Kristal cair

Kristal cair merupakan padatan kristal dengan kondisi susunan partikel tetap teratur pada saat mulai mencair dan berubah wujud menjadi air. Kristal cair mampu menunjukkan sifat dari kristal serta sifat dari cairan. Zat yang termasuk dalam kategori kristal cairan, apabila dipanaskan pada temperatur tertentu, maka padatan kristalnya akan mencair membentuk cairan putih berwarna keruh. Bila pemanasan dilanjutkan dan suhunya ditingkatkan, padatan kristal akan berubah menjadi cairan berwarna jernih.

Penemu

Kristal cair atau keadaan mesofase pertama kali ditemukan oleh seorang ahli botani bernama Reinitzer pada tahun 1888. Ia merupakan seorang yang berkebangsaan Austria. Penemuan kristal cair diperoleh saat pengujian zat kolestril benzoat. Zat ini diketahui meleleh pada 145,5^o Celcius dan berubah bentuk menjadi cairan pada suhu 178,5^o Celcius. Pada kisaran temperatur tersebut, kolestril benzoat mengalir seperti partikel cair dan memiliki sifat optik seperti partikel padat.

Konsep Dasar

Kristal cair memberikan gambaran keadaan suatu materi atau benda yang berada di suatu keadaan wujud antara benda padat dan benda cair. Molekul kristal cair sebagian tersusun secara teratur dan sebagian lainnya tersusun dengan tidak teratur. Ini menyerupai molekul benda padat yang membentuk kristal. Ilustrasinya menyerupai kendaraan yang berada di tempat parkir yang sebagian lokasinya telah terisi. Kristal cair juga memiliki sifat berair dan dapat menjadi seperti cairan. Dalam wujud cairnya, kristal cair sering memperlihatkan tampilan sifat yang sangat unik. Sifat itu misalnya memecahkan balok cahaya atau mengganti kepadatan dan kecepatan molekulnya sebagai tanggapan terhadap medan listrik di sekitarnya.

Sifat Wujud

Kristal cair cenderung memilik keadaan cair dibandingkan keadaan padat. Pengubahan wujud padat menjadi wujud kristal cair memerlukan banyak pemanasan. Sedangkan untuk mengubah wujud kristal cair menjadi wujud cair hanya memerlukan sedikit pemanasan. Kristal cair sangat peka dengan perubahan suhu. Sifat wujud kristal cair sepenuhnya telah diketahui dalam berbagai macam jenis polimer. Salah satu polimer yang cukup banyak memberi informasi sifat kristal cair adalah serat Kevlar Du Pont.

Dalam wujud kristal cair, terdapat dua tampilan umum kristal cair, yaitu kristal cair nematik dan kristal cair smektik. Pada kristal cair nematik, molekul hanya mampu bergerak secara terbatas dan kurang beraturan. Kristal cair menyerupai benang dengan molekul-molekul berstruktur sejajar yang leluasa bergerak dalam tiga dimensi tetapi hanya berotasi pada sumbu yang lebih panjang. Kristal cair smektik memiliki bentuk molekul yang menyerupai batang yang tersusun berlapis-lapis. Molekul sumbu panjang berada dalam posisi tegak lurus terhadap bidang lapisan. Gerak molekul hanya pergantian posisi secara dua arah dalam lapisan dan berputar pada sumbu panjangnya.

Bentuk kristal cair yang khusus adalah kristal cair berbentuk kolesterik. Pada bentuk ini, molekul kristal cair saling sejajar dalam lapisan dengan arah gerakan molekul sejajar dari satu bidang ke bidang lain. Setiap lapisan dalam stuktur kolesterik mempunyai arah molekul yang berlawanan dengan lapisan yang mengapitnya. Setelah melalui beberapa lapisan, molekul akan berubah ke arah semula. Sifat yang istimewa dari kristal cair kolesterik adalah rentang jarak antara bidang-bidang yang berarah sama. Jika seberkas cahaya diarahkan ke selapu tipis kristal cair, sifat bias cahaya dan spektrum warna berubah pada jarak-jarak tertentu. Bias cahaya atau warna berubah mengikuti perubahan suhu.

