フリードリッヒ・ライニッツァー名前オーストリアの植物学者は、コレステリルベンゾエートとしても知られている材料は、2つの異なる融点を有していたことを観察したときの液晶の研究は1888年に始まりました。 彼の実験では、Reinitzerは、固体試料の温度を上昇し、かすんで液体に水晶の変化を見ました。 彼はさらに温度が上昇したように、材料は明確な、透明な液体の中に再度変更しました。 液晶相 - このため、初期の作品で、Reinitzerは、多くの場合、問題の新たな段階を発見すると信じています。
液晶材料は、その性質や用途にユニークです。 この分野の研究を続けていると、新しいアプリケーションが開発されると、液晶は現代の技術において重要な役割を果たします。 このチュートリアルでは、科学と、これらの材料のアプリケーションを紹介します。
液晶は何ですか？
液晶材料は、一般に、いくつかの共通の特性を有します。 これらの中でも、棒状の分子構造、長軸の剛性、及び強い双極子及び/又は容易に分極置換基です。
液晶状態の際立った特徴は、共通の軸に沿ってポイントする分子（メソゲン）の傾向は、ディレクタと呼ばれます。 これには固有の順序を持たない液相中の分子とは対照的です。 固体の状態では、分子は、高度に秩序と少しの並進自由度を持っています。 液晶状態の特性配向秩序は、伝統的な固相と液相の間であり、これは液晶状態と同義に使用される用語メソゲン状態の起源です。 以下の図で各相の分子の平均的配向に注意してください。
材料が結晶又は液晶状態にあるかどうかを判断することが困難な場合があります。 結晶性材料は、三次元での長距離定期的な順序を示しています。 定義により、等方性液体には配向秩序を有していません。 アライメントある程度の固体として注文、まだ持っていない物質は、適切に液晶と呼ばれています。
材料中に存在しているどれだけのため定量化するために、秩序パラメータ（S）が定義されています。 次のように伝統的に、秩序パラメータが与えられます。
ここで、θは、ディレクターと各分子の長軸の間の角度です。 ブラケットは、試料中の分子の全ての平均を示します。 等方性液体では、余弦項の平均値はゼロであり、したがって、秩序パラメータは、ゼロに等しいです。 完全結晶の場合は、オーダーパラメータが1に評価されます。 動力学的分子運動の結果として正確な値は、温度の関数、0.3と0.9との間の液晶範囲の秩序パラメータの標準値、。 これは、ネマチック液晶材料のために以下に示す（次のセクションで説明します）。
ディレクターに沿って指すように、液晶分子の傾向は、異方性として知られる状態につながります。 この用語は、材料の特性は、それらが測定される方向に依存することを意味します。 例えば、それに対してより木目に沿って木材の一片を切断することが容易です。 液晶の異方性性質は、様々な用途で科学者と技術者によって悪用独自の光学特性の原因です。
液晶を特徴づけます
次のパラメータは液晶構造を記述する：
-定位置オーダー
-配向秩序
-ボンド配向秩序
これらのパラメータの各々は、液晶サンプルが順序付けされる程度を記載します。 位置の順序は、分子の平均分子または基は、（結晶性材料が示すように）並進対称性を示す程度を指します。 配向秩序は、上述したように、長距離に基づいてディレクターに沿って整列する分子の傾向の尺度を表します。 ボンド配向秩序は、その線に沿って規則的な間隔を必要とせずに最近傍分子の中心を結ぶ線を記述する。 従って、中心線に対して比較的長距離秩序が、その線に沿ってのみ短距離位置秩序。 （例えばチャンドラセカール、液晶としてのテキストにヘキサチック相の議論を参照）。
ほとんどの液晶化合物の展示多型、または複数の相が液晶状態において観察されている状態。 用語中間相は、液晶材料の「サブフェーズ」を記述するために使用されます。 中間相は、1つまたは2つの次元の順序を課すことにより、又は分子が並進運動度を持たせることのいずれかによって、試料中のオーダーの量を変化させることにより形成されています。 以下のセクションでは、より詳細に液晶の中間相を記載しています。
液晶相
液晶状態は、結晶（固体）と等方（液体）状態の間で観察された物質の別個の相です。 材料の順序の量に応じて液晶状態の多くの種類があります。 このセクションでは、液晶材料の相挙動を説明します。
ネマチック相は、
ネマチック液晶相が全く位置秩序を持たないが（ディレクターに沿って）同じ方向を向く傾向にある分子によって特徴付けられます。 次の図では、分子は垂直ポイントが、特定の順序で配置されていることに気づきます。
液晶は異方性材料であり、システムの物理的特性は、ディレクターとの平均配向とともに変化します。 アライメントが大きい場合、材料は非常に異方性です。 アライメントが小さい場合には同様に、材料がほぼ等方性です。
ネマチック液晶の相転移は、DrメアリーNeubert、LCI-KSUによって提供される以下のムービーで実証されています。 ネマチック相は霜降りテクスチャとして見られています。 材料の温度が上昇するように黒、等方性液体への遷移を引き起こし、腕時計。
ネマチック液晶の特別なクラスは、キラルネマチックと呼ばれています。 キラル選択的円偏光のいずれかの成分を反映する固有の能力を指します。 用語キラルネマチック、コレステリックと交換可能に使用されます。 このメソフェーズの詳細については、コレステリック液晶のセクションを参照してください。
スメクティック相は、
単語「スメクティックは」石鹸のためのギリシャ語に由来しています。 この一見あいまいな起源は、多くの場合、石鹸皿の底に見出さ厚さ、滑りやすい物質が実際にスメクチック液晶の一種であるという事実によって説明されます。
