Cristaux liquides
Renseignements généraux
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Les cristaux liquides sont des substances qui présentent une phase de la matière qui a des propriétés entre celles d'un conventionnel liquide , et ceux d'un solide cristallin . Par exemple, un cristal liquide (LC) peut se écouler comme un liquide, mais ont les molécules dans le liquide agencé et / ou orienté de façon à cristaux analogue. Il ya beaucoup de différents types de phases LC, qui peut être différencié en fonction de leurs différentes optiques propriétés (telles que biréfringence). Lorsqu'on les observe au microscope en utilisant un polarisée lumière la source, différentes phases de cristal liquide semblent avoir une distincte texture. Chaque "patch" dans la texture correspond à un domaine dans lequel les molécules de cristaux liquides sont orientées dans une direction différente. Au sein d'un domaine, cependant, les molécules sont ainsi ordonnées. Matières à cristaux liquides peuvent ne pas être toujours dans une phase à cristaux liquides (comme l'eau ne est pas toujours dans la phase liquide: il peut également être trouvée dans le solide et la phase gaz ).
Les cristaux liquides peuvent être divisés en thermotrope et CL lyotropes. Thermotrope CL présentent une transition de phase dans la phase à cristaux liquides en tant que la température est modifiée, tandis que les CL lyotropes présentent des transitions de phase en fonction de concentration de la mésogène dans un solvant (typiquement de l'eau) ainsi que la température .
Histoire
En 1888 autrichienne physiologiste botanique Friedrich Reinitzer (1858-1927), travaillant à la Université allemande de Prague, extrayait cholestérol à partir de carottes d'établir sa formule chimique. Reinitzer examiné les propriétés physico-chimiques de divers dérivés du cholestérol. D'autres chercheurs avaient observé des effets de couleurs distinctes sur refroidissement dérivés du cholestérol juste au-dessus de la température de solidification. Reinitzer se est retrouvé le même phénomène dans benzoate cholestérol, mais les couleurs proches de la solidification de cholestérol benzoate ne étaient pas la caractéristique la plus particulière. Reinitzer constaté que le benzoate de cholestéryle ne fondre comme d'autres composés, mais avait deux points de fusion . A 145,5 ° C, il fondu dans un liquide trouble, et à 178,5 ° C, il a fondu à nouveau et le liquide trouble devient clair. Le phénomène était réversible. Demander de l'aide d'un physicien, le 14 Mars 1888, il a écrit une lettre à Otto Lehmann, à cette époque une Privatdozent en Aachen. Ils ont échangé des lettres et des échantillons. Lehmann a examiné le liquide trouble intermédiaire, et a rapporté avoir vu cristallites. Collègue viennois de Reinitzer von Zepharovich également indiqué que le "fluide" intermédiaire était cristallin. L'échange de lettres avec Lehmann a pris fin le 24 Avril, avec beaucoup de questions sans réponse. Reinitzer présenté ses résultats, avec des crédits à Lehmann et von Zepharovich, lors d'une réunion de la Société Chimique de Vienne sur le 3 mai 1888.
A cette époque, Reinitzer avait découvert et décrit trois caractéristiques importantes de cristaux liquides cholestériques (le nom inventé par Georges Friedel en 1922): l'existence de deux points de fusion, la réflexion de la lumière polarisée circulairement, et la possibilité de faire tourner la direction de polarisation de la lumière.
Après sa découverte accidentelle, Reinitzer disparu de la scène. La recherche a été poursuivi par Lehmann, qui a réalisé qu'il avait rencontré un phénomène nouveau et a été en mesure de lancer une enquête de celui-ci. Dans ses années postdoctoraux il avait acquis une expertise dans la cristallographie. La principale arme dans son arsenal scientifique était la microscopie expérimentale dans laquelle Lehmann était adepte. Ce était le microscope de Lehmann qui avait attiré l'attention de Reinitzer. Lehmann a commencé une étude systématique, d'abord cholestérol benzoate, puis de composés apparentés qui présentaient le double phénomène de fusion. Il était capable de faire des observations en lumière polarisée, et son microscope possédait un stade chaud permettant des observations à haute température. La phase intermédiaire trouble clairement débit soutenu, mais d'autres caractéristiques, en particulier la signature sous un microscope, convaincu Lehmann qu'il avait affaire à un solide. À la fin de Août 1889, il avait son article prêt à être soumis à la Zeitschrift für Physikalische Chemie.
