Течни кристал

Течни кристал (ТК) је агрегатно стање чије су особине између оних код конвенционалних течности и оних код чврстих кристала. На пример, течни кристал може да тече као течност, али његови молекули могу бити оријентисани у заједничком правцу као код чврсте материје. Постоје многи типови ТК фаза, које се могу разликовати по њиховим оптичким особинама (као што су текстуре). Супротстављене текстуре настају због тога што су молекули унутар једне области материјала („домена”) оријентисани у истом правцу, али различите области имају различите оријентације. ТК материјал не мора увек бити у стању ТК материје (као што вода може бити лед или водена пара).

Течни кристали се могу поделити у три главна типа: термотропне, лиотропне и металотропне. Термотропни и лиотропни течни кристали састоје се углавном од органских молекула, иако је познато и неколико минерала. Термотропни ТК показују фазни прелаз у ТК фазу када се температура промени. Лиотропни ТК показују фазне прелазе у функцији и температуре и концентрације молекула у растварачу (обично вода). Металотропни ТК се састоје од органских и неорганских молекула; њихов прелаз ТК додатно зависи од односа неорганске и органске композиције.

Примери течних кристала постоје како у природи, тако и у технолошким апликацијама. Лиотропни ТК обилују у живим системима; многи протеини и ћелијске мембране су ТК, као и вирус мозаика дувана.^[1] ТК у свету минерала укључују растворе сапуна и разних сродних детерџената, као и неке глине. Распрострањени течни кристални дисплеји (ЛЦД) користе течне кристале.

Историја

Види још: Хемијска кристалографија пре рендгенских зрака § Течни кристали

Године 1888, аустријски ботанички физиолог Фридрих Рајницер, радећи на Карл-Фердинандс-Универзитету, испитивао је физичко-хемијске особине разних деривата холестерола који сада припадају класи материјала познатих као холестерични течни кристали. Претходно су други истраживачи приметили различите ефекте боје приликом хлађења деривата холестерола непосредно изнад тачке мржњења, али их нису повезали са новим феноменом. Рајницер је приметио да промене боје у деривату холестерил бензоату нису најчуднија особина.

Хемијска структура молекула холестерил бензоата

Открио је да се холестерил бензоат не топи на исти начин као друга једињења, већ има две тачке топљења. На 1.455 °C (2.651 °F) топи се у мутну течност, а на 1.785 °C (3.245 °F) се поново топи и мутна течност постаје бистра. Феномен је реверзибилан. Тражећи помоћ од физичара, 14. марта 1888. године писао је Оту Леману, који је у то време био Privatdozent у Ахену. Разменили су писма и узорке. Леман је испитао средњу мутну течност и известио да је видео кристалити. Рајницеров бечки колега фон Цефарович такође је назначио да је средња „течност” кристална. Размена писама са Леманом окончана је 24. априла, са многим неразјашњеним питањима. Рајницер је представио своје резултате, уз заслуге Леману и фон Цефаровичу, на састанку Бечког хемијског друштва 3. маја 1888. године.^[2]

До тада, Рајницер је открио и описао три важне карактеристике холестеричних течних кристала (назив који је сковао Ото Леман 1904. године): постојање две тачке топљења, рефлексију кружно поларизоване светлости и способност ротирања правца поларизације светлости.

Након свог случајног открића, Рајницер није наставио даље проучавање течних кристала. Истраживање је наставио Леман, који је схватио да је наишао на нови феномен и да је у могућности да га истражи: У својим постдокторским годинама стекао је стручност у кристалографији и микроскопији. Леман је започео систематско истраживање, прво холестерил бензоата, а затим сродних једињења која су показивала феномен двоструког топљења. Могао је да врши посматрања у поларизованој светлости, а његов микроскоп је био опремљен топлом фазом (држач узорка опремљен грејачем) што је омогућило посматрања на високим температурама. Средња мутна фаза је јасно задржала флуидност, али су друге карактеристике, посебно изглед под микроскопом, убедиле Лемана да има посла са чврстом материјом. До краја августа 1889. године објавио је своје резултате у часопису Zeitschrift für Physikalische Chemie.^[3]

Ото Леман

Леманов рад наставио је и значајно проширио немачки хемичар Данијел Форлендер, који је од почетка 20. века до пензионисања 1935. године синтетисао већину познатих течних кристала. Међутим, течни кристали нису били популарни међу научницима и материјал је остао чиста научна знатижеља око 80 година.^[4]

После Другог светског рата, рад на синтези течних кристала поново је покренут у универзитетским истраживачким лабораторијама у Европи. Џорџ Вилијам Греј, истакнути истраживач течних кристала, почео је да истражује ове материјале у Енглеској крајем 1940-их. Његова група је синтетисала многе нове материјале који су показивали течно кристално стање и развила боље разумевање како дизајнирати молекуле који показују то стање. Његова књига Молекуларна структура и својства течних кристала^[5] постала је приручник о овој теми. Један од првих америчких хемичара који је проучавао течне кристале био је Глен Х. Браун, почевши од 1953. године на Универзитет у Синсинатију а касније на Државни универзитет Кент. Године 1965, организовао је прву међународну конференцију о течним кристалима, у Кенту, Охајо, са око 100 врхунских светских научника за течне кристале. Ова конференција означила је почетак светских напора да се спроведу истраживања у овој области, што је убрзо довело до развоја практичних примена за ове јединствене материјале.^[6][7]

Течно кристални материјали постали су фокус истраживања у развоју електронских дисплеја са равним екраном почевши од 1962. године у РЦА лабораторијама.^[8] Када је физикохемичар Ричард Вилијамс применио електрично поље на танак слој нематичног течног кристала на 125 °C (257 °F), приметио је формирање правилног узорка који је назвао доменима (сада познатим као Вилијамсови домени). Ово је навело његовог колегу Џорџа Х. Хајлмајера да изврши истраживање равног екрана заснованог на течним кристалима, како би заменио вакуумску цев са катодним зрацима која се користи у телевизорима. Међутим, пара-азоксианизол који су користили Вилијамс и Хајлмајер показује нематично течно кристално стање тек изнад 116 °C (241 °F), што га је чинило непрактичним за употребу у комерцијалном производу за комерцијалну употребу. Јасно је да је био потребан материјал који би могао да ради на собној температури.

