مقدمة لالبلورات السائلة

بدأت الدراسة من البلورات السائلة في عام 1888 عندما لاحظ أحد النبات النمساوي اسمه فريدريتش راينيتزر أن مادة تعرف باسم بنزوات الكوليسترول كان نقطتين ذوبان متميزة. في تجاربه، وزيادة Reinitzer درجة حرارة عينة الصلبة وشاهد التغيير وضوح الشمس إلى سائل ضبابي. كما انه زاد من درجة الحرارة أكثر، تغيرت المواد مرة أخرى إلى واضح، سائل شفاف. وبسبب هذا العمل في وقت مبكر، وغالبا ما ينسب Reinitzer مع اكتشاف مرحلة جديدة من المسألة - المرحلة الكريستال السائل.

المواد الكريستال السائل هي فريدة من نوعها في خصائصها واستخداماتها. كما بحث في هذا المجال لا يزال وكما يتم تطوير تطبيقات جديدة، والبلورات السائلة تلعب دورا هاما في مجال التكنولوجيا الحديثة. يوفر هذا البرنامج التعليمي مقدمة لعلوم وتطبيقات هذه المواد.

ما هي البلورات السائلة؟
لديها مواد الكريستال السائل بشكل عام العديد من الخصائص المشتركة. ومن بين هذه هي البنية الجزيئية مثل قضيب، الصلابة من محور طويل، وثنائيات الاقطاب قوية و / أو بسهولة بدائل قطوب.

السمة المميزة للدولة البلورية السائلة هي الميل للجزيئات (mesogens) إلى نقطة على طول محور مشترك، ودعا المدير. هذا هو على النقيض من الجزيئات في الحالة السائلة، التي ليس لها ترتيب جوهري. في الحالة الصلبة، وجزيئات أمر غاية ولديهم القليل حرية متعدية. ترتيب توجهي مميزة للدولة الكريستال السائل هو بين المرحلتين الصلبة والسائلة التقليدية وهذا هو أصل الدولة mesogenic المدى، وتستخدم بشكل مترادف مع الدولة الكريستال السائل. لاحظ متوسط ​​المواءمة بين جزيئات لكل مرحلة في الرسم البياني التالي.

 

 

فمن الصعب أحيانا تحديد ما إذا كانت المادة هي في بلورة أو دولة الكريستال السائل. المواد البلورية تظهر أجل الدوري طويل المدى في ثلاثة أبعاد. بحكم التعريف، وهو السائل الخواص لا يوجد لديه أجل توجهي. المواد التي لا كما أمرت كمادة صلبة، ولكن لديهم قدر من التوافق وتسمى بشكل صحيح البلورات السائلة.

لقياس مدى ما تحقق من أجل موجودة في مادة، يتم تعريف المعلمة النظام (S). تقليديا، يتم إعطاء المعلمة الترتيب كما يلي:

 

S = (1/2) <3cos 2ف 1>
 

حيث ثيتا هي الزاوية بين المخرج ومحور طويل من كل جزيء. بين قوسين للدلالة في المتوسط ​​على كل من الجزيئات في العينة. في السائل الخواص، متوسط ​​شروط جيب التمام هو صفر، وبالتالي فإن المعلمة أجل تساوي صفر. لبلورة مثالية، المعلمة أجل بتقييم واحد. القيم النموذجية للمعلمة ترتيب مجموعة الكريستال السائل بين 0.3 و 0.9، مع أن القيمة الصحيحة وظيفة من درجة الحرارة، ونتيجة لحركة الجزيئات الحركية. ويتضح ذلك أدناه للحصول على مادة الكريستال السائل خيطي (التي سيتم مناقشتها في المقطع التالي).

الميل للجزيئات الكريستال السائل أن نشير إلى جانب مدير يؤدي إلى حالة تعرف باسم تباين. يعني هذا المصطلح أن خصائص المواد تعتمد على الاتجاه الذي يتم قياسها. على سبيل المثال، فمن الأسهل لقطع قطعة من الخشب على طول الحبوب من ضدها. طبيعة متباين الخواص من البلورات السائلة هي المسؤولة عن الخصائص البصرية الفريدة استغلالها من قبل العلماء والمهندسين في مجموعة متنوعة من التطبيقات.
تميز البلورات السائلة

تصف المعلمات التالية في البنية البلورية السائلة:
- وسام الوضعي
- ترتيب توجهي
- بوند توجهي ترتيب
كل من هذه المعلمات يصف مدى أمر عينة الكريستال السائل. يشير أجل الموضعية لمدى متوسط جزيء أو مجموعة جزيئات يظهر تناظر انتقالي (كما يظهر في المواد البلورية). ترتيب توجهي، كما نوقش أعلاه، يمثل مقياسا للاتجاه الجزيئات لمحاذاة على طول المدير على أساس طويل المدى. يصف السندات توجهي بالدفع على الخط الواصل بين مراكز جزيئات أقرب الجار دون الحاجة إلى تباعد منتظم على طول هذا الخط. وهكذا، فإن نسبيا أجل بعيدة المدى فيما يتعلق خط المراكز ولكن قصيرة المدى فقط من أجل الموضعية على طول هذا الخط. (انظر مناقشة مراحل hexatic في النص مثل سوزوكي، البلورات السائلة)

معظم تعدد المركبات الكريستال السائل المعرض، أو شرط حيث لوحظ المرحلة أكثر من واحد في الدولة البلورية السائلة. يستخدم mesophase المصطلح لوصف "subphases" من مواد الكريستال السائل. تتشكل Mesophases عن طريق تغيير كمية من أجل في العينة، إما عن طريق فرض النظام في أبعاد واحد أو اثنين فقط، أو من خلال السماح للجزيئات أن يكون على درجة من الحركة متعدية. ويصف الجزء التالي mesophases من البلورات السائلة بمزيد من التفصيل.

