W jaki sposób ciekłe kryształy wkradły się do lotnictwa?

Gdy ciekłe kryształy zostały dopiero co odkryte, naukowcy traktowali je jako ciekawostkę niemającą praktycznego zastosowania w codziennym życiu. Ponad 100 lat później zdominowały one niemal każdą dziedzinę zaczynając od medycyny, przez kosmetyki, a kończąc na transporcie, w tym m.in. w lotnictwie, na którym dziś się skupimy.

Jak sama nazwa wskazuje, ciekłe kryształy to połączenie cieczy i fazy krystalicznej. Ale w jaki sposób połączyć kompletnie kontrastujące ze sobą stany? W fazie krystalicznej cząsteczki są bardzo uporządkowane i nie mogą swobodnie się przemieszczać. W cieczach z kolei mają one możliwość poruszania się. Cząsteczki ciekłych kryształów mają więc częściową swobodę poruszania się i są tylko częściowo uporządkowane. Ponadto substancje te wyróżniają się możliwością płynięcia. A jakie to płynięcie jest? Wszystko zależy od rodzaju ciekłego kryształu. Niektóre zachowują się jak miód, a inne jak woda.

Ciekłe kryształy zostały odkryte… całkowicie przypadkowo! Austriacki botanik, Friedrich Reinitzer, w 1888 roku skupił się na badaniu benzoesanu cholesterolu. W trakcie pracy zauważył, że substancja ma aż dwie temperatury topnienia, a w każdej z nich zachowuje się kompletnie inaczej. Pierwsze topnienie osiągnięto w temperaturze 145,5°C obserwując przy tym mętnienie cieczy, a do drugiego doszło przy około 175° C. Otrzymany wówczas płyn był klarowny.

W historii tych substancji zapisało się kilka innych wielkich nazwisk, takich jak choćby Lehman, który stwierdził, że faza pomiędzy dwoma temperaturami topnienia jest nowym stanem skupienia materii bądź Friedel dokonujący podziału ciekłych kryształów na nematyki, smektyki i cholesteryki.

Przez lata ciekłe kryształy zaczęły zyskiwać na popularności i to nie tylko wśród naukowców czy inżynierów, lecz również u artystów. Choć o gustach się nie dyskutuje, trzeba przyznać, że faza ta jest dość… nieciekawa w większej objętości. Sytuacja zmienia się diametralnie, gdy ciekły kryształ umieścimy pod mikroskopem. Staje się wówczas najpiękniejszą rzeczą, jaką można zobaczyć przez okular.

Ciekły kryształ pod mikroskopem (fot. Ingo Dierking/Wikimedia Commons)

Ciekłe kryształy okazały się być bardzo wszechstronnymi substancjami, dzięki czemu zaczęto pożądać ich w wielu dziedzinach. Znalazły zastosowanie m.in. w termometrach bezrtęciowych w kształcie paska folii, kosmetyce (kremy z ciekłymi kryształami w składzie zapobiegają utracie wody z naskórka), wykrywaniu pęknięć na powierzchniach przezroczystych, termografii, zabawkach zmieniających kolor przy zmianie temperatury i w wyświetlaczach telefonów oraz komputerów.

Przykro mi, ale od ciekłych kryształów nie uciekniecie i każdy z Was je posiada ale w różnej formie, nawet jeśli używacie nieco starszej technologii. Ciekłe kryształy bowiem pomagają w utrzymywaniu spójności w wielu układach biologicznych. Zagnieździły się one tym samym chociażby w ścianach komórek w organizmie.

To właśnie wyświetlacze ciekłokrystaliczne, znane bliżej jako LCD, zrewolucjonizowały rynek i zaczęły wypierać kineskopowe odpowiedniki. Na takie decyzje wpływają między innymi nieustannie malejące ceny ekranów LCD, szeroki kąt patrzenia, lepsze parametry obrazu.

Ale jak ma się to do lotnictwa?

Dynamiczny rozwój branży lotniczej wymaga ciągłego wprowadzania innowacji. Mniejsze samoloty typu Cessna są wyposażone w monitory i wyświetlacze kineskopowe, które po upływie ich żywotności nie są opłacalne pod względem naprawy. Dlatego też producenci starają się umieszczać w kabinach ciekłokrystaliczne odpowiedniki, które są lżejsze i zużywają mniej energii. Waga maszyny ma ogromne znaczenie w kontekście bezpieczeństwa oraz ekonomii lotu i wygody pasażerów. Myślę, że idealnym przykładem jej roli jest lot nad Antarktydą. Przelot nad tym kontynentem wymaga m.in. umieszczenia specjalistycznego sprzętu na pokładzie. To z kolei sprawia, że w podróż zabiera się mniejszą ilość pasażerów z bardziej ograniczonym bagażem.

W budowie symulatora ALX naszego rodzimego przewoźnika, czyli PLL LOT, znalazło się miejsce na wyświetlacze ciekłokrystaliczne. Symulator ten służy do szkolenia pilotów turystycznych i zawodowych, a także pomaga w przygotowaniach do pracy w samolotach odrzutowych oraz wielosilnikowych.

Firma Sharp z kolei wyposażyła Boeinga 787 Dreamlinera w specjalne, wytrzymalsze na różnicę ciśnień i temperatur oraz wstrząsy wyświetlacze LCD.

Ekrany ciekłokrystaliczne pozwalają pilotom skupić się na najważniejszych informacjach w kokpicie ze względu na czytelność osiągającą wysoki poziom. Choć substancje te nie zdominowały lotnictwa całkowicie, od wielu już lat liczne przedsiębiorstwa, w tym m.in. Jet Aviation, dążą do ich maksymalnego wykorzystania.