tinh thể lỏng không còn trong suốt nữa. Thông qua kỹ thuật số, người ta chọn mã để vạch ra các đường dẫn điện, nhờ đó có thể điều khiển để 7 đoạn điện cực hiện ra các số 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 0.

Đó chính là bí mật của việc dùng tinh thể lỏng để hiện số. Ngày nay, ở các máy tính cực nhỏ, các đồ chơi điện tử và nhiều thiết bị điện tử người ta thường dùng phương pháp hiện số bằng màng tinh thể lỏng. Nếu đem trộn hợp chất tinh thể lỏng với một chất màu nào đó, phủ lên một đường dẫn điện bằng thuỷ tinh, khi đóng điện, màu sắc của hỗn hợp sẽ thay đổi, người ta gọi đó là “hiệu ứng chủ khách".

Ngày nay người ta thường lợi dụng hiệu ứng chủ khách của hợp chất tinh thể trong việc chế tạo các bảng báo trong các đấu trường thể dục thể thao làm những bảng quảng cáo lớn trên đường phố. Trong những năm gần đây người ta đã thiết kế một loại "màn thu hình lớn treo trên tường", màn lớn cỡ mặt bàn bóng bàn, màn chỉ dày mấy centimet, có thể treo trên tường. Loại màn thu hình lớn này được chế tạo dựa vào nguyên tắc hiển thị bằng hợp chất tinh thể lỏng.

Chất tinh thể lỏng họ cholesterol có thể thay đổi màu theo nhiệt độ. Ví dụ có loại hợp chất đổi màu theo nhiệt độ, khi nhiệt độ tăng cao sẽ đổi màu từ màu đỏ sang nâu, rồi vàng, xanh lục, xanh, lam, tím. Khi nhiệt độ giảm thì hợp chất lại dần chuyển từ màu tím đến màu đỏ. Người ta gọi đó là "hiệu ứng nhiệt độ". Ngày nay người ta sử dụng hiệu ứng nhiệt độ trong việc chẩn đoán bệnh, kiểm tra các mạng điện tử hết sức có hiệu quả.

Trong họ nhà hợp chất tinh thể lỏng còn có loại hợp chất bay hơi cũng có thể thay đổi màu, hiện tượng này rất nhạy. Người ta gọi đó là "hiệu ứng hoá học". Người ta thường sơn chất lỏng lên tường của các nhà máy hoá học. Nếu có chất độc rò rỉ từ đường ống dẫn, màn tinh thể lỏng trên tường sẽ biến màu, cảnh báo cho người ta biết mà đề phòng khắc phục.

Có loại hợp chất còn thay đổi màu dưới tác dụng các tia phóng xạ. Người ta gọi đó là "hiệu ứng phóng xạ”. Ngày nay ở các cơ sở nghiên cứu trong lĩnh vực vật lý năng lượng cao, chúng được dùng để hiện hình vết tích của các hạt có năng lượng cao, để đo tính phóng xạ của các chất phóng xạ.

Trong khoa học hiện đại, tinh thể lỏng như là một "vì sao mới" là loại vật liệu đỉnh cao, khả năng ứng dụng của nó ngày càng rộng rãi.