مراحل كريستال السائل

الدولة الكريستال السائل هي مرحلة متميزة من النظر لوحظ بين (الصلبة) والخواص (السائل) الدول البلورية. وهناك أنواع عديدة من دول الكريستال السائل، وهذا يتوقف على كمية من النظام في هذه المادة. وسيكون هذا القسم شرح سلوك المرحلة من مواد الكريستال السائل.

مراحل خيطي
وتتميز مرحلة الكريستال السائل خيطي من الجزيئات التي ليس لها ترتيب الموضعية ولكن تميل إلى نقطة في نفس الاتجاه (إلى جانب مدير). في الرسم البياني التالي، لاحظ أن جزيئات تشير عموديا ولكنها رتبت مع أي ترتيب معين.

 

 

 

البلورات السائلة هي مواد متباين الخواص، وتختلف الخواص الفيزيائية للنظام مع متوسط التوافق مع المدير. إذا محاذاة كبيرة، والمواد غير متباين الخواص جدا. وبالمثل، إذا محاذاة صغيرة، والمواد غير الخواص تقريبا.
ويتجلى في مرحلة انتقالية من الكريستال السائل خيطي في فيلم التالية التي قدمتها الدكتورة ماري نوبرت، LCI-جامعة الملك سعود. وينظر الى المرحلة خيطي كما الملمس رخامي. مشاهدة كما يتم رفع درجة حرارة المادة، مما تسبب في الانتقال إلى الأسود، السائل الخواص.

ويطلق على فئة خاصة من البلورات السائلة خيطي خيطي انطباقي. يشير مراوان إلى قدرة فريدة لتعكس بشكل انتقائي مكون واحد من الضوء المستقطب دائريا. يستخدم خيطي انطباقي المدى بالتبادل مع تراصف الجزيئات. الرجوع إلى قسم على البلورات السائلة تراصف الجزيئات لمزيد من المعلومات حول هذا mesophase.

مراحل Smectic
كلمة مشتقه "smectic" من الكلمة اليونانية التي تعني الصابون. ويفسر هذا الأصل على ما يبدو غامضا من حقيقة أن المادة السميكة الزلقة التي غالبا ما توجد في الجزء السفلي من صحن الصابون هو في الواقع نوع من الكريستال السائل smectic.
الدولة smectic هي mesophase متميز آخر للمواد الكريستال السائل. الجزيئات في هذه المرحلة تظهر درجة من النظام متعدية غير موجود في خيطي. في ولاية smectic، جزيئات حفاظ على النظام توجهي العام للnematics، ولكن تميل أيضا إلى صوتها في طبقات أو الطائرات. يقتصر الحركة إلى داخل هذه الطائرات، والطائرات لوحظ منفصلة في التدفق الماضي بعضها البعض. زيادة ترتيب يعني أن الدولة smectic أكثر "الصلبة مثل" من خيطي.

 

 

 

صورة للمرحلة صور smectic من صفحة تراصف الجزيئات الجزئي (باستخدام المجهر المستقطب)
ويلاحظ العديد من المركبات لتشكيل أكثر من نوع واحد من صفحة تراصف الجزيئات الجزئي. ما يصل الى 12 وقد تم تحديد هذه الاختلافات، ولكن فقط في المراحل الأكثر متميزة وتناقش هنا.
في smectic-A mesophase، والمخرج هو عمودي على الطائرة smectic، وليس هناك أي أمر الموضعية معين في طبقة. وبالمثل، فإن mesophase smectic-B يوجه مع مدير عمودي على الطائرة smectic، ولكن يتم ترتيب الجزيئات في شبكة السداسي داخل الطبقة. في smectic-C mesophase، يتم ترتيب جزيئات كما في smectic-A mesophase، ولكن المخرج هو في زاوية الميل ثابتة تقاس عادة إلى الطائرة smectic.
كما هو الحال في خيطي، وmesophase smectic-C لديه انطباقي الدولة المعينة C *. وتمشيا مع smectic-C، مدير يجعل زاوية الميل فيما يتعلق طبقة smectic. والفرق هو أن هذه الزاوية تدور من طبقة إلى طبقة تشكيل الحلزون. وبعبارة أخرى، فإن مدير smectic-C * mesophase لا موازية أو عمودي على طبقات، وتدور من طبقة واحدة إلى أخرى. لاحظ تطور المخرج، ممثلة الأسهم الخضراء، في كل طبقة في الرسم البياني التالي.
في بعض mesophases smectic، تتأثر جزيئات من مختلف طبقات فوق وتحت لهم. لذلك، لوحظ كمية صغيرة من ثلاثة أجل الأبعاد. Smectic-G مثال يدل على هذا النوع من الترتيب.