Klasifikasi

Kristal cair dapat dibedakan menjadi dua jenis, yaitu jenis thermotropik dan jenis liotropik. Jenis thermotropik merupakan kristal cair yang terbentuk dengan memanaskan kristal padat. Jenis liotropik merupakan kristal cair yang terbentuk dengan mencampurkan dua atau lebih senyawa.

Elemen Penyusun

Pengamatan kristal cair banyak ditemukan dalam senyawa organik dengan jumlah molekul sebanyak 200 hingga 500 molekul. Molekul yang diamati berbentuk tabung dan panjangnya mencapai ukuran 4 kali hingga 8 kali ukuran diameternya. Molekul-molekul dalam keadaan cair ditemukan dalam keadaan tidak teratur. Molekul-molekul cair dapat bergerak dalam tiga dimensi serta dalam membuat rotasi gerakan. Zat yang berpartikel bulat tidak dapat membentuk kristal cair. Bahan yang berpartikel memanjang menyerupai batang atau cakram datar mampu membentuk kristal cair. Bentuk cakram yang tepat untuk membuat krsistal cair banyak di temukan di alam, seperti sel darah merah, nukleosom dan partikel tanah liat. Kristal cair sering ditemukan di dalam organisme hidup. Membran sel dan jaringan tertentu mempunyai susunan yang serupa kristal cair. Partikel-partikel tersebut dapat berkumpul sendiri dan membentuk kristal cair secara alami.

Prosedur Rekayasa

Para peneliti Texas A&M University telah melakukan penelitian terbaru terhadap kristal cair. Mereka memperoleh kesimpulan bahwa dengan melakukan sedikit perubahan suhu pada campuran cair senyawa yang disebut dengan nama zirkonium fosfat, kristalisasi cair dapat terjadi. Ketika partikel zirkonium fosfat dihangatkan, mereka mulai bergerak selaras dan memadukan diri satu sama lain dan akhirnya membentuk kristal cair murni. Ini merupakan bukti teori pertama yang memperlihatkan bahwa nilai perubahan suhu merupakan alat yang tepat untuk rekayasa kristal cair. Perubahan suhu ini sangat sederhana, namun mampu menghasilkan kristal cair berkualitas tinggi. Penelitian ini juga memperlihatkan bahwa kristal cair dapat dipindahkan hanya dengan memberi variasi pada suhunya. Variasi suhu merupakan salah satu potensi yang dapat dipakai untuk memindahkan partikel kristal cair ke berbagai tempat.

Zirkonium fosfat digunakan sebagai bahan uji coba untuk menyelidiki cara mengendalikan proses kristalisasi cairan dari partikel-partikel tersebut. Zirkonium fosfat dipilih karena memiliki partikel yang berbentuk cakram. Selain itu,dalam keadaan kristal cair, zat ini juga memiliki kemampuan untuk memadatkan diri menjadi susunan dua dimensi secara datar yang lebih besar. Zirkonium fosfat telah didentifikasi mampu berkumpul menjadi kristal cair secara alami apabila ditambahkan ke air dalam jumlah yang cukup besar. Penerapan perbedaan suhu dapat membuat partikel bola berkumpul sebagai kumpulan kristal. Dengan metode ini, kristal cair yang dihasilkan memiliki kecacatan dan tidak dapat dikontrol. Masalah ini diselesaikan dengan mencampurkan zirkonium fosfat dengan air dan mengisinya ke dalam tabung tipis dengan panjang dua inci. Ini memastikan bahwa jumlah zirkonium fosfat sangat kecil sehingga tidak memicu kristalisasi cairan secara alami. Selanjutnya, diterapkan panas dengan pengaturan sedemikian rupa sehingga perbedaan suhu antara kedua ujung tabung berada pada rentang 10 derajat celcius. Dengan metode tersebut, partikel zirkonium fosfat di ujung tabung dengan suhu yang lebih rendah mulai merambat ke ujung tabung dengan suhu yang lebih tinggi. Perambatan ini memicu kristalisasi cairan.

Penerapan

Kristal cair digunakan sebagai bahan pembuatan termometer dan cincin mood.