Nematischer Flüssigkristall ist eine durchscheinende Flüssigkeit, die die Polarität der durch sie hindurchtretenden Lichtwellen ändert. Das Wort „nematisch“ kommt vom griechischen Wort für Faden und beschreibt die fadenförmigen Gebilde, die sich im Flüssigkristall bilden können. Nematische Flüssigkristalle werden häufig in Flüssigkristallanzeigen (LCD)-Bildschirmen wie denen von Digitaluhren verwendet.
Flüssigkristalle sind eine Zwischenschmelzstufe zwischen einem festen und einem flüssigen Zustand. 1888 entdeckte ein österreichischer Wissenschaftler namens Friedrich Reinitzer den Zustand, als er Experimente mit einer Substanz namens Cholesterinbenzoat durchführte. Die Substanz, bemerkte Reinitzer, hatte zwei unterschiedliche Schmelzpunkte. Im ersten wurde es eine trübe Flüssigkeit und im zweiten wurde es durchsichtig. Reinitzers Beobachtungen beinhalteten die Konzepte, dass der bewölkte oder kristalline Zustand die Polarität der durch ihn hindurchgehenden Lichtwellen änderte, ein Konzept, das für die Entwicklung von LCDs unerlässlich ist.
Reinitzer entwickelte nie praktische Anwendungen der Flüssigkristalltechnologie, und die Erforschung kristalliner Zustände wurde Anfang des 20. Jahrhunderts weitgehend aufgegeben. 1969 schuf ein Wissenschaftler namens Hans Keller erfolgreich eine Substanz, die bei Raumtemperatur nematisch kristallisiert. Diese Entdeckung führte zu der Möglichkeit, das Produkt zu kommerzialisieren, und nematische Kristalle wurden in der Siebtechnologie äußerst nützlich.
Die drei Aggregatzustände, die die meisten Menschen im naturwissenschaftlichen Unterricht kennenlernen, sind flüssig, gasförmig und fest. Flüssigkristall ist ein vierter Zustand, irgendwo zwischen Flüssigkeiten und Festkörpern, und lässt einige Formen von Materie durch ihn hindurch. Flüssigkristallmoleküle haben wie flüssige Substanzen keine Positionsordnung, aber wie eine feste Substanz können die Moleküle in Flüssigkristallen eine organisatorische Ordnung haben, was bedeutet, dass sie im Laufe der Zeit dazu neigen, in eine Richtung zu zeigen. Der nematische Flüssigkristall ist eine Hochtemperaturphase des Kristallisationsprozesses, in der Moleküle eine weitreichende Organisationsordnung aufweisen.
Lichtwellen von natürlichen oder künstlichen Lichtquellen schwingen in viele Richtungen. Wenn die meisten Schwingungen in eine bestimmte Richtung tendieren, wird das Licht als polarisiert bezeichnet. Durch das Durchlaufen von Lichtwellen durch nematische Flüssigkristalle ändert sich die Polarisation, typischerweise durch Drehung um 90 Grad. Wenn der Kristalllösung ein elektrisches Feld hinzugefügt wird, können die Richtung und das Ausmaß der Polarisation durch die elektrische Spannung gesteuert werden.
Bei der Herstellung eines LCD-Bildschirms werden zwei polarisierte Glasstücke verwendet, eines mit einem dünnen Filter aus nematischem Flüssigkristall. Das Glas wird dann an zwei Elektroden gehängt, die elektrische Ladungen liefern können. Indem kontrollierte Ladungen durch das Glas geleitet werden, wird der nematische Flüssigkristall verdreht und aufgedreht, so dass nur die elektrisch angeforderten Lichtbereiche durchgelassen werden. Bildschirme mit verdrillten nematischen Flüssigkristallen sind übliche Merkmale in der modernen Technologie, die in Laptops und Digitaluhren verwendet werden.