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De cristal líquido

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Informações de fundo

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Schlieren textura de cristal líquido nemático fase

Os cristais líquidos são substâncias que exibem uma fase de matéria que tenha propriedades entre as de um convencional líquido , e aqueles de um sólido cristalino . Por exemplo, um cristal líquido (LC) pode fluir como um líquido, mas tem as moléculas no líquido dispostos e / ou orientadas de uma forma de cristal semelhante. Existem muitos tipos diferentes de fases do LC, que podem ser distinguidas com base nos seus diferentes ópticas (tais como propriedades birrefringência). Quando visto sob um microscópio usando um polarizada luz fonte, diferentes fases de cristal líquido vai aparecer para ter uma distinta textura. Cada "remendo" na textura corresponde a um domínio em que as moléculas de LC são orientadas numa direcção diferente. Dentro de um domínio, no entanto, as moléculas são bem ordenada. Materiais de cristais líquidos que pode não ser sempre em uma fase LC (da mesma maneira que a água não está sempre em fase líquida: pode também ser encontrado no sólido e em fase gasosa ).

Os cristais líquidos pode ser dividido em termotrópico e LCs lyotropic. Termotrópico LCs exibem uma transição de fase para a fase LC como a temperatura é modificada, ao passo que CLs liotrópicos apresentam transições de fase em função da concentração do mesogen em um solvente (geralmente água), bem como da temperatura .

História

Em 1888 austríaco fisiologista botânico Friedrich Reinitzer (1858-1927), que trabalham na Universidade Alemã de Praga, foi extrair colesterol a partir de cenouras para estabelecer a sua fórmula química. Reinitzer examinaram as propriedades físico-químicas de vários derivados do colesterol. Outros pesquisadores observaram efeitos de cores distintas em refrigeração derivados do colesterol logo acima do temperatura de solidificação. Reinitzer-se encontrado o mesmo fenômeno em benzoato de colesterol, mas as cores próximas a solidificação de colesterol benzoato não eram a característica mais peculiar. Reinitzer descobriram que benzoato de colesterilo não faz derreter como outros compostos, mas tinha dois pontos de fusão . Na 145,5 ° C derreteu em um líquido turvo, e em 178,5 ° C derreteu novamente eo líquido turvo ficou claro. O fenômeno foi reversível. Buscando a ajuda de um físico, em 14 de março de 1888, ele escreveu uma carta ao Otto Lehmann, em que um tempo Privatdozent em Aachen. Eles trocaram cartas e amostras. Lehmann examinado o fluido turvo intermediária, e relatou ter visto cristalitos. Colega vienense de Reinitzer von Zepharovich também indicou que o "fluido" intermediário era cristalino. A troca de cartas com Lehmann terminou em 24 de abril, com muitas perguntas sem resposta. Reinitzer apresentou seus resultados, com créditos para Lehmann e von Zepharovich, em uma reunião da Sociedade Química Viena em 03 de maio de 1888.

Por esta altura Reinitzer tinha descoberto e descrito três características importantes de cristais líquidos colestéricos (o nome cunhado por Georges Friedel em 1922): a existência de dois pontos de fusão, a reflexão de luz polarizada circularmente, e a capacidade de girar o sentido de polarização de luz.

Depois de sua descoberta acidental, Reinitzer desapareceu do palco. A pesquisa foi continuada por Lehmann, que percebeu que ele havia encontrado um fenômeno novo e estava em uma posição para lançar uma investigação do mesmo. Em seus últimos anos de pós-doutorado que ele havia adquirido conhecimentos em cristalografia. A principal arma em seu arsenal científico foi microscopia experimental na qual Lehmann era adepto. Foi microscópio de Lehmann, que tinha atraído a atenção de Reinitzer. Lehmann começou um estudo sistemático, antes de colesterol benzoato, e depois de compostos relacionados que apresentaram o fenômeno de dupla fusão. Ele foi capaz de fazer observações em luz polarizada, e seu microscópio possuía uma fase quente permitindo observações de alta temperatura. A fase intermediária nublado claramente sustentado fluxo, mas outros recursos, particularmente a assinatura sob um microscópio, convencido de Lehmann que estava lidando com um sólido. Até o final de agosto de 1889, ele teve seu artigo pronto para apresentação ao Zeitschrift für Physikalische Chemie.

Os cristais líquidos não eram populares entre os cientistas no início do século 20 eo material permaneceu uma curiosidade científica pura para cerca de 80 anos.

