Cristaux liquides
Renseignements g??n??raux
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Les cristaux liquides sont des substances qui pr??sentent une phase de la mati??re qui a des propri??t??s entre celles d'un conventionnel liquide , et ceux d'un solide cristallin . Par exemple, un cristal liquide (LC) peut se ??couler comme un liquide, mais ont les mol??cules dans le liquide agenc?? et / ou orient?? de fa??on ?? cristaux analogue. Il ya beaucoup de diff??rents types de phases LC, qui peut ??tre diff??renci?? en fonction de leurs diff??rentes optiques propri??t??s (telles que bir??fringence). Lorsqu'on les observe au microscope en utilisant un polaris??e lumi??re la source, diff??rentes phases de cristal liquide semblent avoir une distincte texture. Chaque "patch" dans la texture correspond ?? un domaine dans lequel les mol??cules de cristaux liquides sont orient??es dans une direction diff??rente. Au sein d'un domaine, cependant, les mol??cules sont ainsi ordonn??es. Mati??res ?? cristaux liquides peuvent ne pas ??tre toujours dans une phase ?? cristaux liquides (comme l'eau ne est pas toujours dans la phase liquide: il peut ??galement ??tre trouv??e dans le solide et la phase gaz ).
Les cristaux liquides peuvent ??tre divis??s en thermotrope et CL lyotropes. Thermotrope CL pr??sentent une transition de phase dans la phase ?? cristaux liquides en tant que la temp??rature est modifi??e, tandis que les CL lyotropes pr??sentent des transitions de phase en fonction de concentration de la m??sog??ne dans un solvant (typiquement de l'eau) ainsi que la temp??rature .
Histoire
En 1888 autrichienne physiologiste botanique Friedrich Reinitzer (1858-1927), travaillant ?? la Universit?? allemande de Prague, extrayait cholest??rol ?? partir de carottes d'??tablir sa formule chimique. Reinitzer examin?? les propri??t??s physico-chimiques de divers d??riv??s du cholest??rol. D'autres chercheurs avaient observ?? des effets de couleurs distinctes sur refroidissement d??riv??s du cholest??rol juste au-dessus de la temp??rature de solidification. Reinitzer se est retrouv?? le m??me ph??nom??ne dans benzoate cholest??rol, mais les couleurs proches de la solidification de cholest??rol benzoate ne ??taient pas la caract??ristique la plus particuli??re. Reinitzer constat?? que le benzoate de cholest??ryle ne fondre comme d'autres compos??s, mais avait deux points de fusion . A 145,5 ?? C, il fondu dans un liquide trouble, et ?? 178,5 ?? C, il a fondu ?? nouveau et le liquide trouble devient clair. Le ph??nom??ne ??tait r??versible. Demander de l'aide d'un physicien, le 14 Mars 1888, il a ??crit une lettre ?? Otto Lehmann, ?? cette ??poque une Privatdozent en Aachen. Ils ont ??chang?? des lettres et des ??chantillons. Lehmann a examin?? le liquide trouble interm??diaire, et a rapport?? avoir vu cristallites. Coll??gue viennois de Reinitzer von Zepharovich ??galement indiqu?? que le "fluide" interm??diaire ??tait cristallin. L'??change de lettres avec Lehmann a pris fin le 24 Avril, avec beaucoup de questions sans r??ponse. Reinitzer pr??sent?? ses r??sultats, avec des cr??dits ?? Lehmann et von Zepharovich, lors d'une r??union de la Soci??t?? Chimique de Vienne sur le 3 mai 1888.
A cette ??poque, Reinitzer avait d??couvert et d??crit trois caract??ristiques importantes de cristaux liquides cholest??riques (le nom invent?? par Georges Friedel en 1922): l'existence de deux points de fusion, la r??flexion de la lumi??re polaris??e circulairement, et la possibilit?? de faire tourner la direction de polarisation de la lumi??re.