Године 1966, Џоел Е. Голдмахер и Џозеф А. Кастељано, истраживачки хемичари у Хајлмајеровој групи у РЦА, открили су да мешавине састављене искључиво од нематичних једињења која се разликују само у броју атома угљеника у завршним бочним ланцима могу да дају нематичне течне кристале на собној температури. Тернарна мешавина једињења Шифове базе резултирала је материјалом који је имао нематични распон од 22 to 105 °C (72 to 221 °F).^[9] Рад на собној температури омогућио је израду првог практичног уређаја за приказ.^[10] Тим је затим наставио да припрема бројне мешавине нематичних једињења, од којих су многа имала много ниже тачке топљења. Ова техника мешања нематичних једињења за добијање широког распона радне температуре на крају је постала индустријски стандард и још увек се користи за прилагођавање материјала специфичним применама.

Хемијска структура молекула N-(4-метоксибензилиден)-4-бутиланилин (МББА)

Године 1969, Ханс Келер је успео да синтетише супстанцу која је имала нематичну фазу на собној температури, N-(4-метоксибензилиден)-4-бутиланилин (МББА), која је једна од најпопуларнијих тема истраживања течних кристала.^[11] Следећи корак ка комерцијализацији течно-кристалних дисплеја била је синтеза даљих хемијски стабилних супстанци (цијанобифенила) са ниским температурама топљења од стране Џорџа Греја.^[12] Тај рад са Кеном Харисоном и Министарством одбране УК (RRE Malvern), 1973. године, довео је до дизајна нових материјала што је резултирало брзим усвајањем ЛЦД-ова малих површина у електронским производима.

Ови молекули су штапићасти, неки створени у лабораторији, а неки се спонтано појављују у природи. Од тада су синтетизована два нова типа молекула ТК: дисколики (од стране Сивараме Кришне Чандрасекара у Индији 1977. године)^[13] и конусног или чинијастог облика (које је предвидео Луи Лам у Кини 1982. године, а синтетизовани у Европи 1985. године).^[14]

Године 1991, када су течно-кристални дисплеји већ били добро успостављени, Пјер-Жил де Жен, радећи на Универзитет Париз-Суд, добио је Нобелову награду за физику „за откривање да се методе развијене за проучавање феномена реда у једноставним системима могу генерализовати на сложеније облике материје, посебно на течне кристале и полимере”.^[15]

Дизајн течно кристалних материјала

Познато је да велики број хемијских једињења показује једну или више течно кристалних фаза. Упркос значајним разликама у хемијском саставу, ови молекули имају неке заједничке карактеристике у хемијским и физичким својствима. Постоје три типа термотропних течних кристала: дисколични, конусни (чинијасти) и штапићасти молекули. Дисколични су молекули налик диску који се састоје од равног језгра суседних ароматичних прстенова, док је језгро у конусном ТК равно, али је обликовано као чинија за пиринач (тродимензионални објекат).^[16][17] Ово омогућава дводимензионално колумно уређење, како за дисколичне, тако и за конусне ТК. Штапићасти молекули имају издужену, анизотропну геометрију која омогућава преференцијално поравнање дуж једног просторног правца.

• Молекулски облик треба да буде релативно танак, раван или конусан, посебно унутар крутих молекулских оквира.
• Молекулска дужина треба да буде најмање 13 nm (5,1×10⁻⁷ in), што је у складу са присуством дуге алкил групе на многим течним кристалима собне температуре.
• Структура не треба да буде разграната или угласта, осим за конусни ТК.
• Ниска тачка топљења је пожељна како би се избегле метастабилне, монотропне течно-кристалне фазе. Мезоморфно понашање на ниским температурама генерално је технолошки корисније, а алкилне терминалне групе то подстичу.

Издужен, структурно крут, високо анизотропан облик изгледа да је главни критеријум за течно кристално понашање, а као резултат тога, многи течно кристални материјали су базирани на бензенским прстеновима.^[18]

Течно кристална фаза

Различите течно-кристалне фазе (које се заједно са фазама пластичних кристала називају мезофазе) могу се окарактерисати типом уређења. Може се разликовати позициони редослед (да ли су молекули распоређени у некој врсти уређене решетке) и оријентациони редослед (да ли молекули углавном показују у истом правцу). Течни кристали се карактеришу оријентационим редоследом, али само делимичним или потпуно одсутним позиционим редоследом. Насупрот томе, материјали са позиционим редоследом, али без оријентационог редоследа, познати су као пластични кристали.^[19] Већина термотропних ТК ће имати изотропну фазу на високој температури: загревање ће их на крају довести до конвенционалне течне фазе коју карактерише насумично и изотропно молекуларно уређење и понашање тока налик флуиду. Под другим условима (на пример, нижа температура), ТК може настати у једној или више фаза са значајном анизотропном оријентационом структуром и оријентационим редоследом кратког домета, док и даље има способност течења.^[20][21]

Уређење течних кристала протеже се до целокупне величине домена, која може бити реда величине микрометара, али обично не до макроскопске скале, као што се често дешава у класичним кристалним чврстим телима. Међутим, неке технике, као што је употреба граница или примењено електрично поље, могу се користити за спровођење једног уређеног домена у макроскопском узорку течног кристала.^[22] Оријентациони редослед у течном кристалу може се простирати само дуж једне димензије, при чему је материјал у суштини неуређен у друге две димензије.^[23][24]

Термотропни течни кристали

Види још: Термотропни кристал

Термотропне фазе су оне које се јављају у одређеном температурном опсегу. Ако је пораст температуре превисок, топлотно кретање ће уништити деликатно кооперативно уређење ТК фазе, гурајући материјал у конвенционалну изотропну течну фазу. На прениској температури, већина ТК материјала ће формирати конвенционални кристал.^[20][21] Многи термотропни ТК показују различите фазе како се температура мења. На пример, одређени тип молекула ТК (који се назива мезоген) може показати различите смектичне фазе, након чега следи нематична фаза и на крају изотропна фаза како се температура повећава. Пример једињења које показује термотропно ТК понашање је пара-азоксианизол.^[25]

Нематична фаза

Види још: Двоосовински нематик и Упредени нематични ефекат поља

Поравнање у нематичној фази

Фазни прелаз између нематичне (лево) и смектичне А (десно) фазе посматран између укрштених поларизатора. Црна боја одговара изотропном медијуму.

