Do czego przydadzą nam się ciekłe kryształy?

Ciekłokrystaliczne wyświetlacze w telewizorach i komputerach to już codzienność. Nowych zastosowań dla ciekłych kryształów poszukuje prof. Ewa Górecka z Wydziału Chemii Uniwersytetu Warszawskiego. Szczególnie ciekawi ją nematyk – najprostsza faza ciekłokrystaliczna, ale zbudowana z molekuł o niezwykłych kształtach.

Stan ciekłokrystaliczny, nazywany też fazą pośrednią, łączy w sobie cechy zarówno ciał stałych, jak i cieczy. Najprostszą fazą ciekłokrystaliczną jest nematyk. Uczona opowiada, jak zbudowana jest ta faza.

"Nematyk można sobie wyobrazić rzucając na wodę zapałki i kompresując je, zapałki będą wtedy układać się w jednym kierunku. To najprostszy model nematyka zbudowanego z sztywnych molekuł liniowych, a więc najbardziej typowych dla faz ciekłokrystalicznych. Jednak z jakiegoś powodu w niektórych fazach nematycznych nawet całkowicie symetryczne molekuły zaczynają tworzyć struktury spiralne, łamiąc spontanicznie symetrię odbiciową - struktura staje się nienakładana na swoje lustrzane odbicie, czyli chiralna. Interesuje nas, dlaczego tak się dzieje" - mówi prof. Ewa Górecka.

Ciekłymi kryształami ludzie zajmują się od końca XIX wieku, jednak przez wiele lat były one traktowane jako ciekawostka naukowa bez większego znaczenia praktycznego. Pierwsze próby ich wykorzystania podjęto w latach 70., nie przypuszczano jednak, że będą one miały aż tak duże znaczenie. Obecnie wyświetlacze ciekłokrystaliczne są powszechnie stosowane w telewizorach, komputerach i telefonach.

Prof. Ewa Górecka bada materiały ciekłokrystaliczne o nietypowej budowie molekularnej np. cząsteczki o silnie wygiętym rdzeniu, silnie rozgałęzionej i giętkiej strukturze czy też materiały hybrydowe zbudowane z nanokulek metali.

"Zajmuję się czymś, czego nie można na razie zastosować, ale wszystko zaczyna się od poznawania. Pewnie każdy chemik na pewnym etapie pracy zastanawia się, skąd pochodzi łamanie symetrii w przyrodzie. Dlaczego wszystkie aminokwasy i cukry w przyrodzie mają jeden typ chiralności. Chiralność to taka cecha, która sprawia, że cząsteczka i jej odbicie lustrzane nie są identyczne. Mnie interesuje jak oddziałują molekuły chiralne, czy możliwa jest ich spontaniczna segregacja ze względu na chiralność w cieczy lub ciekłym krysztale, a więc w materiale, w którym uporządkowania są słabe. Badamy też mechanizmy prowadzące do tego, że molekuły niechiralne tworzą chiralne struktury" - mówi prof. Górecka.

W ramach projektu "Nematyki – czy są aż tak prostą fazą?" uczona poszukuje nowych typów faz nematycznych. Członkowie jej zespołu syntezują nowe materiały, metodami mikroskopowymi i rentgenowskimi badają ich strukturę, a metody optyczne i elektryczne posłużą do określenia właściwości nowych materiałów ciekłokrystalicznych.

Ewa Górecka jeszcze w czasie studiów doktorskich wyjechała na staż do Japonii, potem pracowała w Stanów Zjednoczonych, Szwecji i Francji. W Polsce stworzyła grupę badawczą, w której od 20 lat prowadzone są badania nad fazami ciekłokrystalicznymi. Jej zdaniem to, co definiuje dobry i silny naukowo ośrodek to osiągnięcia rozpoznawalne w skali światowej. W naukach ścisłych liczy się je liczbą i jakością publikacji, liczbą patentów. W dobrym ośrodku łatwiej o aparaturę, o lepszych studentów, a więc i o wyniki, te z kolej przyciągają następnych dobrych studentów i pieniądze na badania – tak powstają bardzo silne ośrodki naukowe na świecie.

Czy łatwiej jest pracować w Polsce? "Z pewnością fundusze polskie łatwiej zdobyć niż europejskie, współczynnik sukcesu w wielu krajowych programach wynosi ok. 20 proc., w programach europejskich nie przekracza kilku procent, co oznacza, że dużo bardzo dobrych projektów jest odrzucanych. W wielu europejskich grantach więcej jest też pracy >>biurokratycznej<<" - mówi prof. Górecka. „W ramach dwóch dużych grantów Fundacji na rzecz Nauki Polskiej - TEAM i Mistrz opublikowaliśmy w sumie 24 prace naukowe, w międzynarodowych czasopismach o dużej cytowalności, przygotowano też 6 doktoratów. Fundusze przeznaczone były zarówno na stypendia dla naukowców jak i na materiały służące do prowadzenia badań: odczynniki mniejsza aparaturę - granty pozwoliły nam na spokojną pracę i skupienie się na celach naukowych” - dodaje.

Ewa Górecka podkreśla, że fundusze strukturalne pozwoliły w ostatnich latach polskim ośrodkom naukowym na zakup często unikatowej aparatury. Wydział Chemii UW dysponuje obecnie wyjątkową nawet w skali światowej aparaturą rentgenowską (w sumie kilkanaście dyfraktometrów) między innymi dyfraktometrem niskokątowym, który pozwala badać układy o bardzo dużej periodyczności. W Polsce są tylko dwa aparaty tego typu – w Warszawie i w Rzeszowie, przy czym tylko na Uniwersytecie Warszawskim pracuje on w pełnej konfiguracji. Na Wydziale Chemii UW montowane są obecnie bardzo zaawansowane mikroskopy elektronowe i dużo mniejszej aparatury.

"Wyspecjalizowane aparatura rentgenowska powoduje, że nasze laboratorium jest jednym z najlepiej wyposażonych laboratoriów na świecie do badania materii miękkiej. Jeszcze niedawno, zaledwie 10 lat temu, prowadziliśmy badania rentgenowskie w zaprzyjaźnionych laboratoriach za granicą, nie mogliśmy w Polsce wykonać bardziej zaawansowanych prac. Teraz nasi koledzy z Japonii, Stanów Zjednoczonych, Hiszpanii, Czech, Słowenii, Włoch przysyłają nam studentów, którzy uczą się od nas nowych metod rentgenowskich" - opowiada prof. Górecka.

Niestety bywają też problemy. Często łatwiej jest zdobyć fundusze na nową aparaturę niż na utrzymanie już istniejącej. W aparaturze rentgenowskiej zużywają się lampy, psują się elementy mechaniczne i elektroniczne, koszty napraw to często poważne kwoty, które przekraczają to, co ta aparatura może "zarobić" zleceniami komercyjnymi. W takim wypadku ten drogi sprzęt stoi i "czeka na lepsze czasy", czyli na to, aż ktoś wymyśli skąd wziąć środki na naprawy. Brak jest systemowego rozwiązania pozwalającego na utrzymanie infrastruktury. Problemem są też ciągle zmieniające się przepisy i reguły, który wynikają z braku wizji, w jakim kierunku nauka w Polsce ma się rozwijać.

Mimo problemów, niektóre dziedziny polskiej nauki całkiem nieźle wypadają na tle badań światowych. Grupa prof. Góreckiej jest przykładem tego, że zapewniając dobre warunki pracy można wiele osiągnąć.

Źródło: PAP - Nauka w Polsce