Le fasi smettiche e nematiche dei cristalli liquidi hanno attirato l’attenzione della comunità scientifica fin dall’epoca della scoperta dei cristalli liquidi, avvenuta nel 1888 ad opera del fisiologo botanico austriaco Friedrich Reinitzer. Le sue ricerche si concentrarono sulle uniche proprietà fisico-chimiche di determinati derivati del colesterolo, ora noti come cristalli liquidi colesterici, composti da molecole chiraliche che si organizzano in una particolare configurazione elicoidale.
Tipologie di fase smettica
I cristalli liquidi si possono suddividere in varie fasi, e tra queste la fase smettica emerge per il suo ordine traslazionale che si manifesta nella direzione perpendicolare agli strati. Questo ordine conferisce la possibilità alle molecole di presentare diversi gradi di ordine sia traslazionale che orientativo, formando numerose varianti conoscibili come fasi smettiche paramorfiche. Ogni fase è distintiva e viene identificata con una lettera differente dell’alfabeto, a seconda dell’ordine della loro scoperta. All’interno della fase smettica A (SmA), la disposizione delle molecole è casuale negli strati, ma la direzione dominante dei lunghi assi molecolari è parallela alla normale dello strato. In questo contesto, i centri di massa delle molecole seguono un’andatura sinusoidale. La fase smettica B si divide in due varianti: la fase esatica-B (HexB), che si sviluppa tra solidi e liquidi isotropi nei sistemi bidimensionali, e la fase cristallina-B (CrB), contraddistinta da un lungo ordine di orientamento. Infine, la fase smettica C (smC), piuttosto rara, è caratterizzata da molecole disposte in strati con orientamenti inclinati rispetto alle normali agli strati stessi.
Transizioni di fase nei cristalli liquidi
I cristalli liquidi presentano due temperature chiave: la temperatura di fusione, in cui avviene il passaggio dalla fase solida a quella liquida, e la temperatura di isotropizzazione, durante la quale il liquido anisotropo diventa isotropo. La fase nematica è pertanto situata tra questi due punti critici. Con l’aumento della temperatura, un cristallo liquido mostra una temperatura di transizione definita, in cui la coesione tra le molecole è ancora sufficientemente forte da contrastare le forze di separazione generate dalle energie cinetiche. Man mano che la temperatura cresce, la viscosità diminuisce fino a che si verifica una nuova transizione, che porta dai cristalli liquidi a un liquido newtoniano isotropo. Questa dinamica è particolarmente evidente nei cristalli liquidi nematici, le cui mesofasi si allineano su piani paralleli senza coordinazione verticale. Contrariamente, i cristalli liquidi smettici, in cui esiste un ordine molecolare sia entro i piani che tra di essi, mostrano tre temperature di transizione: dal solido alla fase smettica, dalla fase smettica a quella nematica e infine dalla fase nematica a quella liquida isotropa, un processo che può essere monitorato attraverso la calorimetria differenziale a scansione. Fonte Verificata