Les cristaux liquides ne étaient pas populaires parmi les scientifiques au début du 20e siècle et le matériel sont restés une curiosité scientifique pure pendant environ 80 années.
Pour plus de détails sur l'histoire de cristaux liquides voir: Tim Sluckin, Ueber die Natur und der kristallinischen Flüssigkeiten flüssigen Kristalle (L'histoire des débuts de cristaux liquides), Bunsen-Magazin, 7.Jahrgang, 5/2005 et l'Histoire de cristaux liquides site.
En 1969, Hans Kelker réussi à synthétiser une substance qui a une phase nématique à la température ambiante, MBBA (p-Methoxybenzyliden-p'-n-butylanilin), le bien connu «mouche des fruits» de la recherche de cristaux liquides. L'étape suivante de la commercialisation de affichages à cristaux liquides est la synthèse de substances chimiquement stables en outre (les cyanobiphényles) avec de basses températures de fusion de George Gray.
En 1991, lorsque les écrans à cristaux liquides étaient déjà bien établis dans notre vie quotidienne, Pierre-Gilles de Gennes (1932-2007) a reçu le prix Nobel de physique "pour la découverte que les méthodes développées pour étudier des phénomènes d'ordre dans les systèmes simples peuvent être généralisées à des formes plus complexes de la matière, en particulier aux cristaux liquides et polymères". Une introduction illustrative en cristaux liquides, leur histoire et les propriétés physiques uniques est disponible sur Nobelprize.org.
Phases cristallines liquides
Les différentes phases LC (appelés mésophases) peuvent être caractérisés par le type de commande qui est présente. On peut distinguer ordre de position (si molécules sont disposés dans toute sorte de réseau ordonné) et ordre d'orientation (si molécules sont principalement orientées dans la même direction), et d'ailleurs afin peut être soit à courte portée (uniquement entre les molécules proches les uns des autres) ou à long terme (se étendant à une plus grande, parfois macroscopiques, dimensions). La plupart des lettres de crédit auront une thermotropes phase isotrope à haute température. Ce est, chauffage finira par les conduire dans une phase liquide classique caractérisée par ordre moléculaire aléatoire et isotrope (peu ou pas d'ordre à longue distance), et fluide comme le comportement d'écoulement. Dans d'autres conditions (par exemple, la température inférieure), une CL pourrait habiter une ou plusieurs phases avec significative d'orientation anisotrope structure et à courte portée ordre d'orientation tout en ayant une aptitude à l'écoulement.
L'ordre des phases cristallines liquides est étendue à l'échelle moléculaire. Cette commande se étend jusqu'à la taille de domaine entier, qui peut être de l'ordre de micromètres, mais généralement ne se étend pas à la échelle macroscopique comme ce est souvent dans les classiques cristallins solides . Cependant, certaines techniques (telles que l'utilisation de limites ou appliqué un champ électrique ) peuvent être utilisés pour appliquer un seul domaine ordonné dans un échantillon de cristal liquide macroscopique. L'ordre dans un cristal liquide pourrait se étendre le long seule dimension, le matériau étant essentiellement désordonnée dans les deux autres directions.
Cristaux liquides thermotropes
Thermotropes phases sont celles qui se produisent dans un certain intervalle de température. Si la température est élevée trop haut, l'agitation thermique détruira la commande coopérative de la phase délicate de LC, poussant le matériau en une phase liquide isotrope classique. À une température trop basse, la plupart des matériaux LC formeront un (bien anisotrope) cristal classique. Beaucoup CL thermotropes présentent une variété de phases que la température est modifiée. Par exemple, un mésogène particulier peut présenter différentes phases smectiques et nématiques (et finalement isotropes) lorsque la température est augmentée. Un exemple d'un composé présentant un comportement thermotrope à cristaux liquides est Para-azoxyanisole.