Најједноставнија фаза течних кристала је нематична. У нематичној фази, каламатни (штапићасти) органски молекули немају кристални позициони редослед, али се самопоравнавају са својим дугим осама приближно паралелно. Молекули могу слободно да теку и њихове позиције центра масе су насумично распоређене као у течности, али је њихова оријентација ограничена да формира дугорочни правац уређења.^[26]

Реч нематик потиче из грчког νήμα (nema), што значи „конац”. Овај термин потиче од дисклинација: кварова тополошког дефекта налик нитима примећених у нематичним фазама. Нематици такође показују „јеж” тополошке дефекте. У две димензије, постоје тополошки дефекти са тополошким наелектрисањима $\textstyle{+{\frac{1}{2}}}$ и $\textstyle{\frac{1}{2}}}$. Због хидродинамике, дефект $\textstyle{+{\frac{1}{2}}}$ се креће знатно брже од дефекта $\textstyle{\frac{1}{2}}}$. Када се поставе близу један другом, дефекти се привлаче; након судара, они се поништавају.^[27][28]

Већина нематичних фаза је једнооснa: имају једну осу (која се зове директриса) која је дужа и преферирана, док су друге две еквивалентне (могу се апроксимирати као цилиндри или штапови). Међутим, неки течни кристали су двоосовински нематици, што значи да поред оријентације своје дугачке осе, они се оријентишу и дуж секундарне осе.^[29] Нематични кристали имају флуидност сличну оној код обичних (изотропних) течности, али се лако могу поравнати спољним магнетним или електричним пољем. Поравнати нематици имају оптичке особине једноосних кристала и то их чини изузетно корисним у течно-кристалним дисплејима (ЛЦД).^[8] Нематичне фазе су такође познате у немолекулским системима: при високим магнетним пољима, електрони теку у сноповима или тракама да би створили „електронски нематични” облик материје.^[30][31]

Смектичне фазе

Шематски приказ поравнања у смектичним фазама. Смектична А фаза (лево) има молекуле организоване у слојеве. У смектичној Ц фази (десно), молекули су нагнути унутар слојева.

Смектичне фазе, које се налазе на нижим температурама од нематичне, формирају добро дефинисане слојеве који могу да клизе један преко другог на начин сличан сапуну. Реч „смектик” потиче од латинске речи smecticus, што значи чишћење или да има својства налик сапуну.^[32] Смектици су стога позиционо уређени дуж једног правца. У смектичној А фази, молекули су оријентисани дуж нормале слоја, док су у смектичној Ц фази нагнути од ње. Ове фазе су налик течности унутар слојева. Постоји много различитих смектичних фаза, све карактерисане различитим типовима и степенима позиционог и оријентационог реда.^[20][21] Осим органских молекула, пријављено је да се смектично уређење јавља и у колоидним суспензијама 2Д материјала или нанослојева.^[33][34] Један пример смектичних ТК је p,p'-динонилазобензен.^[35]

Хиралне фазе или упредени нематици

Шематски приказ уређења у хиралним фазама течних кристала. Хирална нематична фаза (лево), која се назива и холестерична фаза, и смектична Ц* фаза (десно).

Хирална нематична фаза показује хиралност (руковање). Ова фаза се често назива холестерична фаза јер је први пут примећена код деривата холестерола. Само хирални молекули могу довести до такве фазе. Ова фаза показује увртање молекула окомито на директрису, са молекулском осом паралелном директриси. Коначни угао увијања између суседних молекула последица је њиховог асиметричног паковања, што резултира хиралним редоследом дугог домета. У смектичној Ц* фази (звездица означава хиралну фазу), молекули имају позиционо уређење у слојевитој структури (као и у другим смектичним фазама), са молекулима нагнутим под коначним углом у односу на нормалу слоја. Хиралност индукује коначно азимутно увијање од једног слоја до другог, производећи спирално увијање молекулске осе дуж нормале слоја, па се стога називају и упредени нематици.^[21][23][24]

Хирална нематична фаза. Бројилац p се односи на хирални корак (види текст).

Хирални корак, p, односи се на растојање на коме молекули ТК пролазе кроз пуно увијање од 360° (али имајте на уму да се структура хиралне нематичне фазе понавља сваких пола корака, пошто су у овој фази директрисе на 0° и ±180° еквивалентне). Корак, p, се обично мења када се температура промени или када се други молекули додају домаћину ТК (ахирални ТК основни материјал ће формирати хиралну фазу ако је допингован хиралним материјалом), омогућавајући да се корак датог материјала прилагоди у складу с тим. У неким системима течних кристала, корак је истог реда величине као таласна дужина видљиве светлости. То узрокује да ови системи показују јединствена оптичка својства, као што су Брагова рефлексија и ласерска емисија ниског прага,^[36] и та својства се користе у бројним оптичким применама.^[4][23] За случај Брагове рефлексије дозвољена је само рефлексија најнижег реда ако светлост пада дуж хеликоидне осе, док су за коси упад дозвољене рефлексије вишег реда. Холестерични течни кристали такође показују јединствену особину да рефлектују кружно поларизовану светлост када пада дуж хеликоидне осе и елиптично поларизовану ако долази косо.^[37]

Равна ћелија, испуњена ахиралним ТК домаћином допираним оптички активним аналогом Трогове базе, постављена између пара паралелних (А) и укрштених (Б) линеарних поларизатора. Ова допирана мезогена фаза формира самоорганизоване хеликоидне суперструктуре, које омогућавају да одређене таласне дужине светлости прођу кроз укрштене поларизаторе и селективно одражавају одређену таласну дужину светлости.^[38]

Плаве фазе

Плаве фазе су фазе течних кристала које се појављују у температурном опсегу између хиралне нематичне фазе и изотропне течне фазе. Плаве фазе имају правилну тродимензионалну кубну структуру дефеката са периодима решетке од неколико стотина нанометара, па стога показују селективне Брагове рефлексије у опсегу таласних дужина видљиве светлости које одговарају кубној решетки. Теоретски је предвиђено 1981. године да ове фазе могу поседовати икосаедарску симетрију сличну квазикристалима.^[39][40]

Иако су плаве фазе интересантне за брзе модулаторе светлости или подесиве фотонске кристале, оне постоје у веома уском температурном опсегу, обично мањем од неколико келвина. Недавно је показана стабилизација плавих фаза у температурном опсегу већем од 60 K (−213,2 °C; −351,7 °F) укључујући собну температуру (260 to 326 K (−13 to 53 °C; 8 to 127 °F)).^[41][42] Плаве фазе стабилизоване на собној температури омогућавају електро-оптичко пребацивање са временом одзива реда величине $10^{-4}\,\text{s}$.^[43] У мају 2008. године развијен је први ЛЦД панел са режимом плаве фазе.^[44]

Кристали плаве фазе, будући да су периодична кубна структура са опсегом забрањених енергија у опсегу видљивих таласних дужина, могу се сматрати 3Д фотонским кристалима. Производња идеалних кристала плаве фазе у великим запреминама је и даље проблематична, пошто су произведени кристали обично поликристални (плочаста структура) или је величина појединачног кристала ограничена (у опсегу микрометара). Недавно су плаве фазе добијене као идеални 3Д фотонски кристали у великим запреминама стабилизоване и произведене са различитим контролисаним оријентацијама кристалне решетке.^[45]

Дискотичне фазе

Молекули ТК у облику диска могу се оријентисати на начин сличан слоју познатом као дискотична нематична фаза. Ако се дискови спакују у гомиле, фаза се назива дискотична колумна. Сами стубови могу бити организовани у правоугаоне или шестоугаоне низове. Познате су и хиралне дискотичне фазе, сличне хиралној нематичној фази.