Apr??s sa d??couverte accidentelle, Reinitzer disparu de la sc??ne. La recherche a ??t?? poursuivi par Lehmann, qui a r??alis?? qu'il avait rencontr?? un ph??nom??ne nouveau et a ??t?? en mesure de lancer une enqu??te de celui-ci. Dans ses ann??es postdoctoraux il avait acquis une expertise dans la cristallographie. La principale arme dans son arsenal scientifique ??tait la microscopie exp??rimentale dans laquelle Lehmann ??tait adepte. Ce ??tait le microscope de Lehmann qui avait attir?? l'attention de Reinitzer. Lehmann a commenc?? une ??tude syst??matique, d'abord cholest??rol benzoate, puis de compos??s apparent??s qui pr??sentaient le double ph??nom??ne de fusion. Il ??tait capable de faire des observations en lumi??re polaris??e, et son microscope poss??dait un stade chaud permettant des observations ?? haute temp??rature. La phase interm??diaire trouble clairement d??bit soutenu, mais d'autres caract??ristiques, en particulier la signature sous un microscope, convaincu Lehmann qu'il avait affaire ?? un solide. ?? la fin de Ao??t 1889, il avait son article pr??t ?? ??tre soumis ?? la Zeitschrift f??r Physikalische Chemie.
Les cristaux liquides ne ??taient pas populaires parmi les scientifiques au d??but du 20e si??cle et le mat??riel sont rest??s une curiosit?? scientifique pure pendant environ 80 ann??es.
Pour plus de d??tails sur l'histoire de cristaux liquides voir: Tim Sluckin, Ueber die Natur und der kristallinischen Fl??ssigkeiten fl??ssigen Kristalle (L'histoire des d??buts de cristaux liquides), Bunsen-Magazin, 7.Jahrgang, 5/2005 et l'Histoire de cristaux liquides site.
En 1969, Hans Kelker r??ussi ?? synth??tiser une substance qui a une phase n??matique ?? la temp??rature ambiante, MBBA (p-Methoxybenzyliden-p'-n-butylanilin), le bien connu ??mouche des fruits?? de la recherche de cristaux liquides. L'??tape suivante de la commercialisation de affichages ?? cristaux liquides est la synth??se de substances chimiquement stables en outre (les cyanobiph??nyles) avec de basses temp??ratures de fusion de George Gray.
En 1991, lorsque les ??crans ?? cristaux liquides ??taient d??j?? bien ??tablis dans notre vie quotidienne, Pierre-Gilles de Gennes (1932-2007) a re??u le prix Nobel de physique "pour la d??couverte que les m??thodes d??velopp??es pour ??tudier des ph??nom??nes d'ordre dans les syst??mes simples peuvent ??tre g??n??ralis??es ?? des formes plus complexes de la mati??re, en particulier aux cristaux liquides et polym??res". Une introduction illustrative en cristaux liquides, leur histoire et les propri??t??s physiques uniques est disponible sur Nobelprize.org.
Phases cristallines liquides
Les diff??rentes phases LC (appel??s m??sophases) peuvent ??tre caract??ris??s par le type de commande qui est pr??sente. On peut distinguer ordre de position (si mol??cules sont dispos??s dans toute sorte de r??seau ordonn??) et ordre d'orientation (si mol??cules sont principalement orient??es dans la m??me direction), et d'ailleurs afin peut ??tre soit ?? courte port??e (uniquement entre les mol??cules proches les uns des autres) ou ?? long terme (se ??tendant ?? une plus grande, parfois macroscopiques, dimensions). La plupart des lettres de cr??dit auront une thermotropes phase isotrope ?? haute temp??rature. Ce est, chauffage finira par les conduire dans une phase liquide classique caract??ris??e par ordre mol??culaire al??atoire et isotrope (peu ou pas d'ordre ?? longue distance), et fluide comme le comportement d'??coulement. Dans d'autres conditions (par exemple, la temp??rature inf??rieure), une CL pourrait habiter une ou plusieurs phases avec significative d'orientation anisotrope structure et ?? courte port??e ordre d'orientation tout en ayant une aptitude ?? l'??coulement.
L'ordre des phases cristallines liquides est ??tendue ?? l'??chelle mol??culaire. Cette commande se ??tend jusqu'?? la taille de domaine entier, qui peut ??tre de l'ordre de microm??tres, mais g??n??ralement ne se ??tend pas ?? la ??chelle macroscopique comme ce est souvent dans les classiques cristallins solides . Cependant, certaines techniques (telles que l'utilisation de limites ou appliqu?? un champ ??lectrique ) peuvent ??tre utilis??s pour appliquer un seul domaine ordonn?? dans un ??chantillon de cristal liquide macroscopique. L'ordre dans un cristal liquide pourrait se ??tendre le long seule dimension, le mat??riau ??tant essentiellement d??sordonn??e dans les deux autres directions.
