Helixstructuur vloeibare kristallen afhankelijk van deeltjesvorm

Vloeibare kristallen gedragen zich net zoals krijtjes, die spontaan parallel naast elkaar gaan liggen als je deze wanordelijk in een doosje stopt en het doosje flink schudt. Dit gedrag wordt al lang gebruikt in o.a. LCD-schermen, maar Simone Dussi en Marjolein Dijkstra (Natuurkunde) laten nu voor het eerst zien dat dit gedrag geheel afhankelijk is van de vorm van de deeltjes. Deze kennis maakt het mogelijk om het gedrag van kristallijne vloeistoffen te beïnvloeden door de vorm van deeltjes aan te passen. Dussi en Dijkstra beschrijven hun resultaten in een publicatie die op 12 april verschijnt in Nature Communications.

Door een slimme vorm van deeltjes te kiezen, namelijk gedraaide prisma’s, konden de onderzoekers met een computersimulatie laten zien dat deze deeltjes spontaan een chirale nematische  fase vormen. In zo’n toestand lijnen de deeltjes niet alleen op, maar zijn ze ook een klein beetje gedraaid ten opzichte van elkaar, zodat er spontaan een spiraalvormige structuur ontstaat. De lengteschaal  van deze chirale vloeibaar kristallijne fase kan ingesteld worden met een elektrisch veld. Dit is in principe de werking van LCD’s.

Vloeibare kristallen

Vloeibaar kristallijne fasen zijn materialen die tegelijk vloeibaar zijn en ook kristallijn. In een vloeistof bewegen deeltjes kriskras door elkaar heen, terwijl deeltjes in een kristallijne fase netjes gerangschikt zijn in een kristalrooster. De deeltjes in een vloeibaar kristallijne fase zijn niet volledig wanordelijk zoals in een vloeistoffase, maar zijn ook niet netjes geordend zoals in een kristal. Vloeibare kristallen worden toegepast in LCD’s, liquid crystal displays. LCD’s komt men veelvuldig tegen in rekenmachines, digitale horloges, computerbeeldschermen en mobiele telefoons.

Publicatie

Entropy-driven formation of chiral nematic phases by computer simulations
Simone Dussi and Marjolein Dijkstra
Nature Communications, 12 april 2016, doi 10.1038/NCOMMS11175