Конусне фазе

Конусни молекули ТК, као и у дискотицима, могу формирати колумне фазе. Предвиђене су и друге фазе, као што су неполарни нематик, поларни нематик, stringbean, фазе крофне и лука. Конусне фазе, осим неполарног нематика, су поларне фазе.^[46]

Лиотропни течни кристали

Види још: Лиотропни течни кристал и Колумна фаза

Структура лиотропног течног кристала. Црвене главе молекула сурфактанта су у контакту са водом, док су плави репови молекула сурфактанта уроњени у уље: двослој (лево) и мицела (десно).

Лиотропни течни кристал састоји се од две или више компоненти које показују течно-кристалне особине у одређеним опсезима концентрације. У лиотропним фазама, молекули растварача попуњавају простор око једињења како би обезбедили флуидност система.^[47] За разлику од термотропних течних кристала, ови лиотропни кристали имају још један степен слободе концентрације који им омогућава да индукују различите фазе.

Једињење које има два међусобно немешљива хидрофилна и хидрофобна дела унутар истог молекула назива се амфифилни молекул. Многи амфифилни молекули показују лиотропне течно-кристалне фазне секвенце у зависности од запреминског баланса између хидрофилног дела и хидрофобног дела. Ове структуре се формирају микрофазном сегрегацијом две некомпатибилне компоненте на нанометарској скали. Сапун је свакодневни пример лиотропног течног кристала.

Садржај воде или других молекула растварача мења самосастављене структуре. При веома ниској концентрацији амфифила, молекули ће бити насумично дисперговани без икаквог уређења. При нешто вишој (али и даље ниској) концентрацији, амфифилни молекули ће се спонтано сакупљати у мицеле или везикуле. Ово се ради тако да се хидрофобни реп амфифила „сакрије” у језгру мицеле, излажући хидрофилну (у води растворљиву) површину воденом раствору. Ови сферни објекти се не уређују сами у раствору. При вишој концентрацији, склопови ће постати уређени. Типична фаза је хексагонална колумна фаза, где амфифили формирају дугачке цилиндре (опет са хидрофилном површином) који се распоређују у приближно хексагоналну решетку. Ово се назива фаза средњег сапуна. При још већој концентрацији може се формирати ламеларна фаза (фаза чистог сапуна), wherein extended sheets of amphiphiles are separated by thin layers of water. За неке системе, кубна фаза (која се такође назива вискозна изотропна) може постојати између хексагоналне и ламеларне фазе, у којој се формирају сфере које стварају густу кубну решетку. Ове сфере такође могу бити повезане једна са другом, формирајући двоконтинуалну кубну фазу.

Објекти које стварају амфифили су обично сферни (као у случају мицела), али могу бити и дисколики (бицеле), штапићасти или двоосовински (све три осе мицеле су различите). Ове анизотропне самосастављене наноструктуре се затим могу уредити на сличан начин као што то чине термотропни течни кристали, формирајући велике верзије свих термотропних фаза (као што је нематична фаза штапићастих мицела).

За неке системе, при високим концентрацијама, примећују се инверзне фазе. То јест, може се генерисати инверзна хексагонална колумна фаза (стубови воде инкапсулирани амфифилима) или инверзна мицеларна фаза (узорак течног кристала са сферним шупљинама воде).

Општи напредак фаза, од ниске до високе концентрације амфифила, је:

• Дисконтинуирана кубна фаза (мицеларна кубна фаза)
• Хексагонална фаза (хексагонална колумна фаза) (средња фаза)
• Ламеларна фаза
• Двоконтинуирана кубна фаза
• Обрнута хексагонална колумна фаза
• Инверзна кубна фаза (инверзна мицеларна фаза)

Чак и унутар истих фаза, њихове самосастављене структуре се могу подесити концентрацијом: на пример, у ламеларним фазама, растојања слојева се повећавају са запремином растварача. Пошто се лиотропни течни кристали ослањају на суптилну равнотежу интермолекуларних интеракција, теже је анализирати њихове структуре и својства него структуре и својства термотропних течних кристала. Сличне фазе и карактеристике могу се приметити у немешљивим диблок кополимерима.

Металотропни течни кристали

Фазе течних кристала могу бити засноване и на неорганским фазама ниске тачке топљења, као што је ZnCl₂, које имају структуру формирану од повезаних тетраедара и лако формирају стакла. Додавање дуголанчаних молекула сличних сапуну доводи до низа нових фаза које показују различито течно кристално понашање како у функцији односа неорганско-органског састава, тако и температуре. Ова класа материјала названа је металотропна.^[48]

Лабораторијска анализа мезофаза

Термотропне мезофазе се откривају и карактеришу двема главним методама: првобитна метода је била употреба термалне оптичке микроскопије,^[49][50] у којој је мали узорак материјала постављен између два укрштена поларизатора; узорак је затим загреван и хлађен. Како изотропна фаза не би значајно утицала на поларизацију светлости, она би изгледала веома тамна, док ће фазе кристала и течног кристала поларизовати светлост на једнообразан начин, што доводи до градијената осветљености и боје. Ова метода омогућава карактеризацију одређене фазе, пошто су различите фазе дефинисане њиховим посебним редоследом, који се мора посматрати. Друга метода, диференцијална скенирајућа калориметрија (ДСК),^[49] омогућава прецизније одређивање фазних прелаза и енталпија прелаза. У ДСК-у, мали узорак се загрева на начин који генерише веома прецизну промену температуре у односу на време. Током фазних прелаза, проток топлоте потребан за одржавање ове брзине загревања или хлађења ће се променити. Ове промене се могу посматрати и приписати различитим фазним прелазима, као што су кључни прелази течних кристала.

Лиотропне мезофазе се анализирају на сличан начин, иако су ови експерименти нешто сложенији, јер је концентрација мезогена кључни фактор. Ови експерименти се изводе при различитим концентрацијама мезогена како би се анализирао тај утицај.