Cristaux liquides thermotropes
Thermotropes phases sont celles qui se produisent dans un certain intervalle de temp??rature. Si la temp??rature est ??lev??e trop haut, l'agitation thermique d??truira la commande coop??rative de la phase d??licate de LC, poussant le mat??riau en une phase liquide isotrope classique. ?? une temp??rature trop basse, la plupart des mat??riaux LC formeront un (bien anisotrope) cristal classique. Beaucoup CL thermotropes pr??sentent une vari??t?? de phases que la temp??rature est modifi??e. Par exemple, un m??sog??ne particulier peut pr??senter diff??rentes phases smectiques et n??matiques (et finalement isotropes) lorsque la temp??rature est augment??e. Un exemple d'un compos?? pr??sentant un comportement thermotrope ?? cristaux liquides est Para-azoxyanisole.
Phase n??matique
Une des phases LC les plus courantes est le n??matique, o?? les mol??cules ne ont pas ordre de position, mais ils ont ?? long terme afin d'orientation. Ainsi, les mol??cules se ??coulent et leur centre de masse de positions sont r??partis au hasard comme dans un liquide, mais ils sont tous orient??s dans la m??me direction (?? l'int??rieur de chaque domaine). La plupart des n??matiques sont uniaxiale: ils ont un axe qui est plus long et plus pratique, avec les deux autres ??tant l'??quivalent (peut ??tre approch??e comme des cylindres). Certains cristaux liquides sont n??matiques biaxiale, ce qui signifie que, en plus de l'orientation de leur axe longitudinal, aussi ils orientent le long d'un axe secondaire.
Le mot vient du n??matique νημα grec, qui signifie ??fil. ' Ce terme provient de la filiforme d??fauts topologiques observ??es dans n??matiques, qui sont officiellement appel??s " disclinaisons. ?? N??matiques pr??sentent ??galement dite h??risson d??fauts topologiques.
N??matiques ont une fluidit?? comparable ?? celle de (isotropes) liquides ordinaires, mais ils peuvent ??tre facilement align??s par un champ magn??tique ou ??lectrique externe. Un alignement n??matique poss??de les propri??t??s optiques d'un cristal uniaxe et ce qui les rend extr??mement utiles dans afficheurs ?? cristaux liquides (LCD).
Phases smectiques
Les phases smectiques, qui se trouvent ?? des temp??ratures inf??rieures ?? la n??matique, forment des couches bien d??finies qui peuvent coulisser sur l'autre, comme du savon. Les smectiques sont donc en position command?? en m??me temps un sens. Dans la phase smectique A, les mol??cules sont orient??es le long de la couche normale, tandis que dans la phase smectique C, ils sont inclin??s ?? la couche normal. Ces phases sont liquides comme dans les couches. Il ya un tr??s grand nombre de diff??rentes phases smectiques, toutes caract??ris??es par diff??rents types et degr??s de l'ordre de position et d'orientation.
Phases chirales
Le chiraux n??matiques expositions de phase chiralit?? (impartialit??). Cette phase est souvent appel?? le phase cholest??rique, car il a d'abord ??t?? observ??e pour les d??riv??s du cholest??rol. Seulement mol??cules chirales (ex: ceux qui manquent de sym??trie d'inversion) peut donner lieu ?? une telle phase. Cette phase pr??sente une torsion des mol??cules perpendiculaire au directeur, avec l'axe mol??culaire parall??le au directeur. L'angle de torsion finie entre mol??cules adjacentes est d?? ?? leur emballage asym??trique, ce qui conduit ?? plus long terme afin chiral. Dans la phase smectique C * (un ast??risque indique une phase chirale), les mol??cules ont la commande de position dans une structure en couches (comme dans les autres phases smectiques), avec les mol??cules inclin??es d'un angle fini par rapport ?? la couche normal. La chiralit?? induit une torsion azimutale fini d'une couche ?? l'autre, produisant une torsion en spirale de l'axe mol??culaire long de la couche normal.