Phase nématique
Une des phases LC les plus courantes est le nématique, où les molécules ne ont pas ordre de position, mais ils ont à long terme afin d'orientation. Ainsi, les molécules se écoulent et leur centre de masse de positions sont répartis au hasard comme dans un liquide, mais ils sont tous orientés dans la même direction (à l'intérieur de chaque domaine). La plupart des nématiques sont uniaxiale: ils ont un axe qui est plus long et plus pratique, avec les deux autres étant l'équivalent (peut être approchée comme des cylindres). Certains cristaux liquides sont nématiques 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 nématique νημα grec, qui signifie «fil. ' Ce terme provient de la filiforme défauts topologiques observées dans nématiques, qui sont officiellement appelés " disclinaisons. » Nématiques présentent également dite hérisson défauts topologiques.
Nématiques ont une fluidité comparable à celle de (isotropes) liquides ordinaires, mais ils peuvent être facilement alignés par un champ magnétique ou électrique externe. Un alignement nématique possède les propriétés optiques d'un cristal uniaxe et ce qui les rend extrêmement utiles dans afficheurs à cristaux liquides (LCD).
Phases smectiques
Les phases smectiques, qui se trouvent à des températures inférieures à la nématique, forment des couches bien définies qui peuvent coulisser sur l'autre, comme du savon. Les smectiques sont donc en position commandé en même temps un sens. Dans la phase smectique A, les molécules sont orientées le long de la couche normale, tandis que dans la phase smectique C, ils sont inclinés à la couche normal. Ces phases sont liquides comme dans les couches. Il ya un très grand nombre de différentes phases smectiques, toutes caractérisées par différents types et degrés de l'ordre de position et d'orientation.
Phases chirales
Le chiraux nématiques expositions de phase chiralité (impartialité). Cette phase est souvent appelé le phase cholestérique, car il a d'abord été observée pour les dérivés du cholestérol. Seulement molécules chirales (ex: ceux qui manquent de symétrie d'inversion) peut donner lieu à une telle phase. Cette phase présente une torsion des molécules perpendiculaire au directeur, avec l'axe moléculaire parallèle au directeur. L'angle de torsion finie entre molécules adjacentes est dû à leur emballage asymétrique, ce qui conduit à plus long terme afin chiral. Dans la phase smectique C * (un astérisque indique une phase chirale), les molécules ont la commande de position dans une structure en couches (comme dans les autres phases smectiques), avec les molécules inclinées d'un angle fini par rapport à la couche normal. La chiralité induit une torsion azimutale fini d'une couche à l'autre, produisant une torsion en spirale de l'axe moléculaire long de la couche normal.
Le pas chiral, p, se réfère à la distance sur laquelle les mésogènes subissent une vrille complète à 360 ° (mais notez que la structure de la phase nématique chiraux se répète toutes les demi-hauteur, puisque dans cette phase administrateurs à 0 ° et +/- 180 ° sont équivalents). Le pas, p, modifie généralement lorsque la température est modifiée ou lorsque d'autres molécules sont ajoutés à l'hôte LC (un matériau LC hôte achiral formera une phase chirale si dopé avec un matériau chiral), permettant à la hauteur d'un matériau donné pour être l'écoute en conséquence. Dans certains systèmes à cristaux liquides, la hauteur est du même ordre que la longueur d'onde de la lumière visible . Cela provoque ces systèmes pour présenter des propriétés optiques uniques, tels que la réflexion sélective, et ces propriétés sont exploitées 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 température entre un chiral nématique et une phase de phase liquide isotrope. phases bleues ont une structure cubique tridimensionnelle régulière de défauts avec treillis périodes de plusieurs centaines de nanomètres, et par conséquent ils présentent sélectif Réflexions de Bragg dans la gamme de longueurs d'onde de lumière (partie visible du rayonnement électromagnétique) correspondant à la réseau cubique. Bien phases bleues sont d'intérêt pour les modulateurs de lumière rapide ou accordable cristaux photoniques, la plage de température très étroit dans lequel phases bleus existent, habituellement moins de quelques kelvin , a toujours été un problème. Récemment, la stabilisation de phases bleue sur une plage de température supérieure à 60 K dont la température ambiante (de 260 à 326 K) a pu être démontrée.
En outre, la commutation électro-optique avec des temps de l'ordre de 10 -4 s pour les phases bleue stabilisée à la température ambiante de réponse a été démontré.