Para mais detalhes sobre a história de cristais líquidos ver: Tim Sluckin, Ueber morrer der Natur kristallinischen Flüssigkeiten und flüssigen Kristalle (O início da história cristais líquidos), Bunsen-Magazin, 7.Jahrgang, 5/2005 e da História de Cristais Líquidos site.

Em 1969, Hans Kelker conseguiu sintetizar uma substância que tem uma fase nemático à temperatura ambiente, MBBA (p-Methoxybenzyliden-p'-n-butylanilin), o bem conhecido "fruto-fly" pesquisa de cristal líquido. O próximo passo para a comercialização de ecrãs de cristais líquidos foi a síntese de novas substâncias quimicamente estáveis (cyanobiphenyls) com baixas temperaturas de fusão por George Gray.

Em 1991, quando ecrãs de cristais líquidos foram já bem estabelecida em nossa vida cotidiana, Pierre-Gilles de Gennes (1932-2007) recebeu o Prêmio Nobel de Física "pela descoberta de que os métodos desenvolvidos para estudar os fenômenos de ordem nos sistemas simples podem ser generalizados a formas mais complexas de matéria, em particular aos cristais líquidos e polímeros". Uma introdução ilustrativos em cristais líquidos, a sua história e as propriedades físicas únicas está disponível em Nobelprize.org.

Fases cristalinas líquidas

As várias fases do LC (chamados mesofases) pode ser caracterizado por o tipo de encomenda que está presente. Pode-se distinguir ordem posicional (se moléculas estão dispostos em qualquer tipo de estrutura ordenada) e ordem de orientação (se moléculas são principalmente apontando na mesma direcção), e, além disso, a ordem pode ser tanto de curto alcance (apenas entre as moléculas próximas umas das outras) ou de longo alcance (estendendo-se até maior, às vezes macroscópicos, dimensões). A maioria dos LCs termotrópicos terá um fase isotrópica a alta temperatura. Ou seja, o aquecimento irá eventualmente conduzir-los em uma fase líquida convencional caracterizado por ordenação molecular aleatório e isotrópico (pouca ou nenhuma ordem de longo alcance), e comportamento de escoamento tipo fluido. Sob outras condições (por exemplo, a temperatura mais baixa), um LC pode habitam uma ou mais fases com significativa orientacional anisotrópica estrutura e ordem de orientação de curto alcance enquanto continua a ter uma capacidade de fluir.

A ordenação das fases líquidas cristalinas é extensa na escala molecular. Esta ordem estende-se a todo o tamanho do domínio, que podem ser da ordem dos micrómetros, mas geralmente não se estende para o escala macroscópica como ocorre frequentemente em clássicos cristalinos sólidos . No entanto, algumas técnicas (tais como a utilização de fronteiras ou aplicado um campo eléctrico ) pode ser usada para impor um único domínio ordenados numa amostra de cristal líquido macroscópica. A ordenação em um cristal líquido pode estender ao longo de apenas uma dimensão, com o material a ser essencialmente desordenada nas outras duas direcções.

Cristais líquidos termotrópicos

Fases termotrópicos são aquelas que ocorrem num certo intervalo de temperatura. Se a temperatura é aumentada demasiado elevado, o movimento térmico irá destruir o delicado ordenação cooperativa da fase LC, que empurra o material para dentro de uma fase líquida isotrópica convencional. Em uma temperatura demasiado baixa, a maioria dos materiais irá formar um LC (embora anisotrópica) cristal convencional. Muitos CLs termotrópicos exibem uma variedade de fases como a temperatura é alterada. Por exemplo, um mesogen particular pode apresentar várias fases esméticos nemáticos e (e finalmente isotrópicos) o aumento da temperatura. Um exemplo de um composto exibindo comportamento LC é termotrópico para-azoxyanisole.

Fase Nematic

Esquemática de mesogen ordenação em uma fase nematic.

Uma das fases do LC mais comuns é o nemático, em que as moléculas não possuem uma ordem de posicionamento, mas eles têm ordem de orientação de longo alcance. Assim, as moléculas de fluxo e o seu centro de massa posições são distribuídos aleatoriamente como num líquido, mas apontam na mesma direcção (dentro de cada domínio). A maioria dos nematics são uniaxial: eles têm um eixo que é mais longo e preferencial, com os outros dois sendo equivalente (pode ser aproximada como cilindros). Alguns cristais líquidos são nemáticos biaxiais, o que significa que, além de orientar o seu eixo longo, eles também orientam ao longo de um eixo secundário.

