La asombrosa complejidad de los procesos en cristales líquidos

Los resultados de la investigación se presentan en un comunicado de prensa del Instituto de Física Nuclear de la Academia de Ciencias de Polonia, enviado a PAP.

Por un lado, «suave», organizado y organizado, por otro lado, fluido y actuando como miel o agua: esta es la naturaleza dual de los cristales líquidos. Debido a estas propiedades únicas, este material ya ha encontrado muchas aplicaciones. Se utilizan más comúnmente en pantallas de cristal líquido (LCD). Sin embargo, al diseñar nuevas pantallas, son útiles los materiales que adquieren ciertas propiedades en diferentes condiciones.

Así se denominan materiales formadores de vidrio o materiales que forman las denominadas fases quirales esmécticas (gracias a estas últimas es posible crear dispositivos con un tiempo de conmutación corto, alto contraste y un amplio colorímetro). Por lo tanto, es muy importante familiarizarse con los diferentes cristales líquidos y estudiar a fondo los procesos de cristalización en ejemplos muy diferentes.

“Para determinar si un cristal líquido en particular es adecuado para ciertas aplicaciones, se debe realizar una investigación básica utilizando métodos experimentales complementarios, gracias a los cuales se pueden conocer las propiedades físicas y químicas, la estructura y la dinámica del compuesto”, explica el Dr. Ing. Anna Drzewicz (IFJ PAN) y la Dra. Małgorzata Jasiurkowska-Delaporte (también de IFJ PAN) agregan: «…verifique también si cristaliza o si es capaz de formar un estado vítreo».

La cristalización es un proceso complejo que implica la nucleación (formación de núcleos) y el crecimiento de cristales. El fenómeno de la cristalización suele estar asociado al proceso que se produce durante el enfriamiento de una determinada sustancia. Sin embargo, si el material de prueba se enfría lo suficientemente rápido, existe la posibilidad de vitrificación. La velocidad de la tasa de enfriamiento supuesta depende de la tasa de nucleación, que es una característica individual del material.

El estado vítreo está asociado con movimientos aleatorios lentos (o incluso congelados). «Se puede asociar con el juego de las ‘estatuas’ (dependiendo de la región, el juego tiene un nombre diferente). Las personas se mueven libremente en diferentes direcciones. Bajo el lema de ‘estatuas’ deben permanecer en su última posición adoptada», dice Dra. Drezevic.

El cristal líquido 3F5HPhH7, objeto de la investigación, se obtuvo en el Instituto de Química Militar de la Universidad Tecnológica de Varsovia. Los científicos de IFJ PAN descubrieron que crea muchas de las llamadas fases esmécticas quirales (SmC*, SmCA* y SmXA*). El enfriamiento lento de la muestra condujo a su cristalización, y durante el enfriamiento rápido mostró una mayor tendencia a vitrificar la fase SmXA* en lugar de pasar a la forma cristalina. Además, como consecuencia del calentamiento de la muestra (tras su rápido enfriamiento), se produce el fenómeno de la denominada cristalización en frío, es decir, la cristalización que se produce durante el calentamiento del estado termodinámico turbulento previamente vitrificado.

Las propiedades detalladas del cristal líquido 3F5HPh7 se pueden encontrar en un artículo publicado en la prestigiosa revista Physicochemical “fisica quimica fisica quimica«.

En el siguiente paso, los científicos de IFJ PAN decidieron observar más de cerca los dos procesos de cristalización del compuesto 3F5HPhH7. «Queríamos investigar la cinética de cristalización que ocurre durante el enfriamiento y el calentamiento del compuesto, y determinar si podemos controlar o modificar estos procesos a través de la tasa de cambio de temperatura», dice la Dra. Jaciurkoska Delaporte.

Los resultados fueron publicados recientemente en la revista.CrystEngComm«, arrojó nueva luz sobre los mecanismos de los procesos de cristalización del compuesto 3F5HPhH7. Los resultados obtenidos mostraron que el proceso de cristalización que ocurre durante el enfriamiento de la muestra está controlado por la nucleación y ocurre a través del crecimiento de cristales tridimensionales.

Sin embargo, el análisis de la cinética de cristalización en frío ha arrojado resultados sorprendentes. En condiciones no isotérmicas, el mecanismo de este proceso depende de la velocidad de calentamiento de la muestra. Cuando la temperatura aumenta lentamente, el proceso de cristalización en frío depende principalmente de la difusión del movimiento molecular y, en condiciones de calentamiento rápido, de la nucleación.

En el caso de probar la cristalización en frío en condiciones isotérmicas, cuando la muestra se calienta rápidamente (a la temperatura de cristalización en frío), este proceso se convierte en un proceso de dos etapas, y cada etapa difiere en las dimensiones de los cristales resultantes. El calentamiento lento del compuesto cambia la naturaleza de la cristalización en frío de un proceso de dos pasos a un proceso de un solo paso.

«El ejemplo del compuesto 3F5HPhH7 muestra cuán diverso es el proceso de cristalización y cuán dependiente de la tasa de cambio de temperatura. El tema propuesto por nosotros encaja bien con los desafíos actuales de la física de fase condensada, en particular la materia blanda «- confirma el Dr. Jacirkowska- Delaport.

PAP – Ciencia en Polonia

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