Le pas chiral, p, se r??f??re ?? la distance sur laquelle les m??sog??nes subissent une vrille compl??te ?? 360 ?? (mais notez que la structure de la phase n??matique chiraux se r??p??te toutes les demi-hauteur, puisque dans cette phase administrateurs ?? 0 ?? et +/- 180 ?? sont ??quivalents). Le pas, p, modifie g??n??ralement lorsque la temp??rature est modifi??e ou lorsque d'autres mol??cules sont ajout??s ?? l'h??te LC (un mat??riau LC h??te achiral formera une phase chirale si dop?? avec un mat??riau chiral), permettant ?? la hauteur d'un mat??riau donn?? pour ??tre l'??coute en cons??quence. Dans certains syst??mes ?? cristaux liquides, la hauteur est du m??me ordre que la longueur d'onde de la lumi??re visible . Cela provoque ces syst??mes pour pr??senter des propri??t??s optiques uniques, tels que la r??flexion s??lective, et ces propri??t??s sont exploit??es dans un certain nombre d'applications optiques.
Phases bleu
Phases bleues sont des types particuliers de phases de cristaux liquides qui apparaissent dans l'intervalle de temp??rature entre un chiral n??matique et une phase de phase liquide isotrope. phases bleues ont une structure cubique tridimensionnelle r??guli??re de d??fauts avec treillis p??riodes de plusieurs centaines de nanom??tres, et par cons??quent ils pr??sentent s??lectif R??flexions de Bragg dans la gamme de longueurs d'onde de lumi??re (partie visible du rayonnement ??lectromagn??tique) correspondant ?? la r??seau cubique. Bien phases bleues sont d'int??r??t pour les modulateurs de lumi??re rapide ou accordable cristaux photoniques, la plage de temp??rature tr??s ??troit dans lequel phases bleus existent, habituellement moins de quelques kelvin , a toujours ??t?? un probl??me. R??cemment, la stabilisation de phases bleue sur une plage de temp??rature sup??rieure ?? 60 K dont la temp??rature ambiante (de 260 ?? 326 K) a pu ??tre d??montr??e.
En outre, la commutation ??lectro-optique avec des temps de l'ordre de 10 -4 s pour les phases bleue stabilis??e ?? la temp??rature ambiante de r??ponse a ??t?? d??montr??.
En mai 2008, il a ??t?? annonc?? que la premi??re ??cran LCD Mode Phase Bleu avait ??t?? d??velopp??.
Phases discotiques
M??sog??nes en forme de disque peuvent se orienter d'une mani??re analogue ?? une couche appel??e phase n??matique discotique. Si les disques emballer en piles, la phase est appel??e colonnaire discotique. Les colonnes elles-m??mes peuvent ??tre organis??es dans des tableaux rectangulaires ou hexagonales. Discotiques phases chirales, similaire ?? la phase n??matique chirale, sont ??galement connus.
Des cristaux liquides lyotropes
Un cristal liquide lyotrope est constitu?? de deux ou plusieurs composants qui pr??sentent des propri??t??s de cristaux liquides dans certaines plages de concentration. Dans le phases lyotropes, solvants mol??cules remplissent l'espace autour des compos??s ?? fournir fluidit?? au syst??me. Contrairement ?? thermotropes cristaux liquides, ces lyotropics ont un autre degr?? de libert?? de la concentration qui leur permet d'induire une vari??t?? de diff??rentes phases.
Un compos?? qui pr??sente deux immiscible hydrophile et parties hydrophobes au sein de la m??me mol??cule est appel?? un mol??cule amphiphile. De nombreuses mol??cules amphiphiles montrent cristaux liquides lyotropes s??quences de phase en fonction des soldes de volume entre la partie hydrophile et une partie hydrophobe. Ces structures sont form??es par la s??paration de micro-phase de deux composants incompatibles sur une ??chelle nanom??trique. Le savon est un exemple courant d'un cristal liquide lyotrope.
La teneur en eau ou d'autres mol??cules de solvant modifie les structures auto-assembl??es. A une concentration de amphiphile tr??s faible, les mol??cules seront dispers??s de mani??re al??atoire, sans aucune commande. ?? un peu plus ??lev?? (mais encore faible) la concentration, les mol??cules amphiphiles spontan??ment assembler en micelles ou v??sicules. Ceci est fait de mani??re ?? ??cacher?? la queue hydrophobe de la amphiphile l'int??rieur du noyau de micelles, exposant une surface (soluble dans l'eau) hydrophile ?? une solution aqueuse. Ces objets sph??riques eux-m??mes ne Mais afin de ne pas en solution,. ?? forte concentration, les assembl??es deviendront command??. Une phase est typique d'une phase hexagonale en forme de colonne, o?? les amphiphiles forment de longs cylindres (encore une fois avec une surface hydrophile) qui se disposent en un r??seau hexagonal ou moins. Ce est ce qu'on appelle la phase de savon milieu. A une concentration encore plus ??lev??e, une phase lamellaire (phase de savon lisse) peut former, dans lequel les feuilles ??tendues d'amphiphiles sont s??par??es par de fines couches d'eau. Pour certains syst??mes, un (??galement appel?? isotrope visqueuse) phase cubique peut exister entre les phases hexagonales et lamellaires, dans lequel les sph??res sont form??es qui cr??ent un r??seau cubique dense. Ces sph??res peuvent ??tre ??galement reli??s entre eux, formant une phase cubique bicontinue.