A palavra vem do nematic νημα grego, que significa "de discussão. ' Este termo se origina a partir do thread-like defeitos topológicos observados em nematics, que são formalmente chamados de ' disclinações. ' Nemáticos exibem também chamada ouriço defeitos topológicos.

Nemáticos tem fluidez semelhante à do (isotrópico) líquidos comuns, mas eles podem ser facilmente alinhadas por um campo magnético ou eléctrico externo. Um nemático alinhada tem as propriedades ópticas de um cristal uniaxial e isto torna-os extremamente úteis em telas de cristal líquido (LCD).

Fases esméticos

Esquemático de alinhamento mesogen nas fases esméticas. O smectic Uma fase (à esquerda) tem mesogens organizados em camadas. Na fase esmética C (à direita), os mesogens são inclinadas no interior das camadas.

As fases esméticas, que se encontram a temperaturas mais baixas do que o nemático, formam camadas bem definidas, que podem deslizar uns sobre os outros como sabão. Os smectics são, assim, posicionalmente ordenou ao longo de uma direção. No esmética Uma fase, as moléculas são orientadas ao longo da camada normal, enquanto na fase C esmética, elas são inclinadas para longe da camada normal. Essas fases são dentro das camadas tipo líquido. Há um número muito grande de diferentes fases esméticas, todas caracterizadas por diferentes tipos e graus de ordem de posição e de orientação.

Fases quirais

Esquemático de ordenação mesogen em fases de cristal líquido quirais. A fase nemática quiral (à esquerda), também chamada de fase cholesteric, eo smectic fase C * (à direita).

O quirais nemáticas exposições fase quiralidade (lateralidade). Esta fase é muitas vezes chamado de cholesteric fase porque foi observado pela primeira vez por derivados de colesterol. Somente moléculas quirais (isto é: aqueles que não possuem simetria de inversão) pode dar origem a uma tal fase. Esta fase apresenta uma torção das moléculas perpendicular ao diretor, com o eixo molecular paralelo com o diretor. O ângulo de torção finito entre moléculas adjacentes é, devido à sua embalagem assimétrica, o que resulta na ordem quiral de longo alcance. Na fase esmética C * (asterisco indica uma fase quiral), as moléculas têm de ordenação posicional em uma estrutura em camadas (tal como nas outras fases esméticos), com as moléculas inclinado por um ângulo finito com respeito à camada normal. A quiralidade induz uma torção azimutal finito de uma camada para a seguinte, produzindo uma torção espiral do eixo molecular ao longo da camada normal.

Quiral Nematic Fase

O passo quiral, p, refere-se à distância sobre a qual os mesogens passar por uma completa reviravolta de 360 ° (mas note que a estrutura do próprio quirais repetições de fase nematic cada meia-passo, uma vez que nesta fase diretores a 0 ° e +/- 180 ° são equivalentes). O relvado, p, normalmente muda quando a temperatura se altera ou quando outras moléculas são adicionados ao hospedeiro LC (um material hospedeiro LC aquiral irá formar uma fase quiral se dopado com um material quiral), permitindo o encontro de um dado material a ser sintonizado em conformidade. Em alguns sistemas de cristal líquido, o passo é da mesma ordem que o comprimento de onda da luz visível . Isto faz com que estes sistemas apresentam propriedades ópticas únicas, tais como reflexão selectivo, e estas propriedades são exploradas num certo número de aplicações ópticas.

Fases azuis

Fases azuis são tipos especiais de fases de cristal líquido que aparecem no intervalo de temperatura entre um quiral nemático e uma fase fase líquida isotrópica. azuis fases têm uma estrutura cúbica tridimensional regular de defeitos com treliça períodos de várias centenas de nanómetros, e, portanto, eles exibem selectiva Reflexões de Bragg na faixa de comprimento de onda de luz (parte visível da radiação electromagnética) correspondentes ao rede cúbica. Embora fases azuis são de interesse para moduladores de luz rápido ou sintonizável cristais fotónicas, a gama de temperaturas muito estreita dentro da qual existem fases azuis, geralmente inferior a alguns Kelvin , tem sido sempre um problema. Recentemente, a estabilização de fases azuis sobre uma gama de temperatura de mais de 60 K incluindo a temperatura ambiente (260-326 K) pode ser demonstrada.