En mai 2008, il a été annoncé que la première Écran LCD Mode Phase Bleu avait été développé.
Phases discotiques
Mésogènes en forme de disque peuvent se orienter d'une manière analogue à une couche appelée phase nématique discotique. Si les disques emballer en piles, la phase est appelée colonnaire discotique. Les colonnes elles-mêmes peuvent être organisées dans des tableaux rectangulaires ou hexagonales. Discotiques phases chirales, similaire à la phase nématique chirale, sont également connus.
Des cristaux liquides lyotropes
Un cristal liquide lyotrope est constitué de deux ou plusieurs composants qui présentent des propriétés de cristaux liquides dans certaines plages de concentration. Dans le phases lyotropes, solvants molécules remplissent l'espace autour des composés à fournir fluidité au système. Contrairement à thermotropes cristaux liquides, ces lyotropics ont un autre degré de liberté de la concentration qui leur permet d'induire une variété de différentes phases.
Un composé qui présente deux immiscible hydrophile et parties hydrophobes au sein de la même molécule est appelé un molécule amphiphile. De nombreuses molécules amphiphiles montrent cristaux liquides lyotropes séquences de phase en fonction des soldes de volume entre la partie hydrophile et une partie hydrophobe. Ces structures sont formées par la séparation de micro-phase de deux composants incompatibles sur une échelle nanométrique. Le savon est un exemple courant d'un cristal liquide lyotrope.
La teneur en eau ou d'autres molécules de solvant modifie les structures auto-assemblées. A une concentration de amphiphile très faible, les molécules seront dispersés de manière aléatoire, sans aucune commande. À un peu plus élevé (mais encore faible) la concentration, les molécules amphiphiles spontanément assembler en micelles ou vésicules. Ceci est fait de manière à «cacher» la queue hydrophobe de la amphiphile l'intérieur du noyau de micelles, exposant une surface (soluble dans l'eau) hydrophile à une solution aqueuse. Ces objets sphériques eux-mêmes ne Mais afin de ne pas en solution,. À forte concentration, les assemblées deviendront commandé. Une phase est typique d'une phase hexagonale en forme de colonne, où les amphiphiles forment de longs cylindres (encore une fois avec une surface hydrophile) qui se disposent en un réseau hexagonal ou moins. Ce est ce qu'on appelle la phase de savon milieu. A une concentration encore plus élevée, une phase lamellaire (phase de savon lisse) peut former, dans lequel les feuilles étendues d'amphiphiles sont séparées par de fines couches d'eau. Pour certains systèmes, un (également appelé isotrope visqueuse) phase cubique peut exister entre les phases hexagonales et lamellaires, dans lequel les sphères sont formées qui créent un réseau cubique dense. Ces sphères peuvent être également reliés entre eux, formant une phase cubique bicontinue.
Les objets créés par amphiphiles sont généralement sphérique (comme dans le cas de micelles), mais peuvent également être en forme de disque (bicelles), tige, ou bi-axial (tous les trois axes de micelles sont distincts). Ces nano-structures auto-assemblées anisotropes peuvent alors se commander de la même manière que le font les cristaux liquides, formant versions à grande échelle de toutes les phases thermotropes (comme une phase nématique de micelles en forme de tige).
Pour certains systèmes, à forte concentration, phases inverses sont observées. Autrement dit, on peut générer une phase hexagonale inverse de colonne (colonnes d'eau encapsulées par amphiphiles) ou une phase micellaire inverse (un volume d'échantillon de cristaux liquides avec de l'eau cavités sphériques).
Une progression générique de phases, allant de faible à haute concentration d'amphiphile, est:
- Phase cubique discontinue ( phase cubique micellaire)
- Phase hexagonale (la phase colonnaire hexagonale) (phase intermédiaire)
- Bicontinu phase cubique
- Phase lamellaire
- Bicontinu phase cubique
- La phase colonnaire hexagonale inverse
- Phase cubique inverse (Inverse de phase micellaire)
Même dans les mêmes phases, leurs structures auto-assemblées 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 équilibre subtil des interactions intermoléculaires, il est plus difficile à analyser leur structure et les propriétés que celles des cristaux liquides thermotropes.