Les objets cr????s par amphiphiles sont g??n??ralement sph??rique (comme dans le cas de micelles), mais peuvent ??galement ??tre en forme de disque (bicelles), tige, ou bi-axial (tous les trois axes de micelles sont distincts). Ces nano-structures auto-assembl??es anisotropes peuvent alors se commander de la m??me mani??re que le font les cristaux liquides, formant versions ?? grande ??chelle de toutes les phases thermotropes (comme une phase n??matique de micelles en forme de tige).
Pour certains syst??mes, ?? forte concentration, phases inverses sont observ??es. Autrement dit, on peut g??n??rer une phase hexagonale inverse de colonne (colonnes d'eau encapsul??es par amphiphiles) ou une phase micellaire inverse (un volume d'??chantillon de cristaux liquides avec de l'eau cavit??s sph??riques).
Une progression g??n??rique de phases, allant de faible ?? haute concentration d'amphiphile, est:
- Phase cubique discontinue ( phase cubique micellaire)
- Phase hexagonale (la phase colonnaire hexagonale) (phase interm??diaire)
- Bicontinu phase cubique
- Phase lamellaire
- Bicontinu phase cubique
- La phase colonnaire hexagonale inverse
- Phase cubique inverse (Inverse de phase micellaire)
M??me dans les m??mes phases, leurs structures auto-assembl??es sont accordable par la concentration, par exemple, dans des phases lamellaires, les distances des couches augmentent avec le volume de solvant. Depuis cristaux liquides lyotropes reposent sur un ??quilibre subtil des interactions intermol??culaires, il est plus difficile ?? analyser leur structure et les propri??t??s que celles des cristaux liquides thermotropes.
Phases et les caract??ristiques similaires peuvent ??tre observ??es dans dibloc non miscible copolym??res.
Cristaux liquides Metallotropic
Phases cristallines liquides peuvent ??galement ??tre bas??s sur les phases inorganiques bas point de fusion comme ZnCl2 qui ont une structure form??e de t??tra??dres li??s et forment facilement des lunettes. L'addition de mol??cules ?? cha??ne longue soaplike conduit ?? une s??rie de nouvelles phases qui montrent une vari??t?? de comportement de cristal liquide ?? la fois en fonction du rapport de composition inorganique-organique et de la temp??rature. Cette classe de mat??riaux a ??t?? nomm?? metallotropic JD Martin et al.
Des cristaux liquides biologiques
Lyotropes phases ?? cristaux liquides sont abondants dans les syst??mes vivants, l'??tude de ce qui est d??nomm?? polymorphisme. En cons??quence, les cristaux liquides lyotropes attirent une attention particuli??re dans le domaine de la chimie biomim??tique. En particulier, des membranes biologiques et les membranes cellulaires sont une forme de cristal liquide. Leurs mol??cules constituantes (par exemple, phospholipides) sont perpendiculaires ?? la surface de la membrane, la membrane est encore capable d'une gamme de contrainte ??lastique, ce qui conduit ?? certains aspects du comportement ??lastique pour ??tre expos??e. Ces lipides varient en forme (voir page sur lipide polymorphisme). Les mol??cules constitutives peuvent inter-se m??ler facilement, mais ont tendance ?? ne pas laisser la membrane en raison de l'exigence de haute ??nergie de ce processus. mol??cules lipidiques peuvent basculer d'un c??t?? de la membrane ?? l'autre, ce proc??d?? ??tant catalys??e par flippases et floppases (selon la direction du mouvement). Ces phases liquides de membrane de cristal peuvent ??galement accueillir des prot??ines importants tels que les r??cepteurs librement "flottant" ?? l'int??rieur ou partiellement ?? l'ext??rieur, la membrane, par exemple CCT.
