𝐊𝐚𝐫𝐭𝐤𝐚 𝐳 𝐊𝐚𝐥𝐞𝐧𝐝𝐚𝐫𝐳𝐚
📆 15 lipca
Światowy Dzień Bez Telefonu Komórkowego
📵 Co kryją w sobie struktury zbudowane z cząsteczek w kształcie banana? I co to ma wspólnego z telefonem komórkowym?
Wyjaśnia dr hab. Katarzyna Merkel, prof. UŚ z Instytut Inżynierii Materiałowej Wydziału Nauk Ścisłych i Technicznych UŚ.
📵 Jak przeżyć dzień bez dzwonienia, smsowania, robienia zdjęć, przeglądania Internetu i jeszcze wielu rzeczy, na które pozwalają nasze telefony i smartfony? A jednak internauci na całym świecie już od kilkunastu lat nawołują do wyłączenia komórki na 24 godziny w dniu 15 lipca.
📵 To nieoficjalne święto ma nam przypomnieć, że istnieje życie bez telefonu. Może to być także dobra okazja do zastanowienia się nad tym, czym jest komórka i jakie „skarby” w sobie kryje.
📵 Kiedy korzystamy z telefonu, tabletu czy laptopa, patrzymy na nie niemal cały czas. Zazwyczaj nie zdajemy sobie sprawy, że za obrazem wyświetlanym na ekranie kryje się interesująca technologia.
Ekrany typu LCD, czyli 𝗟𝗶𝗾𝘂𝗶𝗱 𝗖𝗿𝘆𝘀𝘁𝗮𝗹 𝗗𝗶𝘀𝗽𝗹𝗮𝘆, stosowane obecnie na szeroką skalę wyświetlają obraz składający się z milionów osobnych komórek, które przekładają się na ich rozdzielczość. Wszystkie bazują na kilku zjawiskach – na polaryzacji światła, odkrytej w 1808 r. przez E. Malusa, oraz na faktach, że ciekłe kryształy mogą przepuszczać i zmieniać polaryzację uprzednio spolaryzowanego światła, że struktura takiego kryształu zmienia się po przyłożeniu do niego napięcia oraz na istnieniu przezroczystych substancji, które przewodzą prąd. W skrócie idea działania LCD opiera się na wykorzystaniu zmiany polaryzacji światła na skutek zmian orientacji ciekłego kryształu pod wpływem pola elektrycznego.
📵 Podstawowym elementem, bez którego nie moglibyśmy np. czytać tego tekstu na ekranie komputera, są ciekłe kryształy. Są to, zazwyczaj organiczne substancje, które znajdują się w stanie ciekłokrystalicznym. Stan ten oznacza, że substancja taka posiada unikalne połączenie właściwości cieczy i struktur krystalicznych, czyli płynność powiązana z uporządkowaniem. Pociąga to za sobą anizotropię niektórych właściwości fizycznych takich substancji, m.in. dielektrycznych i optycznych. O ich właściwościach fizycznych decyduje ich rozmieszczenie w przestrzeni. Wśród struktur ciekłokrystalicznych najbardziej popularne i poznane są nematyki. W pewnym momencie wydawało się, że zainteresowanie tymi materiałami spada. Jednakże zaskakujące odkrycia ostatnich 10 lat sprawiają jednak, że znów spoglądamy na nie z zaciekawieniem. Każde z odkryć przybliża nas do głębszego zrozumienia fazy nematycznej.
📵 Zacznijmy od tego, co kryje się pod nazwą nematyki – są to substancje, w której molekuły są ułożone w pewien określony sposób. Cząsteczki muszą przyjmować wydłużony kształt przypominające zapałki. Gdy rzucimy je swobodnie, na przykład na wodę, ich rozkład będzie przypadkowy. Jeśli zaczniemy tę ciecz ściskać, wówczas one samoczynnie zaczną się układać w jednym, określonym kierunku. Tak samo dzieje się z cząsteczkami, a stan, w którym są one ułożone w jednym kierunku, nazywamy fazą ciekłokrystaliczną. Większość molekuł w tej fazie ma kształt prętopodobny. Zdarzają się jednak i takie, które przypominają… banany 🍌. Są zatem lekko zgięte. Zasadnicza różnica dotyczy rotacji wokół osi takiej cząsteczki.
📵 Kształt molekuł i ich przestrzenny rozkład mają kluczowe znaczenie dla właściwości materiału, wpływają bowiem na tworzenie się faz, w tym fazy nematycznej skręconej – niezwykle interesującej pod względem aplikacyjności w elektrooptyce.
Wyobraźmy sobie molekuły o kształcie banana, kiedy zaczynają się porządkować, a dokładniej – stykać końcami, tworzą układy śrubowe przypominające helisę 🧬. Mamy bowiem do czynienia z tzw. cząsteczką niechiralną czyli, że cząsteczka wyjściowa i jej lustrzane odbicie są identyczne. Cząsteczki te tworzą jednak struktury chiralne. Z taką sytuacją mamy do czynienia w przypadku niechiralnych desek, z których ktoś wykonał kręcone, a więc chiralne schody. To przełomowe odkrycie!
📵 Takie złamanie symetrii dla banano-podobnych cząsteczek prowadzi do powstania nowego nematycznego porządku. Helisa otrzymana w wyniku uporządkowanych molekuł według ich długiej osi może być prawo- lub lewoskrętna. Na taki układ można następnie oddziaływać polem elektrycznym, co powoduje deformacje struktury i otwiera tym samym nową przestrzeń aplikacyjną opisywanych układów. Z powodzeniem mogą być wykorzystywane na przykład do budowania szybkich przetworników w telekomunikacji.
📵 W naszym laboratorium udało nam się zaobserwować i opisać nową, modulowaną przestrzennie nematyczną symetrię stanu podstawowego. Otóż, banano-podobny kształt molekuł i sposób ich uporządkowania w fazie nematycznej wpływa na dynamikę całego układu. Owa dynamika zależy od podniesionej do kwadratu wartości skoku helisy. Dzięki tak uporządkowanemu układowi udało nam się skrócić kilkukrotnie skok helisy, co oznacza niezwykle szybką reakcję elektrooptyczną układu. Dzięki temu przesyłanie informacji może być nawet tysiąckrotnie szybsze w porównaniu do klasycznych materiałów nematycznych, a to daje możliwość kolejnych interesujących zastosowań – na przykład w przemyśle wojskowym.
Zrób wakacje swoim oczom – odłóż telefon.
Badania prowadzone przez naukowców/ Katarzynę Merkel i Antoniego Kocota z Uniwersytetu Śląskiego koncentrują się przede wszystkim na analizie fizycznych właściwości tych materiałów w relacji do ich struktury.