スメクチック状態は、液晶物質の他の異なる中間相です。 このフェーズ中の分子は、ネマチックに存在しない並進秩序の度合いを示しています。 スメクチック状態では、分子はネマチックの一般的な配向秩序を維持するだけでなく、層又は平面に自身を整列させる傾向があります。 運動は、これらの平面内に制限され、そして別の面は、互いに通り過ぎて流れることが観察されます。 増加したためではスメクティック状態がネマチックよりも多くの「固体状」であることを意味します。
スメクチック相のスメクチック相写真の画像（偏光顕微鏡を使用して）
多くの化合物はスメクチック相の複数のタイプを形成することが観察されます。 これらの変動の12が同定されているなど、多くのように、しかし、唯一の最も明確な相がここで説明されています。
スメクティックメソフェーズにおいて、ディレクタは、スメクチック平面に垂直であり、そして層には、特に、位置の順序は存在しません。 同様に、スメクチックB中間相は、スメクチック平面に垂直なディレクターと配向が、分子は、層内の六角形のネットワークに配置されています。 スメクチックCメソフェーズにおいて、分子はスメクチック中間相のように配置されているが、監督はスメクチック平面に通常測定一定の傾斜角度です。
ネマチックのように、スメクチックC中間相は*カイラル状態指定Cを有しています。 スメクチックCと一致して、ディレクターはスメクチック層に対して傾斜角度をなします。 違いは、この角度は、ヘリックス形成層から層へ回転させることです。 換言すれば、スメクチックC *の中間相のディレクタが平行でない又は垂直層に、それが一つの層から次へと回転します。 以下の図において、各層における緑色の矢印で示されるディレクタのねじれを、注意してください。
一部スメクティックメソ相において、分子は、それらの上下の種々の層によって影響されます。 したがって、三次元オーダーの少量が観察されます。 スメクチックA-Gは、このタイプの構成を示す例です。
コレステリック相は
、コレステリック（又はカイラルネマチック）液晶相は、典型的には、互いに対してわずかな角度で分子間の配向を好む分子間力を生成キラル中心を含有するネマチックメソゲン分子から構成されています。 これは、上記および下記のものに対してねじら各層のディレクタを有する非常に薄い2次元ネマチック状の層のスタックとして視覚化することができる構造の形成をもたらします。 この構造では、取締役は、実際に、次の図およびアニメーション中の黒矢印で示すように、通常の層について連続螺旋パターンに形成します。 アニメーション中の黒矢印は、スタックに沿った層の連続しディレクタ配向を表します。
示された分子は、単にダイレクタ周り方向の分布を有する微小厚のスラブにある多くのカイラルネマティックメソゲンの表現です。 これは、スメクティック中間相で見つかった平面配置と混同してはなりません。
コレステリックメソ相の重要な特徴は、ピッチです。 ピッチPは、上記アニメーションに示すように、ディレクタがヘリックス内の1つの完全なターンを回転させるために要する距離として定義されます。 キラルネマチック相の螺旋構造の副生成物は、ピッチが可視スペクトルにおける光の対応する波長に等しいときに色が反映されるように選択的に、ピッチ長さに等しい波長の光を反射する能力です。 効果は、温度に応じて反射光の波長の変化をもたらすピッチ長を変更し、連続する層の間のディレクタ配向の緩やかな変化（上記に示す）の温度依存性に基づいています。 角度はれるディレクタの変化を大きくすることができるので、従って、それらをより多くの熱エネルギーを与え、分子の温度を増加させることにより、ピッチを締め。 同様に、分子の温度を下げることは、キラルネマチック液晶のピッチ長を増加させます。 これは、反射された色でその環境の温度を表示する液晶温度計を構築することができます。 これらの液晶の様々なタイプの混合物は、多くの場合、温度変化に対する応答の多種多様なセンサを作成するために使用されます。 このようなセンサは、回路基板の接続部の欠陥、流体流れパターン、電池の状態、放射線の存在、またはそのような「気分」リングなどのノベルティに検出する感熱フィルムの形で、多くの場合、温度計のために使用されます。
フィルムの製造においては、黒い背景の上に直接キラルネマチック液晶を入れているので、分解、おそらく汚染をもたらす、結晶は、マイクロカプセル化された非常に小さな寸法の粒子にあります。 粒子は次にマイクロカプセルを平らにし、明るい色に最適アラインメントを生成するように硬化時に収縮する結合材料で処理されます。 低い温度に敏感であるカイラルネマチック液晶のクラスの用途は、衣類、人形、インクおよび塗料などの材料を作成することです。
cholestericsがいずれかの全体に分散キラルドーパントを排他的に、キラル分子またはネマチック分子からなることができるので、反射光の波長は、また、化学組成を調整することによって制御することができます。 この場合には、ドーパント濃度は、キラリティー、したがってピッチを調整するために使用されます。
柱状フェーズ
それらはディスクの代わりに長いロッド状に形成されているため、柱状液晶は、以前のタイプは異なっています。 この中間相は、分子の積層列によって特徴付けられます。 列は、二次元結晶アレイを形成するために一緒に詰め込まれています。 列内の分子の配列自体は新しい中間相につながる列の配列。
ポスト時間：9月 - 21から2018