Beaucoup d'autres structures biologiques pr??sentent un comportement de LC. Par exemple, le concentr?? de prot??ines solution qui est extrud?? par une araign??e pour g??n??rer soie est, en fait, une phase de cristal liquide. La commande pr??cise de mol??cules en soie est essentielle ?? sa force de renom. ADN et beaucoup polypeptides peuvent ??galement former des phases de LC et cela aussi constitue une partie importante de la recherche universitaire en cours.
La formation de mod??les dans les cristaux liquides
Anisotropie des cristaux liquides est un ??tablissement non observ?? dans d'autres liquides. Cette anisotropie rend flux de cristaux liquides se comportent bien diff??remment que les fluides ordinaires. Par exemple, l'injection d'un flux d'un cristal liquide entre deux plaques parall??les ??troites ( doigt?? visqueux), l'orientation des mol??cules couples avec le flux, avec le r??sultat de l'??mergence de mod??les dendritiques .. Cette anisotropie se manifeste aussi dans l'??nergie interfaciale ( tension de surface ) entre les diff??rentes phases de cristaux liquides. Cette anisotropie d??termine la forme d'??quilibre ?? la temp??rature de la coexistence, et est si forte que g??n??ralement facettes apparaissent. Lorsque la temp??rature est chang??e d'une des phases se d??veloppe en formant des morphologies diff??rentes en fonction du changement de temp??rature. Comme la croissance est contr??l??e par diffusion de la chaleur, l'anisotropie de la conductivit?? thermique favorise la croissance dans des directions sp??cifiques, ce qui a ??galement un effet sur la forme finale.
Traitement th??orique de cristaux liquides
Traitement th??orique microscopique des phases fluides peut devenir assez complexe, en raison de la densit?? de mat??riaux de haute, ce qui signifie que les interactions fortes r??pulsions, hard-core, et les corr??lations ?? plusieurs corps ne peuvent pas ??tre ignor??s. Dans le cas de cristaux liquides, ?? anisotropie toutes ces interactions complique encore l'analyse. Il ya un certain nombre de th??ories assez simple, cependant, qui peut au moins pr??voir le comportement g??n??ral des transitions de phase dans les syst??mes ?? cristaux liquides.
param??tre Order
La description de cristaux liquides comporte une analyse de l'ordre. Pour rendre cette quantitative, un param??tre d'ordre d'orientation est g??n??ralement d??fini sur la base de la moyenne de la seconde Polyn??me de Legendre:
o?? 
est l'angle entre l'axe de la mol??cule m??sog??ne et le directeur local (qui est la ??direction pr??f??r??e 'dans un ??l??ment de volume d'un ??chantillon de cristal liquide, ce qui repr??sente ??galement l'axe optique local). Cette d??finition est pratique, car pour un ??chantillon compl??tement al??atoire et isotrope, S = 0, alors que pour un ??chantillon S parfaitement align??s = 1. Pour un ??chantillon de cristal liquide typique, S est de l'ordre de 0,3 ?? 0,8, et en g??n??ral diminue ?? mesure que la temp??rature est ??lev??e. En particulier, une forte baisse du param??tre de commande ?? 0 est observ??e lorsque le syst??me subit une transition de phase d'une phase ?? cristaux liquides dans la phase isotrope. Le param??tre de commande peut ??tre mesur?? exp??rimentalement dans un certain nombre de fa??ons. Par exemple, diamagn??tisme, bir??fringence, Diffusion Raman, RMN et EPR peut ??galement ??tre utilis?? pour d??terminer S.
On pourrait ??galement caract??riser l'ordre d'un cristal liquide ?? l'aide d'autres m??me polyn??mes de Legendre (tous les polyn??mes impairs en moyenne ?? z??ro puisque le r??alisateur peut pointer dans une des deux directions antiparall??les). Ces moyennes d'ordre sup??rieur sont plus difficiles ?? mesurer, mais peuvent fournir des informations suppl??mentaires ?? propos des commandes mol??culaire.