Phases et les caractéristiques similaires peuvent être observées dans dibloc non miscible copolymères.
Cristaux liquides Metallotropic
Phases cristallines liquides peuvent également être basés sur les phases inorganiques bas point de fusion comme ZnCl2 qui ont une structure formée de tétraèdres liés et forment facilement des lunettes. L'addition de molécules à chaîne longue soaplike conduit à une série de nouvelles phases qui montrent une variété de comportement de cristal liquide à la fois en fonction du rapport de composition inorganique-organique et de la température. Cette classe de matériaux a été nommé metallotropic JD Martin et al.
Des cristaux liquides biologiques
Lyotropes phases à cristaux liquides sont abondants dans les systèmes vivants, l'étude de ce qui est dénommé polymorphisme. En conséquence, les cristaux liquides lyotropes attirent une attention particulière dans le domaine de la chimie biomimétique. En particulier, des membranes biologiques et les membranes cellulaires sont une forme de cristal liquide. Leurs molécules constituantes (par exemple, phospholipides) sont perpendiculaires à la surface de la membrane, la membrane est encore capable d'une gamme de contrainte élastique, ce qui conduit à certains aspects du comportement élastique pour être exposée. Ces lipides varient en forme (voir page sur lipide polymorphisme). Les molécules constitutives peuvent inter-se mêler facilement, mais ont tendance à ne pas laisser la membrane en raison de l'exigence de haute énergie de ce processus. molécules lipidiques peuvent basculer d'un côté de la membrane à l'autre, ce procédé étant catalysée par flippases et floppases (selon la direction du mouvement). Ces phases liquides de membrane de cristal peuvent également accueillir des protéines importants tels que les récepteurs librement "flottant" à l'intérieur ou partiellement à l'extérieur, la membrane, par exemple CCT.
Beaucoup d'autres structures biologiques présentent un comportement de LC. Par exemple, le concentré de protéines solution qui est extrudé par une araignée pour générer soie est, en fait, une phase de cristal liquide. La commande précise de molécules en soie est essentielle à sa force de renom. ADN et beaucoup polypeptides peuvent également former des phases de LC et cela aussi constitue une partie importante de la recherche universitaire en cours.
La formation de modèles dans les cristaux liquides
Anisotropie des cristaux liquides est un établissement non observé dans d'autres liquides. Cette anisotropie rend flux de cristaux liquides se comportent bien différemment que les fluides ordinaires. Par exemple, l'injection d'un flux d'un cristal liquide entre deux plaques parallèles étroites ( doigté visqueux), l'orientation des molécules couples avec le flux, avec le résultat de l'émergence de modèles dendritiques .. Cette anisotropie se manifeste aussi dans l'énergie interfaciale ( tension de surface ) entre les différentes phases de cristaux liquides. Cette anisotropie détermine la forme d'équilibre à la température de la coexistence, et est si forte que généralement facettes apparaissent. Lorsque la température est changée d'une des phases se développe en formant des morphologies différentes en fonction du changement de température. Comme la croissance est contrôlée par diffusion de la chaleur, l'anisotropie de la conductivité thermique favorise la croissance dans des directions spécifiques, ce qui a également un effet sur la forme finale.
Traitement théorique de cristaux liquides
Traitement théorique microscopique des phases fluides peut devenir assez complexe, en raison de la densité de matériaux de haute, ce qui signifie que les interactions fortes répulsions, hard-core, et les corrélations à plusieurs corps ne peuvent pas être ignorés. Dans le cas de cristaux liquides, à anisotropie toutes ces interactions complique encore l'analyse. Il ya un certain nombre de théories assez simple, cependant, qui peut au moins prévoir le comportement général des transitions de phase dans les systèmes à cristaux liquides.
paramètre Order
La description de cristaux liquides comporte une analyse de l'ordre. Pour rendre cette quantitative, un paramètre d'ordre d'orientation est généralement défini sur la base de la moyenne de la seconde Polynôme de Legendre:
où 
est l'angle entre l'axe de la molécule mésogène et le directeur local (qui est la «direction préférée 'dans un élément de volume d'un échantillon de cristal liquide, ce qui représente également l'axe optique local). Cette définition est pratique, car pour un échantillon complètement aléatoire et isotrope, S = 0, alors que pour un échantillon S parfaitement alignés = 1. Pour un échantillon de cristal liquide typique, S est de l'ordre de 0,3 à 0,8, et en général diminue à mesure que la température est élevée. En particulier, une forte baisse du paramètre de commande à 0 est observée lorsque le système subit une transition de phase d'une phase à cristaux liquides dans la phase isotrope. Le paramètre de commande peut être mesuré expérimentalement dans un certain nombre de façons. Par exemple, diamagnétisme, biréfringence, Diffusion Raman, RMN et EPR peut également être utilisé pour déterminer S.