Além disso, a comutação de electro-óptica com o tempo de resposta da ordem de 10 -4 s para as fases azul estabilizadas à temperatura ambiente, foi mostrado.

Em maio de 2008, foi anunciado que o primeiro Painel LCD Modo Fase Azul tinha sido desenvolvido.

Fases discotic

Mesogens em forma de disco pode orientar-se de forma semelhante a camada conhecida como a fase nemática discotic. Se os discos de embalar em pilhas, a fase é chamada um colunar discotic. As próprias colunas podem ser organizadas em matrizes retangulares ou hexagonais. Discotic fases quirais, semelhante à fase nemáticos quirais, são também conhecidos.

Cristais líquidos liotrópicos

A de cristal líquido liotrópico consiste em dois ou mais componentes que apresentam propriedades líquido-cristalinos em certas gamas de concentração. No fases liotrópicos, solventes moléculas preencher o espaço em torno dos compostos para fornecer fluidez para o sistema. Em contraste com os cristais líquidos termotrópicos, estes liotrópicos tem um outro grau de liberdade de concentração que lhes permite induzir uma variedade de diferentes fases.

Um composto que tem dois imiscível hidrofílica e partes hidrofóbicas na mesma molécula é denominado molécula anfifílica. Muitas moléculas anfifílicas mostrar sequências lyotropic fase cristalina de líquido dependendo dos saldos de volume entre a parte hidrofílica e uma parte hidrofóbica. Estas estruturas são formadas através da segregação de micro-fase de dois componentes incompatíveis numa escala nanométrica. O sabão é um exemplo cotidiano de um cristal líquido liotrópico.

O teor de água ou outras moléculas de solvente altera as estruturas de auto-montagem. Na concentração muito baixa amphiphile, as moléculas serão distribuídos aleatoriamente, sem qualquer ordenação. Em pouco maior (mas ainda baixo) concentração, moléculas anfifílicas vai montar espontaneamente em ou micelas vesículas. Isto é feito de modo a "esconder" o cauda hidrofóbica do composto anfifílico dentro do núcleo da micela, expondo uma superfície (solúveis em água) à solução hidrofílica aquosa. Estes objetos esféricos não pedir-se em solução, no entanto. Na maior concentração, os conjuntos ficará ordenada. Uma fase é uma fase típica colunar hexagonal, onde os amphiphiles formar cilindros longos (mais uma vez com uma superfície hidrofílica) que se organizam em uma estrutura aproximadamente hexagonal. Esta é chamada a fase sabão meio. Em ainda maior concentração, uma fase lamelar (fase sabão puro) pode formar, em que as folhas estendidas de anfifílicos são separadas por finas camadas de água. Para alguns sistemas, uma fase (também chamado isotrópica viscosa) cúbico podem existir entre as fases hexagonais lamelar e, em que as esferas são formadas, que criam uma rede cúbica densa. Estas esferas podem também ser ligados um ao outro, formando uma fase cúbica bicontinua.

Os objectos criados por amfifilos são geralmente esférica (como no caso de micelas), mas pode também ser do tipo disco (bicelles), de tipo bastonete, ou biaxial (todos os três eixos de micelas são distintos). Estes auto-montadas nano-estruturas anisotrópicas pode então encomendar-se em muito da mesma maneira como os cristais líquidos fazer, formando versões em grande escala de todas as fases termotrópicos (tais como uma fase nemático de micelas em forma de bastonete).

Para alguns sistemas, em concentração elevada, as fases inversas são observados. Ou seja, pode-se gerar uma fase inversa hexagonal colunar (colunas de água encapsuladas por anfifílicos) ou uma fase micelar inversa (um cristal líquido de amostra com grandes quantidades de água cavidades esféricas).

Uma progressão genérico de fases, passando de baixo para altas concentrações de anf if ilo, é:

  • Fase cúbica descontínua ( micelar da fase cúbica)
  • Fase hexagonal (fase colunar hexagonal) (fase intermediária)
  • Bicontínua fase cúbica
  • Fase lamelar
  • Bicontínua fase cúbica
  • Fase inversa hexagonal colunar
  • Fase cúbica inversa (fase micelar inversa)

Mesmo dentro das mesmas fases, as suas estruturas de auto-montagem são ajustáveis pela concentração: por exemplo, em fases lamelares, as distâncias de camada aumenta com o volume de solvente. Uma vez que os cristais líquidos liotrópicos dependem de um equilíbrio subtil de interacções intermoleculares, é mais difícil de analisar as suas estruturas e propriedades do que os de cristais líquidos termotrópicos.