Onsager dur tige-mod??le
Un mod??le tr??s simple qui pr??dit lyotrope transitions de phase est le mod??le dur tige propos?? par Lars Onsager. Cette th??orie consid??re le volume exclu du centre de masse d'un cylindre id??alis??e ?? l'approche de l'autre. Plus pr??cis??ment, si les cylindres sont orient??s parall??lement les uns aux autres, il existe tr??s peu de volume qui est exclue du centre de masse du cylindre approchant (il peut venir tr??s pr??s de l'autre cylindre). Toutefois, si les cylindres sont ?? un angle par rapport ?? l'autre, alors il existe un grand volume entourant le cylindre dont le centre de masse du cylindre approchant ne peut pas entrer (en raison de la r??pulsion dur-tige entre les deux objets id??alis??es). Ainsi, cet agencement angulaire voit une diminution de la position nette entropie du cylindre approchant (il ya moins d'??tats disponibles de celui-ci).
L'id??e fondamentale ici est que, tandis que les modalit??s parall??les d'objets anisotropes conduit ?? une diminution de l'entropie d'orientation, il ya une augmentation de l'entropie de position. Ainsi, dans certains cas, plus d'ordre de position sera entropique favorable. Cette th??orie pr??dit ainsi qu'une solution d'objets en forme de tige va subir une transition de phase, ?? une concentration suffisante, dans une phase n??matique. R??cemment, cette th??orie est utilis??e pour observer la transition de phase entre n??matique et smectique-A ?? tr??s haute concentration aussi Hanif et al.. Bien que ce mod??le est conceptuellement utile, sa formulation math??matique permet plusieurs hypoth??ses qui limitent son applicabilit?? aux syst??mes r??els.
Maier-Saupe signifie th??orie des champs
Cette th??orie statistique comprend des contributions d'un potentiel intermol??culaire attractive. L'attraction anisotrope stabilise alignement parall??le des mol??cules voisines, et la th??orie consid??re alors une moyenne champ moyen de l'interaction. R??solu auto-coh??rente, cette th??orie pr??dit transitions de phase thermotropes, coh??rents avec l'exp??rience.
Th??orie du continuum ??lastique
Dans ce formalisme, une mati??re ?? cristaux liquides est trait?? comme un continuum; d??tails mol??culaires sont totalement ignor??es. Plut??t, cette th??orie consid??re perturbations ?? un ??chantillon orient?? pr??sum??e. On peut distinguer trois types de distorsions qui pourraient se produire dans un ??chantillon orient??: (1) des torsions de la mati??re, o?? les mol??cules voisines sont forc??s ?? ??tre inclin??e par rapport ?? l'autre, plut??t que align??es; (2) ??vasement de la mati??re, o?? se produit la flexion perpendiculaire ?? l'administrateur; et (3) de courbure du mat??riau, o?? la distorsion est parall??le ?? l'axe directeur et m??sog??ne. Ces trois types de distorsions encourent une p??nalit?? de l'??nergie. Ils sont des d??fauts qui se produisent souvent parois de domaine ou limites proches du conteneur qui l'encadre. La r??ponse du mat??riau peut alors ??tre d??compos??e en termes sur la base des constantes ??lastiques correspondant aux trois types de distorsions. Th??orie du continuum ??lastique a ??t?? montr?? pour ??tre un outil particuli??rement puissant pour la mod??lisation de dispositifs ?? cristaux liquides.
Effet de la chiralit??
Comme d??j?? d??crit, m??sog??nes chiraux donnent g??n??ralement lieu ?? des m??sophases chirales. Pour m??sog??nes mol??culaires, cela signifie que la mol??cule doit poss??der une certaine forme d'asym??trie, g??n??ralement un centre st??r??og??nique. Une exigence suppl??mentaire est que le syst??me ne soit pas rac??mique: un m??lange de versions droite et gauchers du m??sog??ne annulera l'effet chiral. En raison de la nature coop??rative de la commande ?? cristaux liquides, cependant, une petite quantit?? de dopant chiral dans une m??sophase contraire achiral est assez souvent pour s??lectionner sur une impartialit?? de domaine, ce qui rend l'ensemble du syst??me chiral.
Phases chirales ont habituellement une torsion h??lico??dale des m??sog??nes. Si la hauteur de cette torsion est de l'ordre de la longueur d'onde de la lumi??re visible, alors effets int??ressants d'interf??rence optique peuvent ??tre observ??es. La torsion chirale qui se produit dans les phases de LC chiraux rend ??galement le syst??me de r??pondre diff??remment ?? droite et gaucher lumi??re polaris??e circulairement. Ces mat??riaux peuvent donc ??tre utilis??s comme filtres de polarisation.