Биолошки течни кристали

Лиотропне течно-кристалне фазе су присутне у изобиљу у живим системима, чије се проучавање назива полиморфизам липида. Сходно томе, лиотропни течни кристали привлаче посебну пажњу у области биомиметичке хемије. Конкретно, биолошке мембране и ћелијске мембране су облик течног кристала. Њихови конститутивни молекули (нпр. фосфолипиди) су окомити на површину мембране, али је мембрана флексибилна.^[51] Ови липиди се разликују по облику (погледајте страницу о полиморфизам липида). Саставни молекули могу лако да се мешају, али имају тенденцију да не напуштају мембрану због високих енергетских захтева овог процеса. Молекули липида могу да се пребацују са једне стране мембране на другу, при чему овај процес катализују флипазе и флопазе (у зависности од правца кретања). Ове фазе течно-кристалне мембране такође могу да угосте важне протеине, као што су рецептори који слободно „плутају” унутар или делимично изван мембране, нпр. CTP:фосфохолин цитидилилтрансфераза (CCT).

Многе друге биолошке структуре показују понашање течних кристала. На пример, концентровани раствор протеина који паук екструдира да би створио свилу је, у ствари, фаза течног кристала. Прецизно уређење молекула у свили је критично за њену реномирану снагу. ДНК и многи полипептиди, укључујући активно покретане цитоскелетне филаменте,^[52] такође могу да формирају фазе течних кристала. Монослојеви издужених ћелија су такође описани да показују понашање течних кристала, а повезани тополошки дефекти су повезани са биолошким последицама, укључујући ћелијску смрт и екструзију.^[53] Заједно, ове биолошке примене течних кристала чине важан део тренутних академских истраживања.

Минерални течни кристали

Примери течних кристала могу се наћи и у свету минерала, при чему је већина њих лиотропна. Први откривен био је ванадијум(V) оксид, од стране Цохера 1925. године.^[54] Од тада је откривено и детаљно проучено још неколико.^[55] Постојање праве нематичне фазе у случају фамилије смектитских глина покренуо је Лангмуир 1938. године,^[56] али је дуго остало отворено питање и потврђено је тек недавно.^[57][58] Са брзим развојем нанонаука и синтезом многих нових анизотропних наночестица, број таквих минералних течних кристала брзо расте, на пример, са угљеничним наноцевима и графеном. Откривена је чак и ламеларна фаза, H₃Sb₃P₂O₁₄, која показује хипернабубрење до око 250 nm (9,8×10⁻⁶ in) за међуламеларно растојање.^[33]

Формирање шара у течним кристалима

Види још: Формирање шара

Анизотропија течних кристала је својство које се не примећује у другим флуидима. Ова анизотропија чини да токови течних кристала функционишу другачије од оних код обичних флуида. На пример, убризгавање флукса течног кристала између две блиске паралелне плоче (вискозно прстирање) узрокује спајање оријентације молекула са током, са резултујућом појавом дендритских шара.^[59] Ова анизотропија се такође манифестује у међуповршинској енергији (површински напон) између различитих фаза течних кристала. Ова анизотропија одређује равнотежни облик на температури коегзистенције и толико је јака да се обично појављују фасете. Када се температура промени, једна од фаза расте, формирајући различите морфологије у зависности од промене температуре.^[60] Пошто је раст контролисан дифузијом топлоте, анизотропија у топлотној проводљивости фаворизује раст у одређеним правцима, што такође утиче на коначни облик.^[61]

Теоријски третман течних кристала

Микроскопски теоријски третман флуидних фаза може постати прилично компликован, због велике густине материјала, што значи да се јаке интеракције, одбијања чврстог језгра и корелације више тела не могу занемарити. У случају течних кристала, анизотропија у свим овим интеракцијама додатно компликује анализу. Постоји, међутим, низ прилично једноставних теорија које могу барем предвидети опште понашање фазних прелаза у системима течних кристала.

Директриса

Као што смо већ видели горе, нематични течни кристали се састоје од молекула налик штапу са дугим осама суседних молекула поравнатих приближно једна према другој. Да би се описала ова анизотропна структура, уводи се бездимензионални јединични вектор n који се назива директриса, да представља правац префериране оријентације молекула у близини било које тачке. Пошто не постоји физички поларитет дуж осе директрисе, n и -n су потпуно еквивалентни.^[21]

Параметар уређења

Локална нематична директриса, која је такође локална оптичка оса, дата је просторним и временским просеком дугих молекуларних оса.

Опис течних кристала укључује анализу уређења. Тензорски параметар уређења другог реда, Q тензор, користи се за описивање оријентационог уређења најопштијег двоосовинског нематичног течног кристала. Међутим, за описивање уобичајенијег случаја једноосних нематичних течних кристала довољан је скаларни параметар уређења.^[62] Да би ово било квантитативно, параметар оријентационог уређења се обично дефинише на основу просека другог Лежандровог полинома:

${\displaystyle S=\langle P_{2}(\cos \theta )\rangle =\left\langle {\frac {3\cos ^{2}(\theta )-1}{2}}\right\rangle }$

где је ${\displaystyle \theta }$ угао између молекуларне осе течног кристала и локалне директрисе (што је 'преферирани правац' у запреминском елементу узорка течног кристала, који такође представља његову локалну оптичку осу). Заграде означавају и временски и просторни просек. Ова дефиниција је згодна, јер је за потпуно насумичан и изотропан узорак, $S = 0$, док је за савршено поравнат узорак $S=1$. За типичан узорак течног кристала, $S$ је реда величине 0,3 до 0,8 и генерално се смањује како се температура повећава. Конкретно, оштар пад параметра уређења на 0 примећује се када систем прође кроз фазни прелаз из ТК фазе у изотропну фазу.^[63] Параметар уређења може се експериментално измерити на више начина; на пример, дијамагнетизам, дволом, Раманово расејање, НМР и ЕПР могу се користити за одређивање $S$.^[24]

Уређење течног кристала може се окарактерисати и коришћењем других парних Лежандрових полинома (сви непарни полиноми имају просек нула, пошто директриса може да покаже у било ком од два антипаралелна правца). Ове просечне вредности вишег реда теже се мере, али могу да дају додатне информације о молекуларном уређењу.^[20]

Параметар позиционог уређења се такође користи за описивање уређења течног кристала. Карактерише га варијација густине центра масе молекула течног кристала дуж датог вектора. У случају позиционе варијације дуж z-осе, густина ${\displaystyle \rho (z)}$ је често дата:

${\displaystyle \rho (\mathbf {r} )=\rho (z)=\rho _{0}+\rho _{1}\cos(q_{s}z-\varphi )+\cdots \,}$