Fases e características similares podem ser observadas em dibloco imiscível copolímeros.

Cristais líquidos Metallotropic

Fases cristalinas líquidas podem também basear-se em fases inorgânicos de baixa fusão como ZnCl2, que têm uma estrutura formada por tetraedros ligados e formam facilmente vidros. A adição de moléculas de cadeia longa soaplike conduz a uma série de novas fases que apresentam uma variedade de comportamento cristalino líquido, tanto como uma função da razão de composição inorgânico-orgânico e de temperatura. Esta classe de materiais tem sido chamado metallotropic JD Martin et al.

Cristais líquidos biológicos

Fases líquido-cristalinos liotrópicos são abundantes em sistemas vivos, o estudo dos quais é referido como polimorfismo. Assim, os cristais líquidos liotrópicos atraem atenção especial no campo da química biomimética. Em particular, membranas biológicas e membranas celulares são uma forma de cristal líquido. As suas moléculas constituintes (por exemplo, fosfolípidos) são perpendiculares à superfície da membrana, no entanto, a membrana é capaz de uma gama de tensão elástica, que conduz a alguns aspectos do comportamento elástico para ser exibido. Estes lípidos variam em forma (ver página no polimorfismo de lípido). As moléculas constituintes podem inter-se misturam facilmente, mas tendem a não sair da membrana devido ao elevado requisito de energia do presente processo. Moléculas de lípidos pode virar a partir de um lado da membrana ao outro, sendo este processo catalisado pela flippases e floppases (dependendo da direcção de circulação). Estas fases de membrana de cristal líquido também pode hospedar proteínas importantes, tais como receptores livremente "flutuante" para dentro, ou parcialmente, fora, a membrana, por exemplo CCT.

Muitas outras estruturas biológicas exibem comportamento LC. Por exemplo, o concentrado de proteína solução que é extrudida por uma aranha para gerar seda é, na verdade, uma fase de cristal líquido. A ordem exacta de moléculas de seda é crítico para a sua força conhecida. ADN e muitos polipeptídeos podem também formar fases do LC e isso também constitui uma parte importante da pesquisa acadêmica atual.

Formação de padrão em cristais líquidos

Anisotropia de cristais líquidos é uma propriedade não observado em outros fluidos. Isto faz com que os fluxos de anisotropia de cristais líquidos para se comportar muito diferentemente do que os fluidos comuns. Por exemplo, a injecção de um fluxo de um cristal líquido entre duas placas paralelas estreitas ( dedilhado viscoso), a orientação das moléculas de casais com o fluxo, com o resultado do surgimento de padrões dendríticas .. Esta anisotropia também se manifesta na energia interfacial ( tensão superficial ) entre diferentes fases de cristal líquido. Esta anisotropia determina a forma de equilíbrio na temperatura de coexistência, e é tão forte que geralmente facetas aparecem. Quando a temperatura é alterada uma das fases cresce, formando diferentes morfologias dependendo da mudança de temperatura. Uma vez que o crescimento é controlada por difusão de calor, anisotropia na condutividade térmica favorável ao crescimento em direcções específicas, que tem também um efeito sobre a forma final.

Tratamento teórico de cristais líquidos

Tratamento teórico microscópica das fases fluidas podem tornar-se bastante envolvido, devido ao material de alta densidade, o que significa que as interacções fortes, repulsões do núcleo duro, e as correlações de muitos corpos não podem ser ignorados. No caso de cristais líquidos, anisotropia em todas estas interacções complica ainda mais a análise. Há um número de teorias relativamente simples, no entanto, que pode, pelo menos, prever o comportamento geral das transições de fase em sistemas de cristais líquidos.

Parâmetro de ordem

O director nemático local, que é também o eixo óptico local é determinado pela média espacial e temporal dos eixos longos moleculares ao longo de um pequeno elemento de volume e tempo.

