طور كيميائيون من جامعة فاندربيلت في الولايات المتحدة نوعًا جديدًا من البلورات السائلة ذات خصائص إلكترونية فريدة يمكنها تحسين أداء شاشات العرض الرقمية المستخدمة اليوم في أجهزة مثل الساعات الرقمية وأجهزة التلفزيون ذات الشاشات المسطحة.
طور كيميائيون من جامعة فاندربيلت في الولايات المتحدة نوعًا جديدًا من البلورات السائلة ذات خصائص إلكترونية فريدة يمكنها تحسين أداء شاشات العرض الرقمية المستخدمة اليوم في أجهزة مثل الساعات الرقمية وأجهزة التلفزيون ذات الشاشات المسطحة.
هذا الإنجاز، الذي جاء بعد جهد بحثي دام أكثر من خمس سنوات، وصفه أستاذ الكيمياء بيوتر كاسزينسكي في مقالتين منشورتين في المجلة العلمية Journal of Materials Chemistry.
وقال الباحث: "لقد طورنا بلورات سائلة ذات قيمة غير مسبوقة من ثنائي القطب الكهربائي، وهي ضعف وأكثر من تلك الموجودة في البلورات السائلة الموجودة". يتشكل ثنائي القطب الكهربائي في القطبين نتيجة لفصل الشحنات الموجبة والشحنات السالبة. كلما كانت الشحنات أكبر وبعيدة عن بعضها البعض، كلما ارتفع ثنائي القطب الكهربائي الناتج.
في البلورات السائلة (دخول ويكيبيديا) ، يعتمد ثنائي القطب الكهربائي على معدل عتبة الجهد الكهربائي: قيمة الجهد الكهربائي الأدنى الذي تبدأ عنده البلورات السائلة في العمل. يسمح القطب الثنائي الأعلى بمعدل عتبة أقل. بالإضافة إلى ذلك، يعد ثنائي القطب عاملاً رئيسيًا في مدى سرعة قدرة البلورة السائلة على الانتقال من الحالة المضيئة إلى الحالة المظلمة. عند جهد معين، تكون البلورات السائلة ذات الانتقال ثنائي القطب الأعلى بين هذه الحالات أسرع من تلك ذات ثنائي القطب الأقل.
وقدم باحثو الجامعة طلب براءة اختراع للنوع الجديد من المواد التي طوروها. وقد أعرب عدد من الشركات التي تنتج البلورات السائلة للتطبيقات التجارية بالفعل عن اهتمامها بالمواد المبتكرة ويتم الآن تقييمها من قبلها.
ويشير الباحث إلى أن "بلوراتنا السائلة تتمتع بخصائص أساسية تجعلها مناسبة للتطبيقات العملية، ولكن يجب اختبارها بشكل أكبر لقياس متانتها وطول عمرها بالإضافة إلى خصائص أخرى مماثلة قبل أن يمكن استخدامها في المنتجات التجارية".
إذا نجحت هذه الأنواع الجديدة من البلورات السائلة في اجتياز الاختبارات التجارية، فستكون إضافة إلى الخلائط الجزيئية المعقدة المستخدمة في شاشات العرض المعتمدة على البلورات السائلة. تشتمل هذه الخلائط على أنواع مختلفة من البلورات السائلة والمواد المضافة الأخرى المصممة لضبط خصائصها، بما في ذلك اللزوجة ونطاق درجة الحرارة والخواص الضوئية والكهربائية والاستقرار الكيميائي. هناك العشرات من التصميمات المختلفة لشاشات الكريستال السائل ويتطلب كل منها خليطًا مختلفًا قليلاً.
تعتبر البلورات السائلة المبتكرة مهمة ليس تجاريًا فحسب، بل علميًا أيضًا. ومنذ الاكتشافات عام 1888، اكتشف العلماء أكثر من مائة ألف مركب طبيعي وصناعي ذو طبيعة بلورية سائلة. وخلص العلماء إلى أن أحد الشروط الأساسية لوجود هذه الحالة هو شكل فرودا - يجب أن يكون على شكل قضيب أو لوح. الشرط الثاني: أن يشتمل على مكون مرن وعنصر جامد. مطلوب توازن دقيق بين هذين العاملين أو القوى المتعارضة لإنشاء مادة تقع في منتصف الطريق تمامًا بين الحالة الصلبة والحالة السائلة. ومع ذلك، لا يزال هناك غموض كبير حول هذه الحالة غير العادية التي لم يتمكن العلماء من إزالتها. على سبيل المثال، لا يزال العلماء يحاولون تحديد تأثير ثنائي القطب الكهربائي في البلورة السائلة على درجة الحرارة الدقيقة التي تتحول عندها المادة إلى سائل. ينص الإجماع العام الحالي على أن زيادة قوة ثنائي القطب تتميز بزيادة درجة حرارة التحول. تسمح العملية الاصطناعية لإنتاج البلورات السائلة المبتكرة للباحثين باختبار هذا الادعاء من خلال تحضير زوج من البلورات السائلة بنفس الشكل ولكن بقيم ثنائية القطب مختلفة وقياس درجات الحرارة الانتقالية الخاصة بها. ووجدوا أن الاختلافات الهيكلية الصغيرة لها تأثير أكبر بكثير على درجة الحرارة الانتقالية من التغيرات في قوة ثنائي القطب الكهربائي.
السمة المميزة لهذا النوع الجديد من البلورات السائلة هي تركيبها الأيوني. ديونات (دخول ويكيبيديا) هي مركبات كيميائية ذات شحنة كهربائية إجمالية صفر وتحتوي على مجموعات منفصلة سالبة وإيجابية الشحنة. تحتوي البلورات السائلة المبتكرة التي تم تطويرها على ديون يتكون من مكون غير عضوي سالب الشحنة ومكون عضوي موجب الشحنة. كانت لدى الباحث فكرة تحضير بلورات سائلة ذات بنية ثنائية الأيونية منذ 17 عامًا عندما وصل لتوه إلى جامعة فاندربيلت. ومع ذلك، كان العنصر الكيميائي الأساسي اللازم لذلك مفقودًا. لم يكن الأمر كذلك حتى عام 2002 عندما اكتشف الكيميائيون الألمان الإجراء الكيميائي الذي سمح لباحثي فاندربيلت بالنجاح في تجاربهم.