Комплексни параметар позиционог уређења дефинисан је као ${\displaystyle \psi (\mathbf {r} )=\rho _{1}(\mathbf {r} )e^{i\varphi (\mathbf {r} )}}$, а ${\displaystyle \rho _{0}}$ је просечна густина. Типично се задржавају само прва два члана, а чланови вишег реда се занемарују пошто се већина фаза може адекватно описати коришћењем синусних функција. За савршен нематик ${\displaystyle \psi =0}$, а за смектичну фазу ${\displaystyle \psi }$ ће попримити комплексне вредности. Комплексна природа овог параметра уређења омогућава многе паралеле између нематичних и смектичних фазних прелаза и прелаза проводника у суперпроводник.^[21]

Онзагеров модел чврстог штапа

Једноставан модел који предвиђа лиотропне фазне прелазе је модел чврстог штапа који је предложио Ларс Онзагер. Ова теорија разматра запремину искључену из центра масе једног идеализованог цилиндра док се приближава другом. Конкретно, ако су цилиндри оријентисани паралелно један другом, постоји врло мала запремина која је искључена из центра масе цилиндра који се приближава (може доћи прилично близу другом цилиндру). Међутим, ако су цилиндри под неким углом један према другом, онда постоји велика запремина која окружује цилиндар у коју центар масе цилиндра који се приближава не може ући (због одбијања чврстог штапа између два идеализована објекта). Дакле, овај угаони распоред види смањење нето позиционе ентропије цилиндра који се приближава (доступно му је мање стања).^[64][65]

Основни увид овде је да, док паралелни распореди анизотропних објеката доводе до смањења оријентационе ентропије, долази до повећања позиционе ентропије. Стога у неким случајевима већи позициони редослед ће бити ентропијски повољан. Ова теорија стога предвиђа да ће раствор објеката у облику штапа проћи кроз фазни прелаз, при довољној концентрацији, у нематичну фазу. Иако је овај модел концептуално користан, његова математичка формулација прави неколико претпоставки које ограничавају његову применљивост на стварне системе.^[65] Проширење Онзагерове теорије предложио је Флор да би се објаснили неептропски ефекти.

Теорија средњег поља Мајера–Заупеа

Ова статистичка теорија, коју су предложили Алфред Заупе и Вилхелм Мајер, укључује доприносе привлачног интермолекуларног потенцијала од индукованог диполног момента између суседних молекула течног кристала налик штапу. Анизотропна привлачност стабилизује паралелно поравнање суседних молекула, а теорија затим разматра просек средњег поља интеракције. Решена самоконзистентно, ова теорија предвиђа термотропне нематично-изотропне фазне прелазе, у складу са експериментом.^[66][67][68] Теорија средњег поља Мајера-Заупеа проширена је на течне кристале велике молекулске тежине укључивањем крутости савијања молекула и коришћењем методе интеграла путање у науци о полимерима.^[69]

Макмиланов модел

Макмиланов модел, који је предложио Вилијам Макмилан,^[70] је проширење теорије средњег поља Мајера-Заупеа које се користи за описивање фазног прелаза течног кристала из нематичне у смектичну А фазу. Предвиђа да фазни прелаз може бити континуиран или дисконтинуиран у зависности од јачине интеракције кратког домета између молекула. Као резултат тога, он омогућава троструку критичну тачку у којој се сусрећу нематична, изотропна и смектична А фаза. Иако предвиђа постојање троструке критичне тачке, не предвиђа успешно њену вредност. Модел користи два параметра уређења који описују оријентациони и позициони редослед течног кристала. Први је једноставно просек другог Лежандровог полинома, а други параметар уређења је дат:

${\displaystyle \sigma =\left\langle \cos \left({\frac {2\pi z_{i}}{d}}\right)\left({\frac {3}{2}}\cos ^{2}\left(\theta _{i}\right)\frac {1}{2}}\right)\right\rangle }$

Вредности z_i, θ_i и d су положај молекула, угао између молекулске осе и директрисе и размак слојева. Постулирана потенцијална енергија једног молекула је дата:

${\displaystyle U_{i}(\theta _{i},z_{i})=-U_{0}\left(S+\alpha \sigma \cos \left({\frac {2\pi z_{i}}{d}}\right)\right)\left({\frac {3}{2}}\cos ^{2}\left(\theta _{i}\right)\frac {1}{2}}\right)}$

Овде константа $\alpha$ квантификује јачину интеракције између суседних молекула. Потенцијал се затим користи за извођење термодинамичких својстава система, претпостављајући топлотну равнотежу. Резултат су две једначине самоконзистентности које се морају нумерички решити, чија су решења три стабилне фазе течног кристала.^[24]

Теорија еластичног континуума

Види још: Густина слободне енергије деформације

У овом формализму, течно кристални материјал се третира као континуум; молекуларни детаљи су потпуно занемарени. Уместо тога, ова теорија разматра пертурбације претпостављеног оријентисаног узорка. Извртања течног кристала се обично описују Франковом густином слободне енергије. Могу се идентификовати три типа деформација које се могу јавити у оријентисаном узорку: (1) увијања материјала, где су суседни молекули приморани да буду под углом један у односу на други, а не поравнати; (2) раширивање материјала, где се савијање јавља окомито на директрису; и (3) савијање материјала, где је деформација паралелна директриси и молекулској оси. Сва три типа деформација повлаче енергетски пенал. То су деформације које су изазване граничним условима на зидовима домена или на кућишту. Одговор материјала се тада може разложити на чланове засноване на еластичним константама које одговарају трима типовима деформација. Теорија еластичног континуума је ефикасно средство за моделирање уређаја са течним кристалима и липидних двослојева.^[71][72]

Спољни утицаји на течне кристале

Научници и инжењери су у могућности да користе течне кристале у разним применама јер спољне пертурбације могу изазвати значајне промене у макроскопским својствима система течних кристала. И електрична и магнетна поља могу се користити за изазивање ових промена. Величина поља, као и брзина којом се молекули поравнавају, важне су карактеристике којима се индустрија бави. Посебни површински третмани могу се користити у уређајима са течним кристалима да би се форсирале специфичне оријентације директрисе.

Ефекти електричног и магнетног поља

Способност директрисе да се поравна дуж спољашњег поља узрокована је електричном природом молекула. Трајни електрични диполи настају када један крај молекула има нето позитивно наелектрисање, док други крај има нето негативно наелектрисање.^[73]

Чак и ако молекул не формира трајни дипол, он и даље може бити под утицајем електричног поља. У неким случајевима, поље производи благо преуређивање електрона и протона у молекулима, тако да долази до индукованог електричног дипола. Иако нису тако јаки као трајни диполи, оријентација са спољним пољем се ипак дешава.