A descrição de cristais líquidos implica a análise da ordem. Para tornar este quantitativo, um parâmetro de ordem de orientação é geralmente definida com base na média do segundo Polinômio Legendre:

S = \ langle P_2 (\ cos \ theta) \ rangle = \ left \ langle \ frac {3 \ cos ^ 2 \ theta-1} {2} \ right \ rangle

onde \ Theta é o ângulo entre o eixo e a molécula mesogen director local (que é a "direcção preferencial 'num elemento de volume de uma amostra de cristal líquido, que também representa o seu eixo óptico local). Esta definição é conveniente, uma vez que para uma amostra completamente aleatório e isotrópico, S = 0, enquanto que para uma amostra S perfeitamente alinhados = 1. Para uma amostra típica de cristal líquido, S é da ordem de 0,3 a 0,8, e, geralmente, diminui à medida que a temperatura é aumentada. Em particular, uma queda acentuada do parâmetro de ordem para 0 é observado quando o sistema é submetido a uma fase de transição de uma fase LC para a fase isotrópica. O parâmetro de ordem pode ser medida experimentalmente em um número de maneiras. Por exemplo, diamagnetism, birefringence, Espalhamento Raman, RMN e EPR também pode ser utilizado para determinar S.

Também se poderia caracterizar a ordem de um cristal líquido usando outros até mesmo polinômios de Legendre (todos os polinômios ímpares média a zero uma vez que o diretor pode apontar em qualquer dos dois sentidos antiparalelos). Estas médias de ordem superior são mais difíceis de medir, mas pode render obter informações adicionais sobre ordenação molecular.

Onsager hard-rod modelo

Um modelo muito simples, que prevê liotrópico transições de fase é o modelo do disco-rod proposto por Lars Onsager. Esta teoria considera o volume excluído do centro de massa de um cilindro idealizada medida que se aproxima o outro. Especificamente, se os cilindros são orientados paralelamente uns aos outros, há muito pouco volume que é excluído do centro de massa do cilindro que se aproxima (que pode vir bastante próximo do outro cilindro). Se, no entanto, os cilindros estão em algum ângulo um com o outro, em seguida, existe um grande volume em torno do cilindro, onde o centro de massa do cilindro que se aproxima não pode entrar (devido à repulsão disco de haste entre os dois objectos idealizadas). Assim, este arranjo angular vê uma diminuição na posicional líquido entropia do cilindro que se aproxima (há menos estados disponíveis para ele).

A percepção fundamental é que, enquanto arranjos paralelos de objectos anisotrópicas leva a uma diminuição na entropia orientacional, há um aumento na entropia posicional. Assim, em alguns casos maior ordem de posicionamento vai ser entropicamente favorável. Esta teoria prevê assim que uma solução de objectos em forma de haste vai sofrer uma transição de fase, a uma concentração suficiente, numa fase nemático. Recentemente, esta teoria é usada para observar a transição de fase entre nematic e smectic-A na concentração muito elevada também Hanif et al.. Embora este modelo é conceitualmente útil, sua formulação matemática faz várias suposições que limitam a sua aplicabilidade a sistemas reais.

Maier-Saupe significa teoria de campo

Esta teoria estatística inclui contribuições de um potencial intermolecular atraente. A atração anisotrópica estabiliza alinhamento paralelo de moléculas vizinhas, e, em seguida, a teoria considera um média de campo médio da interacção. Resolvido auto-consistente, esta teoria prevê transições de fase termotrópicos, consistentes com experiência.

Teoria do continuum Elastic

Neste formalismo, um material de cristal líquido é tratado como um continuum; detalhes moleculares são completamente ignorados. Em vez disso, esta teoria considera perturbações a uma amostra orientada presumido. Pode-se identificar três tipos de distorções que poderiam ocorrer em uma amostra orientada: (1) o material de voltas, onde moléculas vizinhas são forçadas a ser inclinada com respeito um ao outro, em vez de alinhados; (2) splay do material, onde ocorre flexão perpendicular ao diretor; e (3) curva do material, onde a distorção é paralelo ao eixo director e mesogen. Todos esses três tipos de distorções incorrer em uma penalidade de energia. Eles são defeitos que ocorrem frequentemente perto de paredes de domínio ou limites do contentor envolvente. A resposta do material pode ser então decomposto em termos baseados nas constantes elásticas que correspondem aos três tipos de distorções. Teoria contínuo elástico tem demonstrado ser uma ferramenta particularmente poderosa para a modelagem de dispositivos de cristais líquidos.