مراحل تراصف الجزيئات
عادة ما يتكون تراصف الجزيئات (أو مراوان خيطي) المرحلة الكريستال السائل من الجزيئات mesogenic خيطي تحتوي على مركز انطباقي التي تنتج القوى بين الجزيئات التي تفضل التوافق بين الجزيئات في زاوية طفيف مع بعضها البعض. وهذا يؤدي إلى تشكيل هيكل التي يمكن تخيلها على أنها كومة من 2-D طبقات تشبه خيطي رقيقة جدا مع المخرج في كل طبقة الملتوية فيما يتعلق بتلك فوق وتحت. في هذا الهيكل، ومديري تشكل في الواقع في نمط حلزوني مستمر حول الطبقة العادية كما يتضح من السهم الأسود في الشكل والحركة التالية. السهم الأسود في الرسوم المتحركة يمثل التوجه مدير في خلافة طبقات على طول المكدس.

 

جزيئات المعروضة هي مجرد تمثيل العديد من mesogens خيطي مراوان الكذب في ألواح سمك متناهية الصغر مع توزيع التوجه نحو المخرج. لا ينبغي الخلط بين هذا مع ترتيب مستو وجدت في mesophases smectic.
سمة هامة من mesophase تراصف الجزيئات هي أرض الملعب. الملعب، ص، يعرف بأنه المسافة التي تستغرقها مدير لتدوير بدوره كاملا واحدة في اللولب كما هو موضح في الصور المتحركة أعلاه. النتيجة الحتمية لبنية حلزونية المرحلة خيطي مراوان، هو قدرته على التفكير بشكل انتقائي ضوء موجات مساو لطول الملعب، بحيث ستنعكس لون عندما الملعب يساوي طول الموجة المقابلة للضوء في الطيف المرئي. ويستند تأثير على الاعتماد درجة حرارة تغير تدريجي في التوجه مدير بين طبقات متتالية (موضح أعلاه)، الذي يعدل طول الملعب مما أدى إلى تغيير الطول الموجي للضوء المنعكس وفقا لدرجة الحرارة. الزاوية التي التغييرات مدير ويمكن إجراء أكبر، وبالتالي تشديد الملعب، من خلال زيادة درجة حرارة الجزيئات، وبالتالي منحهم المزيد من الطاقة الحرارية. وبالمثل، وخفض درجة حرارة جزيئات يزيد من طول الملعب من الكريستال السائل خيطي انطباقي. وهذا يجعل من الممكن لبناء ميزان حرارة الكريستال السائل أن يعرض درجة حرارة البيئة من خلال اللون المنعكس. وغالبا ما تستخدم خليط من أنواع مختلفة من هذه البلورات السائلة إلى إنشاء أجهزة الاستشعار مع مجموعة واسعة من الاستجابات لتغير درجة الحرارة. وتستخدم هذه المجسات لموازين الحرارة في كثير من الأحيان في شكل أفلام حساسة للحرارة للكشف عن عيوب في الاتصالات لوحات الدوائر، وأنماط تدفق السوائل، حالة من البطاريات، وجود إشعاع، أو في أشياء مثل الخواتم "المزاج".
في تصنيع الأفلام، منذ وضع مراوان البلورات السائلة خيطي مباشرة على خلفية سوداء من شأنها أن تؤدي إلى تدهور وربما تلوث، والبلورات المجهرية مغلفة الى جزيئات ذات حجم صغير جدا. ثم يتم التعامل مع الجسيمات مع المواد الملزمة التي ستتعاقد على علاج وذلك للشد كبسولات وإنتاج أفضل المحاذاة لألوان أكثر إشراقا. تطبيق طبقة من البلورات السائلة مراوان خيطي التي هي أقل درجة حرارة حساسية هو خلق مواد مثل الملابس والدمى والأحبار والدهانات.
الطول الموجي للضوء المنعكس يمكن أيضا التحكم عن طريق ضبط التركيب الكيميائي، منذ cholesterics إما أن تتكون من جزيئات مراوان حصرا أو من جزيئات خيطي مع إشابة انطباقي المنتشرة في جميع أنحاء. في هذه الحالة، يتم استخدام تركيز إشابة لضبط شرليتي وبالتالي أرض الملعب.

مراحل عمودية

 

 

 

البلورات السائلة عمودية تختلف عن الأنواع السابقة لأنها على شكل أقراص بدلا من قضبان طويلة. ويتميز هذا mesophase أعمدة مكدسة من الجزيئات. معبأة الأعمدة معا لتشكيل مجموعة البلورية ثنائية الأبعاد. ترتيب الجزيئات داخل الأعمدة وترتيب الأعمدة نفسها يؤدي إلى mesophases جديدة.


الوقت ما بعد: سبتمبر-21-2018
ال WhatsApp المحادثة الفورية!