On pourrait également caractériser l'ordre d'un cristal liquide à l'aide d'autres même polynômes de Legendre (tous les polynômes impairs en moyenne à zéro puisque le réalisateur peut pointer dans une des deux directions antiparallèles). Ces moyennes d'ordre supérieur sont plus difficiles à mesurer, mais peuvent fournir des informations supplémentaires à propos des commandes moléculaire.
Onsager dur tige-modèle
Un modèle très simple qui prédit lyotrope transitions de phase est le modèle dur tige proposé par Lars Onsager. Cette théorie considère le volume exclu du centre de masse d'un cylindre idéalisée à l'approche de l'autre. Plus précisément, si les cylindres sont orientés parallèlement les uns aux autres, il existe très peu de volume qui est exclue du centre de masse du cylindre approchant (il peut venir très près de l'autre cylindre). Toutefois, si les cylindres sont à un angle par rapport à 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 répulsion dur-tige entre les deux objets idéalisées). Ainsi, cet agencement angulaire voit une diminution de la position nette entropie du cylindre approchant (il ya moins d'états disponibles de celui-ci).
L'idée fondamentale ici est que, tandis que les modalités parallèles d'objets anisotropes conduit à 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 théorie prédit ainsi qu'une solution d'objets en forme de tige va subir une transition de phase, à une concentration suffisante, dans une phase nématique. Récemment, cette théorie est utilisée pour observer la transition de phase entre nématique et smectique-A à très haute concentration aussi Hanif et al.. Bien que ce modèle est conceptuellement utile, sa formulation mathématique permet plusieurs hypothèses qui limitent son applicabilité aux systèmes réels.
Maier-Saupe signifie théorie des champs
Cette théorie statistique comprend des contributions d'un potentiel intermoléculaire attractive. L'attraction anisotrope stabilise alignement parallèle des molécules voisines, et la théorie considère alors une moyenne champ moyen de l'interaction. Résolu auto-cohérente, cette théorie prédit transitions de phase thermotropes, cohérents avec l'expérience.
Théorie du continuum élastique
Dans ce formalisme, une matière à cristaux liquides est traité comme un continuum; détails moléculaires sont totalement ignorées. Plutôt, cette théorie considère perturbations à un échantillon orienté présumée. On peut distinguer trois types de distorsions qui pourraient se produire dans un échantillon orienté: (1) des torsions de la matière, où les molécules voisines sont forcés à être inclinée par rapport à l'autre, plutôt que alignées; (2) évasement de la matière, où se produit la flexion perpendiculaire à l'administrateur; et (3) de courbure du matériau, où la distorsion est parallèle à l'axe directeur et mésogène. Ces trois types de distorsions encourent une pénalité de l'énergie. Ils sont des défauts qui se produisent souvent parois de domaine ou limites proches du conteneur qui l'encadre. La réponse du matériau peut alors être décomposée en termes sur la base des constantes élastiques correspondant aux trois types de distorsions. Théorie du continuum élastique a été montré pour être un outil particulièrement puissant pour la modélisation de dispositifs à cristaux liquides.
Effet de la chiralité
Comme déjà décrit, mésogènes chiraux donnent généralement lieu à des mésophases chirales. Pour mésogènes moléculaires, cela signifie que la molécule doit posséder une certaine forme d'asymétrie, généralement un centre stéréogénique. Une exigence supplémentaire est que le système ne soit pas racémique: un mélange de versions droite et gauchers du mésogène annulera l'effet chiral. En raison de la nature coopérative de la commande à cristaux liquides, cependant, une petite quantité de dopant chiral dans une mésophase contraire achiral est assez souvent pour sélectionner sur une impartialité de domaine, ce qui rend l'ensemble du système chiral.
