Nematisk flytande kristall är en genomskinlig vätska som ändrar polariteten hos ljusvågor som passerar genom den. Ordet ”nematisk” kommer från det grekiska ordet för tråd och beskriver de trådliknande formationer som kan bildas i den flytande kristallen. Nematic flytande kristaller används ofta i LCD-skärmar (LCD) som de på digitala klockor.
Flytande kristaller är ett mellanliggande smältsteg mellan ett fast tillstånd och ett flytande tillstånd. 1888 upptäckte en österrikisk forskare vid namn Freidrich Reinitzer staten när han utförde experiment på ett ämne som heter kolesterolbensoat. Ämnet, märkte Reinitzer, hade två distinkta smältpunkter. I den första blev det en grumlig vätska, och i den andra blev den genomskinlig. Reinitzers observationer inkluderade begreppen att det grumliga eller kristallina tillståndet ändrade polariteten hos ljusvågor som passerar genom det, ett koncept som är absolut nödvändigt för utvecklingen av LCD.
Reinitzer utvecklade aldrig praktiska tillämpningar av flytande kristallteknologi, och forskning om kristallina tillstånd övergavs till stor del i början av 20-talet. 1969 skapade en vetenskapsman vid namn Hans Keller framgångsrikt ett ämne som skulle kristallisera nematiskt vid rumstemperatur. Denna upptäckt ledde till möjligheten att kommersialisera produkten, och nematiska kristaller blev extremt användbara i skärmteknologi.
De tre materiatillstånden som de flesta lär sig om i naturvetenskapskurser är flytande, gas och fast. Flytande kristall är ett fjärde tillstånd, någonstans mellan vätskor och fasta ämnen, och tillåter vissa former av materia att passera genom det. Liksom flytande ämnen har flytande kristallmolekyler ingen positionsordning, men som ett fast ämne kan molekylerna i flytande kristaller ha organisatorisk ordning, vilket innebär att de tenderar att peka mot en riktning över tiden. Den nematiska flytande kristallen är en högtemperaturfas i kristalliseringsprocessen, där molekyler har långväga organisatorisk ordning.
Ljusvågor från naturliga eller artificiella ljuskällor vibrerar i många riktningar. Om de flesta vibrationerna tenderar i en specifik riktning sägs ljuset vara polariserat. Genom att leda ljusvågor genom nematisk flytande kristall ändras polarisationen, vanligtvis genom att rotera 90 grader. Om ett elektriskt fält läggs till kristalllösningen kan polarisationens riktning och mängd styras av spänningen av elektricitet.
För att skapa en LCD-skärm används två polariserade glasbitar, en med ett tunt filter av nematisk flytande kristall. Glaset hakas sedan på två elektroder som kan ge elektriska laddningar. Genom att köra kontrollerade laddningar genom glaset kommer den nematiska flytande kristallen att vrida sig och vrida sig, vilket tillåter endast de elektriskt begärda ljusområdena att gå igenom. Skärmar som använder vridna nematiska flytande kristaller är vanliga funktioner i modern teknik, som används i bärbara datorer och digitala klockor och klockor.