Одговор било ког система на спољашње електрично поље је

${\displaystyle D_{i}=\epsilon _{0}E_{i}+P_{i}}$

где су ${\displaystyle E_{i}}$, ${\displaystyle D_{i}}$ и ${\displaystyle P_{i}}$ компоненте електричног поља, поља електричног померања и густине поларизације. Електрична енергија по јединици запремине ускладиштена у систему је

${\displaystyle f_{\text{elec}}=\frac {1}{2}}D_{i}E_{i}}$Прекорачена је граница дубине језичког претварача (10)\frac {1}{2}}D_{i}E_{i}}"/>

(сумирање преко двапут појављеног индекса $i$). У нематичним течним кристалима, поларизација и електрично померање линеарно зависе од смера електричног поља. Поларизација треба да буде парна у директриси пошто су течни кристали инваријантни при рефлексијама ${\displaystyle n}$. Најопштији облик изражавања ${\displaystyle D}$ је

${\displaystyle D_{i}=\epsilon _{0}\epsilon _{\bot }E_{i}+\left(\epsilon _{\parallel \epsilon _{\bot }\right)n_{i}n_{j}E_{j}}$

(сумирање преко индекса ${\displaystyle j}$) са ${\displaystyle \epsilon _{\bot }}$ и ${\displaystyle \epsilon _{\parallel }}$ електричном пермитивношћу паралелно и окомито на директрису ${\displaystyle n}$. Тада је густина енергије (занемарујући константне чланове који не доприносе динамици система)^[74]

${\displaystyle f_{\text{elec}}=\frac {1}{2}}\epsilon _{0}\left(\epsilon _{\parallel \epsilon _{\bot }\right)\left(E_{i}n_{i}\right)^{2}}$

(сумирање преко ${\displaystyle i}$). Ако је ${\displaystyle \epsilon _{\parallel \epsilon _{\bot }}$ позитивно, онда се минимум енергије постиже када су ${\displaystyle E}$ и ${\displaystyle n}$ паралелни. То значи да ће систем фаворизовати поравнавање течног кристала са споља примењеним електричним пољем. Ако је ${\displaystyle \epsilon _{\parallel \epsilon _{\bot }}$ негативно, онда се минимум енергије постиже када су ${\displaystyle E}$ и ${\displaystyle n}$ окомити (у нематицима је окомита оријентација дегенерисана, што омогућава појаву вртлога^[75]).

Разлика ${\displaystyle \Delta \epsilon =\epsilon _{\parallel }-\epsilon _{\bot }}$ се назива диелектрична анизотропија и важан је параметар у применама течних кристала. Постоје комерцијални течни кристали са ${\displaystyle \Delta \epsilon >0}$ и ${\displaystyle \Delta \epsilon <0}$. 5CB и мешавина течних кристала E7 су два често коришћена течна кристала са ${\displaystyle \Delta \epsilon >0/}$. MBBA је уобичајени течни кристал са ${\displaystyle \Delta \epsilon <0}$.

Ефекти магнетних поља на молекуле течних кристала аналогни су електричним пољима. Пошто магнетна поља генеришу покретна електрична наелектрисања, трајни магнетни диполи се производе електронима који се крећу око атома. Када се примени магнетно поље, молекули ће тежити да се поравнају са пољем или против њега. Електромагнетно зрачење, нпр. УВ-видљива светлост, може утицати на течне кристале осетљиве на светлост који углавном носе барем једну јединицу која се може фото-пребацивати.^[76]

Припреме површина

Види још: Слојеви за поравнање

У одсуству спољашњег поља, директриса течног кристала може слободно да покаже у било ком правцу. Међутим, могуће је присилити директрису да покаже у одређеном правцу увођењем спољашњег агенса у систем. На пример, када се танак полимерни премаз (обично полимид) рашири на стаклену подлогу и трља у једном правцу крпом, примећује се да се молекули течног кристала у контакту са том површином поравнавају са смером трљања. Тренутно прихваћени механизам за то се сматра епитаксијалним растом слојева течних кристала на делимично поравнатим полимерним ланцима у близу површинских слојева полиимида.

Неке хемикалије течних кристала се такође поравнавају са 'командном површином' која је заузврат поравната електричним пољем поларизоване светлости. Овај процес се назива фотопоравнање.

Фредериксов прелаз

Конкуренција између оријентације произведене површинским усидрењем и ефектима електричног поља често се користи у уређајима са течним кристалима. Размотримо случај у коме су молекули течних кристала поравнати паралелно са површином и електрично поље је примењено окомито на ћелију. У почетку, како се електрично поље повећава у магнитуди, не долази до промене у поравнању. Међутим, при прагу магнитуде електричног поља, долази до деформације. Деформација настаје када директриса промени своју оријентацију са једног молекула на други. Појава такве промене из поравнатог у деформисано стање назива се Фредериксов прелаз и такође се може произвести применом магнетног поља довољне јачине.

Фредериксов прелаз је фундаменталан за рад многих течно-кристалних дисплеја јер се оријентација директрисе (а самим тим и својства) може лако контролисати применом поља.

Ефекат хиралности

Као што је већ описано, хирални молекули течних кристала обично доводе до хиралних мезофаза. То значи да молекул мора поседовати неки облик асиметрије, обично стереогени центар. Додатни захтев је да систем не буде рацемат: мешавина десноруких и леворуких молекула ће поништити хирални ефекат. Међутим, због кооперативне природе уређења течног кристала, мала количина хиралног допанта у иначе ахиралној мезофази често је довољна да изабере једно „руковање” домена, чинећи систем у целини хиралним.

Хиралне фазе обично имају хеликоидно увијање молекула. Ако је корак овог увијања реда величине таласне дужине видљиве светлости, могу се приметити занимљиви ефекти оптичке интерференције. Хирално увијање које се јавља у хиралним ТК фазама такође чини да систем различито реагује на десноруку и леворуку кружно поларизовану светлост. Ови материјали се стога могу користити као филтери поларизације.^[77]

Могуће је да хирални молекули ТК производе суштински ахиралне мезофазе. На пример, у одређеним опсезима концентрације и молекулске тежине, ДНК ће формирати ахиралну линеарну хексатичну фазу. Занимљиво недавно запажање је формирање хиралних мезофаза од ахиралних молекула ТК. Конкретно, показало се да молекули са савијеним језгром (понекад названи банана течни кристали) формирају фазе течних кристала које су хиралне.^[78] У било ком конкретном узорку, различити домени ће имати супротно руковање, али ће унутар било ког датог домена бити присутно снажно хирално уређење. Механизам појављивања ове макроскопске хиралности још увек није потпуно јасан. Чини се да се молекули слажу у слојеве и оријентишу се на нагнут начин унутар слојева. Ове фазе течних кристала могу бити фероелектричне или антифероелектричне, а обе су интересантне за примену.^[79][80]

Хиралност се такође може уградити у фазу додавањем хиралног допанта, који сам не мора да формира ТК. Упредене нематичне или супер-упредене нематичне мешавине често садрже малу количину таквих допаната.