Phases chirales ont habituellement une torsion hélicoïdale des mésogènes. Si la hauteur de cette torsion est de l'ordre de la longueur d'onde de la lumière visible, alors effets intéressants d'interférence optique peuvent être observées. La torsion chirale qui se produit dans les phases de LC chiraux rend également le système de répondre différemment à droite et gaucher lumière polarisée circulairement. Ces matériaux peuvent donc être utilisés comme filtres de polarisation.
Il est possible pour mésogènes chiraux pour produire essentiellement des mésophases achiraux. Par exemple, dans certaines gammes de concentration et le poids moléculaire , l'ADN se forme une ligne de phase hexatique achiral. Une observation curieuse récente est de la formation de mésophases chirales de mésogènes achiraux. Plus précisément, il a été démontré molécules recourbée de base (parfois appelés cristaux liquides de la banane) pour former des phases cristallines liquides, chiral. En tout échantillon particulier, différents domaines devront impartialité face, mais dans un domaine donné, forte commande chiral seront présents. Le mécanisme de l'apparence de cette chiralité macroscopique ne est pas encore tout à fait clair. Il semble que les molécules se empilent dans des couches et se orientent de façon inclinée à l'intérieur des couches. Ces cristaux phases liquides peuvent être ou anti-ferroélectrique ferroélectrique, qui sont tous deux d'intérêt pour les applications.
La chiralité peut également être incorporé dans une phase en ajoutant une chiral dopant, qui ne doit pas nécessairement être mésogènes lui-même. TN ou STN mélanges contiennent souvent une petite quantité de ces dopants.
Applications de cristaux liquides
Les cristaux liquides trouvent une large utilisation dans affichages à cristaux liquides, qui se appuient sur les optiques de certaines substances à propriétés de cristaux liquides en présence ou en absence d'un champ électrique . Dans un dispositif typique, une couche de cristal liquide (généralement de 10 pm d'épaisseur) est situé entre deux polariseurs qui sont traversées (orientées à 90 ° l'un de l'autre). L'alignement de cristal liquide est choisi de sorte que sa phase est détendu une une hélice (voir Twisted nematic). Cette phase torsadée réoriente lumière qui est passée à travers le premier polariseur, lui permettant d'être transmis à travers le second polariseur (et réfléchie vers l'observateur si un réflecteur est prévu). Le dispositif semble donc transparente. Lorsqu'un champ électrique est appliqué à la couche à cristaux liquides, les axes longs moléculaires ont tendance à se aligner parallèlement au champ électrique détorsion ainsi progressivement dans le centre de la couche de cristaux liquides. Dans cet état, les mésogènes ne réorienter la lumière, afin que la lumière polarisée à la première polariseur est absorbé au second polariseur, et le dispositif perd la transparence avec l'augmentation de la tension. De cette façon, le champ électrique peut être utilisé pour effectuer une commutation entre des pixels transparents ou opaques sur commande. Systèmes LCD couleur utilisent la même technique, avec des filtres de couleurs utilisées pour générer des rouges, verts et bleus pixels. Des principes similaires peuvent être utilisés pour fabriquer des dispositifs optiques basés autre à cristaux liquides.
CL chiraux thermotropes dont la hauteur varie fortement avec la température peut être utilisé comme thermomètres brut, puisque la couleur du matériau va changer que le pas est modifié. Liquides transitions de couleurs de cristal sont utilisés sur de nombreux aquarium et piscine thermomètres. Autres matériaux à cristaux liquides changent de couleur lorsqu'ils sont étirés ou stressé. Ainsi, les feuilles de cristaux liquides sont souvent utilisés 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 utilisé pour détecter les points chauds générés électriquement pour l'analyse des défaillances dans le semiconducteur industrie. Liquides unités de mémoire de cristal avec la grande capacité ont été utilisés dans les équipements de navigation de la navette spatiale.
Il est également intéressant de noter que de nombreux fluides communs sont en cristaux liquides de fait. Savon, par exemple, est un cristal liquide, et forme une variété de phases de cristaux liquides en fonction de sa concentration dans l'eau.