Il est possible pour m??sog??nes chiraux pour produire essentiellement des m??sophases achiraux. Par exemple, dans certaines gammes de concentration et le poids mol??culaire , l'ADN se forme une ligne de phase hexatique achiral. Une observation curieuse r??cente est de la formation de m??sophases chirales de m??sog??nes achiraux. Plus pr??cis??ment, il a ??t?? d??montr?? mol??cules recourb??e de base (parfois appel??s cristaux liquides de la banane) pour former des phases cristallines liquides, chiral. En tout ??chantillon particulier, diff??rents domaines devront impartialit?? face, mais dans un domaine donn??, forte commande chiral seront pr??sents. Le m??canisme de l'apparence de cette chiralit?? macroscopique ne est pas encore tout ?? fait clair. Il semble que les mol??cules se empilent dans des couches et se orientent de fa??on inclin??e ?? l'int??rieur des couches. Ces cristaux phases liquides peuvent ??tre ou anti-ferro??lectrique ferro??lectrique, qui sont tous deux d'int??r??t pour les applications.
La chiralit?? peut ??galement ??tre incorpor?? dans une phase en ajoutant une chiral dopant, qui ne doit pas n??cessairement ??tre m??sog??nes lui-m??me. TN ou STN m??langes contiennent souvent une petite quantit?? de ces dopants.
Applications de cristaux liquides
Les cristaux liquides trouvent une large utilisation dans affichages ?? cristaux liquides, qui se appuient sur les optiques de certaines substances ?? propri??t??s de cristaux liquides en pr??sence ou en absence d'un champ ??lectrique . Dans un dispositif typique, une couche de cristal liquide (g??n??ralement de 10 pm d'??paisseur) est situ?? entre deux polariseurs qui sont travers??es (orient??es ?? 90 ?? l'un de l'autre). L'alignement de cristal liquide est choisi de sorte que sa phase est d??tendu une une h??lice (voir Twisted nematic). Cette phase torsad??e r??oriente lumi??re qui est pass??e ?? travers le premier polariseur, lui permettant d'??tre transmis ?? travers le second polariseur (et r??fl??chie vers l'observateur si un r??flecteur est pr??vu). Le dispositif semble donc transparente. Lorsqu'un champ ??lectrique est appliqu?? ?? la couche ?? cristaux liquides, les axes longs mol??culaires ont tendance ?? se aligner parall??lement au champ ??lectrique d??torsion ainsi progressivement dans le centre de la couche de cristaux liquides. Dans cet ??tat, les m??sog??nes ne r??orienter la lumi??re, afin que la lumi??re polaris??e ?? la premi??re polariseur est absorb?? au second polariseur, et le dispositif perd la transparence avec l'augmentation de la tension. De cette fa??on, le champ ??lectrique peut ??tre utilis?? pour effectuer une commutation entre des pixels transparents ou opaques sur commande. Syst??mes LCD couleur utilisent la m??me technique, avec des filtres de couleurs utilis??es pour g??n??rer des rouges, verts et bleus pixels. Des principes similaires peuvent ??tre utilis??s pour fabriquer des dispositifs optiques bas??s autre ?? cristaux liquides.
CL chiraux thermotropes dont la hauteur varie fortement avec la temp??rature peut ??tre utilis?? comme thermom??tres brut, puisque la couleur du mat??riau va changer que le pas est modifi??. Liquides transitions de couleurs de cristal sont utilis??s sur de nombreux aquarium et piscine thermom??tres. Autres mat??riaux ?? cristaux liquides changent de couleur lorsqu'ils sont ??tir??s ou stress??. Ainsi, les feuilles de cristaux liquides sont souvent utilis??s dans l'industrie pour trouver des points chauds, la carte flux de chaleur, mesurer les tendances de distribution de stress, et ainsi de suite. Cristaux liquides sous forme fluide est utilis?? pour d??tecter les points chauds g??n??r??s ??lectriquement pour l'analyse des d??faillances dans le semiconducteur industrie. Liquides unit??s de m??moire de cristal avec la grande capacit?? ont ??t?? utilis??s dans les ??quipements de navigation de la navette spatiale.
Il est ??galement int??ressant de noter que de nombreux fluides communs sont en cristaux liquides de fait. Savon, par exemple, est un cristal liquide, et forme une vari??t?? de phases de cristaux liquides en fonction de sa concentration dans l'eau.