Примене течних кристала

Види још: Течни кристални дисплеј

Структура течно-кристалног дисплеја: 1 – вертикални филтер за поларизацију, 2, 4 – стакло са електродама, 3 – течни кристали, 5 – хоризонтални филтер за поларизацију, 6 – рефлектор

„Wikipedia” приказана на ЛЦД-у

Течни кристали налазе широку примену у течно-кристалним дисплејима, који се ослањају на оптичка својства одређених течно-кристалних супстанци у присуству или одсуству електричног поља. У типичном уређају, слој течног кристала (обично 4 μm дебео) налази се између два поларизатора који су укрштени (оријентисани под углом од 90° један према другом). Поравнање течног кристала је изабрано тако да његова опуштена фаза буде увијена (погледајте Упредени нематични ефекат поља).^[8] Ова увијена фаза преоријентише светлост која је прошла кроз први поларизатор, омогућавајући њен пренос кроз други поларизатор (и рефлектује се назад до посматрача ако је обезбеђен рефлектор). Уређај стога изгледа провидан. Када се електрично поље примени на слој ТК, дуге молекулске осе теже да се поравнају паралелно са електричним пољем, чиме се постепено одмотавају у центру слоја течног кристала. У овом стању, молекули ТК не преоријентишу светлост, тако да се светлост поларизована на првом поларизатору апсорбује на другом поларизатору, а уређај губи транспарентност са повећањем напона. На овај начин, електрично поље се може користити да се пиксел пребацује између прозирног или непрозирног на команду. Системи ЛЦД-а у боји користе исту технику, са филтерима боја који се користе за генерисање црвених, зелених и плавих пиксела.^[8] Хирални смектични течни кристали се користе у фероелектричним ЛЦД-овима који су брзи бинарни модулатори светлости. Слични принципи се могу користити за израду других оптичких уређаја заснованих на течним кристалима.^[81]

Течни кристални подесиви филтери се користе као електро-оптички уређаји,^[82][83] нпр., у хиперспектралном снимању.

Термотропни хирални ТК чији корак варира у великој мери са температуром могу се користити као груби термометри са течним кристалима, јер ће се боја материјала променити када се корак промени. Прелази боје течних кристала користе се на многим термометрима за акваријуме и базене, као и на термометрима за бебе или купање.^[84] Други материјали течних кристала мењају боју када су растегнути или под стресом. Стога се листови течних кристала често користе у индустрији за тражење врућих тачака, мапирање протока топлоте, мерење образаца расподеле напрезања, и тако даље. Течни кристал у течном облику се користи за откривање електрично генерисаних врућих тачака за анализу грешака у индустрији полупроводника.^[85]

Сочива са течним кристалима конвергирају или дивергирају упадно светло подешавањем индекса преламања слоја течног кристала са примењеним напоном или температуром. Генерално, сочива са течним кристалима генеришу параболичну дистрибуцију индекса преламања распоређивањем молекуларних оријентација. Због тога се раван талас преобликује у параболични таласни фронт помоћу сочива са течним кристалима. Жижна даљина сочива са течним кристалима може бити континуирано подесива када се спољашње електрично поље може правилно подесити. Сочива са течним кристалима су врста адаптивна оптика. Системи за снимање могу имати користи од корекције фокусирања, подешавања равни слике или промене опсега дубине поља или дубина фокуса. Сочиво са течним кристалима је један од кандидата за развој уређаја за корекцију вида за кратковидост и презбиопија (нпр. подесиве наочаре и паметна контактна сочива).^[86][87] Будући да је оптички фазни модулатор, сочиво са течним кристалима има просторно променљиву дужину оптичке путање (тј. дужина оптичке путање као функција координате своје зенице). У различитим системима за снимање, потребна функција дужине оптичке путање варира од једног до другог. На пример, за конвергирање равног таласа у тачку ограничену дифракцијом, за физички-равну структуру течног кристала, индекс преламања слоја течног кристала треба да буде сферичан или параболоидан под параксијалном апроксимацијом. Што се тиче пројектовања слика или осећаја објеката, може се очекивати да сочиво течног кристала има асферичну дистрибуцију дужине оптичке путање преко његовог отвора интереса. Сочива са течним кристалима са електрично подесивим индексом преламања (адресирањем различите магнитуде електричног поља на слоју течног кристала) имају потенцијал да постигну произвољну функцију дужине оптичке путање за модулацију долазног таласног фронта; тренутни елементи оптике слободног облика течног кристала проширени су из сочива течних кристала са истим оптичким механизмима.^[88] Примене сочива са течним кристалима укључују пико-пројекторе, корективна сочива (наочаре или контактна сочива), камере за паметне телефоне, проширену стварност, виртуелну стварност итд.

Ласери са течним кристалима користе течни кристал у ласерском медијуму као механизам расподељене повратне спреге уместо спољашњих огледала. Емисија на фотонском опсегу забрањених енергија створеном периодичном диелектричном структуром течног кристала даје уређај ниског прага и високог излаза са стабилном монохроматском емисијом.^[36][89]

Листови и ролне течног кристала дисперговани полимером (PDLC) доступни су као паметни филм са лепљивом подлогом који се може применити на прозоре и електрично пребацивати између прозирног и непрозирног како би се обезбедила приватност.

Многи уобичајени флуиди, као што је сапуница, су у ствари течни кристали. Сапун формира различите фазе ТК у зависности од његове концентрације у води.^[90]

Филмови течних кристала су револуционисали свет технологије. Тренутно се користе у најразличитијим уређајима, као што су дигитални сатови, мобилни телефони, калкулатори и телевизори. Могућа је употреба филмова течних кристала у уређајима за оптичку меморију, са процесом сличним снимању и читању ЦД-ова и ДВД-ова.^[91][92]

Течни кристали се такође користе као основна технологија за имитацију квантних рачунара, користећи електрична поља за манипулацију оријентацијом молекула течног кристала, за складиштење података и кодирање различите вредности за сваки различити степен неусклађености са другим молекулима.^[93][94]