סוג חדש של גבישים נוזליים לצגים דיגיטאליים

כימאים מאוניברסיטת וונדרבליט בארה"ב פיתחו סוג חדש של גבישים נוזליים בעלי תכונות אלקטרוניות ייחודיות שיוכלו לשפר את הביצועים של צגים דיגיטאליים המשמשים היום במכשירים כדוגמת שעונים דיגיטאליים וטלוויזיות בעלות צג שטוח
.

כימאים מאוניברסיטת וונדרבליט בארה"ב פיתחו סוג חדש של גבישים נוזליים בעלי תכונות אלקטרוניות ייחודיות שיוכלו לשפר את הביצועים של צגים דיגיטאליים המשמשים היום במכשירים כדוגמת שעונים דיגיטאליים וטלוויזיות בעלות צג שטוח.
ההישג, שהגיע לאחר מאמץ מחקרי של יותר מחמש שנים, מתואר ע"י הפרופסור לכימיה Piotr Kaszynski בצמד מאמרים שפורסם בכתב-העת המדעי Journal of Materials Chemistry.
"פיתחנו גבישים נוזליים בעלי ערך חסר-תקדים של דו-קוטב חשמלי, שהינו כפול ויותר מזה המצוי בגבישים נוזליים קיימים," אמר החוקר. דו-קוטב חשמלי נוצר בפרודות בשל ההיפרדות של מטענים חיוביים ומטענים שליליים. ככל שהמטענים גדולים ומרוחקים יותר האחד מהשני, כך גבוה יותר הדו-קוטב החשמלי הנוצר.
בגבישים נוזליים דו-הקוטב החשמלי תלוי בשיעור סף של מתח חשמלי: ערך המתח החשמלי המזערי שבו מתחילים לפעול הגבישים הנוזליים. דו-קוטב גבוה יותר מאפשר שיעור סף נמוך יותר. בנוסף לכך, דו-הקוטב הוא גורם מפתח באשר למהירות שבה הגביש הנוזלי מסוגל לעבור בין מצב מאיר למצב חשוך. במתח חשמלי מסוים, גבישים נוזליים בעלי דו-קוטב גבוה יותר עוברים בין מצבים אלו במהירות גבוהה יותר מאשר באלו שבהם דו-הקוטב נמוך יותר.
חוקרי האוניברסיטה הגישו בקשה לפטנט על הסוג החדש של החומרים שפותחו על-ידם. מספר חברות המייצרות גבישים נוזליים ליישומים מסחריים כבר הביעו עניין בחומרים החדשניים וכעת הם עוברים הערכה על-ידן.
"לגבישים הנוזליים שלנו יש תכונות בסיסיות ההופכות אותם למתאימים עבור יישומים מעשיים, אולם חייבים לבחון אותם עוד בכדי לאמוד את העמידות ואורך-החיים שלהם וכן מאפיינים דומים אחרים לפני שיוכלו לשמש במוצרים מסחריים," מציין החוקר.
אם הסוג החדש של הגבישים הנוזליים הללו יעבור בהצלחה את המבדקים המסחריים, הם יהוו תוספת לתערובות המולקולאריות המורכבות המשמשות בצגים מבוססי גבישים נוזליים. תערובות אלו משלבות בתוכן סוגים שונים של גבישים נוזליים ותוספים אחרים שנועדו לשם כוונון תכונותיהם, בכלל זה צמיגות, טווח טמפרטורות, מאפיינים אופטיים וחשמליים ויציבות כימית. קיימים עשרות עיצובים שונים של צגי גבישים נוזליים וכל אחד מהם מחייב תערובת מעט שונה.
הגבישים הנוזליים החדשניים חשובים לא רק מבחינה מסחרית אלא גם מבחינה מדעית. מאז גילויים בשנת 1888, מדענים חשפו יותר ממאה אלפי תרכובות טבעיות וסינתטיות בעלות אופי של גביש נוזלי. המדענים הגיעו לכלל קביעה כי אחד מהתנאים המוקדמים לקיומו של מצב זה הוא צורתה של הפרודה – היא חייבת להיות בצורת מוט או דסקה. תנאי שני הוא בכך שהיא חייבת להכיל הן רכיב גמיש והן רכיב קשיח. נדרש איזון עדין בין שני גורמים או כוחות מנוגדים אלו בכדי ליצור חומר המצוי בדיוק באמצע הדרך שבין מצב מוצק למצב נוזלי. אולם, עדיין קיימת אי-בהירות גדולה לגביי מצב בלתי-רגיל זה שהמדענים לא הצליחו להסיר. לדוגמא, מדענים עדיין מנסים לקבוע מהי ההשפעה של דו-קוטב חשמלי המצוי בגביש נוזלי על הטמפרטורה המדויקת שבה החומר הופך לנוזל. ההסכמה הכללית הנוכחית טוענת כי הגברת עוצמת דו-הקוטב מתאפיינת בהגברת טמפרטורת מעבר זו. התהליך הסינתטי לייצורם של הגבישים הנוזליים החדשניים מאפשר לחוקרים לבחון את הטענה הזו באמצעות הכנת צמד גבישים נוזליים בעלי אותה הצורה אך עם ערכי דו-קוטב שונים ומדידת טמפרטורות המעבר שלהם. הם מצאו כי להבדלים מבניים פעוטים ישנה השפעה גבוהה הרבה יותר על טמפרטורת המעבר מאשר שינויים בעוצמתו של דו-הקוטב החשמלי.
המאפיין המייחד את הסוג החדש הזה של הגבישים הנוזליים הינו המבנה הדו-יוני ("zwitterionic") שלהם. דו-יונים הינם תרכובות כימיות בעלות מטען חשמלי כללי אפס המכילות קבוצות נפרדות הטעונות שלילית וחיובית. הגבישים הנוזליים החדשניים שפותחו מכילים בתוכם דו-יון המורכב מרכיב אי-אורגני טעון שלילית ורכיב אורגני טעון חיובית. במוחו של החוקר עלה הרעיון להכין גבישים נוזליים בעלי מבנה דו-יוני כבר לפני 17 שנים כאשר הוא רק הגיע לאוניברסיטת Vanderbilt. אולם, מרכיב כימי חיוני שנדרש לשם כך היה חסר. רק בשנת 2002 גילו כימאים גרמניים את ההליך הכימי שאפשר לחוקרי Vanderbilt להצליח בניסיונותיהם.