Efeito de quiralidade

Como já foi descrito, mesogens quirais, geralmente, dão origem a mesofases quirais. Para mesogens moleculares, isto significa que a molécula tem de possuir alguma forma de assimetria, geralmente um centro estereogénico. Um requisito adicional é que o sistema não seja racémica: uma mistura de versões para destros e canhotos do mesogen irá cancelar o efeito quiral. Devido à natureza cooperativa da ordenação de cristal líquido, no entanto, uma pequena quantidade de contaminante quiral numa mesofase outra forma aquiral é muitas vezes suficiente para seleccionar para um domínio lateralidade, tornando o sistema global quiral.

Fases quirais têm geralmente uma torção helicoidal das mesogens. Se o campo de esta torção é da ordem do comprimento de onda da luz visível, os efeitos de interferência óptica, em seguida, interessantes podem ser observados. A torção quiral que ocorre em fases quirais LC também faz com que o sistema responder de forma diferente para destros e canhotos luz polarizada circularmente. Estes materiais podem, assim, ser utilizados como filtros de polarização.

É possível que mesogens quirais para produzir mesofases essencialmente aquirais. Por exemplo, em certas gamas de concentração e peso molecular , de ADN irá formar uma fase hexatic linha aquiral. Uma observação recente é curioso da formação de mesofases quirais de mesogens aquirais. Especificamente, moléculas de núcleo dobrada (por vezes chamados de cristais líquidos) de banana foram mostrados para formar fases de cristais líquidos que são quirais. Em qualquer amostra particular, vários domínios terá lateralidade oposta, mas dentro de um determinado domínio, forte ordenação quiral estará presente. O mecanismo de aparecimento desta quiralidade macroscópica ainda não é totalmente clara. Afigura-se que as moléculas de empilhar em camadas e orientar-se de forma inclinada no interior das camadas. Estes cristais fases líquidas pode ser ferroelétrica ou anti- ferroelétrico, sendo que ambos são de interesse para aplicações.

Quiralidade também podem ser incorporados em uma fase pela adição de uma quiral dopante, que não precisa necessariamente ser mesogênico si. Misturas ou TN STN muitas vezes contêm uma pequena quantidade de tais dopantes.

Aplicações de cristais líquidos

Os cristais líquidos encontrar ampla utilização em ecrãs de cristais líquidos, que se baseiam nas ópticos propriedades de certas substâncias liquidas cristalinas, na presença ou ausência de um campo eléctrico . Num dispositivo típico, uma camada de cristal líquido (tipicamente 10 mm de espessura) situa-se entre dois polarizadores cruzados que são (orientada em 90 ° em relação um ao outro). O alinhamento de cristal líquido é escolhida de modo que a sua fase relaxado é uma torcida (ver Torcido efeito de campo nematic). Esta fase torcido reorienta a luz que passou através do primeiro polarizador, permitindo-lhe ser transmitida através do segundo polarizador (e reflectida de volta para o observador, se um reflector é fornecida). Assim, o dispositivo aparece transparente. Quando um campo eléctrico é aplicado à camada de LC, os eixos moleculares longas tendem a alinhar paralelamente ao campo eléctrico untwisting assim gradualmente no centro da camada de cristal líquido. Neste estado, as mesogens não reorientar a luz, de modo que a luz polarizada pelo primeiro polarizador é absorvida no segundo polarizador, e o dispositivo perde a transparência com o aumento da tensão. Deste modo, o campo eléctrico pode ser utilizado para fazer um interruptor de pixel entre transparente ou opaco no comando. Sistemas LCD a cores de usar a mesma técnica, com filtros de cor usado para gerar vermelho, verde e azul pixels. Princípios similares podem ser usados para fazer os dispositivos ópticos baseados outro cristal líquido.

CLs quirais termotrópicos cuja afinação varia fortemente com a temperatura pode ser usado como termómetros bruto, uma vez que a cor do material mudará como o campo é alterado. Transições de cores de cristal líquido são usadas em muitos aquário e piscina termômetros. Outros materiais de cristal líquido muda de cor quando esticado ou estressado. Assim, as folhas de cristais líquidos são frequentemente usados na indústria para procurar pontos quentes, mapear o fluxo de calor, medir os padrões de distribuição de tensão, e assim por diante. Líquido sob a forma de cristal líquido é utilizado para detectar electricamente gerados pontos quentes para análise de falhas no semicondutor indústria. Foram utilizadas unidades de memória de cristal líquido com ampla capacidade em equipamentos de navegação Space Shuttle.

Também é importante notar que muitos fluidos comuns são em cristais líquidos fatos. Sabão, por exemplo, é um cristal líquido, e forma uma grande variedade de fases LC dependendo da sua concentração em água.

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