4, Fizyka ciekłych kryształów

[ Pobierz całość w formacie PDF ]

Zad. 4. Mieszaniny ciekłokrystaliczne

 

W zastosowaniach elektrooptycznych wykorzystuje się najczęściej eutektyczne mieszaniny dwóch lub więcej substancji mezogenicznych. Doskonałym przykładem jest nematyczny ciekły kryształ znany pod nazwą E – 7 (K 10 N 58 I), którego właściwości optyczne, anizotropia dielektryczna i lepkość są znacząco różne od właściwości składników.

TtA – temperatura topnienia czystego składnika A

TtB – temperatura topnienia czystego składnika B

TNA – temperatura przejścia w fazę nematyczną czystego składnika A

TNB – temperatura przejścia w fazę nematyczną czystego składnika B

 

Zad. 13. Przenikalność elektryczna w nematykach – teoria de Jeu i Berdewijka.

Przenikalność elektryczna jest to wielkość fizyczna charakteryzująca właściwości elektryczne środowiska.

 

Składowe przenikalności elektrycznej:

Gdzie i reprezentują podłużną i poprzeczną składową polaryzowalności molekuł względem ich głównych osi. i są współczynnikami depolaryzacji, które zależą tylko od stosunku średnicy do długości molekuły.

i są dane głównie wkładem i niewielkim wkładem .

Dla cieczy izotropowej (do porównania):

 

Nematyk:

                           

                           

Zad. 22. Mezofazy smektyczne – najważniejsze struktury.

Charakterystyczne: wykazują porządek orientacyjny w połączeniu ze strukturą warstwową. Odkryto wiele form faz smektycznych i przyjęto oznaczać je kolejnymi literami alfabetu (obecnie: A – K). Różnią się one między sobą kątem pochylenia cząsteczek względem normalnej do warstwy i sposobem uporządkowania.

Dwie podstawowe fazy smektyczne:

              - smektyk A – direktor jest prostopadły do płaszczyzny, występuje w wyższych temperaturach niż SmC. Molekuły podlegają bardzo szybkiemu ruchowi reorientacyjnemu wokół ich długich osi w skali czasu (1011 obrotów/s). Podlegają także relaksacji wokół ich krótkiej osi w skali czasu (106obrotów/s). Warstwy, które istnieją mają rozmyty kształt – środki ciężkości n9e są na jednej płaszczyźnie. Podrodzaje: SmA1, SmA2, SmAd, SmÃ.

              - smektyk C – direktor jest pochylony do płaszczyzny, [ale są wyjątki:  faza SmCalt – faza smektyczna zmienna:

///////                                                        / - molekuła

\\\\\\\

///////

\\\\\\\              W tym przypadku direktor jest uśrednieniem: prostopadły.]

Cząsteczki są zorganizowane w dyfuzyjne warstwy, w których molekuły są pochylone pod kątem θ, który zmienia się z temperaturą.

Podrodzaje: SmC1, SmC2, SmCd, SmĈ.

 

Inne fazy smektyczne:

              - smektyk B – struktura uporządkowania heksatycznego, które rozciąga się na 15-70nm.(klastery) Uporządkowanie klasterów jest identyczne, ale wektor uporządkowania krystalograficznego jest inny, więc brak jest uporządkowania dalekiego zasięgu.

              - smektyk D – struktura kubiczna

              - smektyk F – sieć heksagonalna, pochylenie molekuł na ściankę heksagonu

              - smektyk I – sieć heksagonalna, pochylenie molekuł na róg heksagonu

              - smektyk G – struktura jak normalny kryształ, tylko cząsteczki mają możliwość rotacji

Istnieją takż fazy smektyczne typu SmC* - pochylone chiralne. Są tworzone w przypadku mezogenów z dołączonym momentem dipolowym skierowanym w jedną stronę. Przykłady faz: SmC*, SmC*∞, SmC*α,SmC*γ,SmC*A.

 

Zad. 31. Porządkowanie za pomocą surfaktantów, metoda Langmuira-Blodgett.

 

Porządkowanie za pomocą surfaktantów jest jedną z metod porządkowania poprzez chemiczne traktowanie podłoża. W tym przypadku nanosi się warstwę surfaktantów, która mają hydrofilową głowę i hydrofobowy ogon. Jedną częścią przylegają do powierzchni, a drugi koniec - prostopadle do góry ( w zależności od powierzchni, czy hydrofobowa, czy hydrofilowa). 

Przykłady surfaktantów stosowanych do porządkowania ciekłych kryształów:

              - lecytyna

              - CTAB (cetyl ammonium bromide)

              - fosfolipidy

              - silany

Warstwy Langmuira-Blodgett – uporządkowanie ciekłego kryształu zależy od przygotowania powierzchni:

2D gaz -  zbyt duże odległości cząsteczek surfaktantu na powierzchni – słabe uporządkowanie,

2D ciecz – najlepsza sytuacja, duże uporządkowanie

2D ciało stałe – zbyt małe odległości pomiędzy cząsteczkami surfaktantu – molekuły ciekłego kryształu się nie mieszczą, słabe uporządkowanie.

 

Langmuir-Blodgett opracował metodę powolnego wyciągania próbki z roztworu, na powierzchni którego znajdują się cząsteczki surfaktantu, jednak w ten sposób 1 warstwa tworzy się przez kilka minut, a każda kolejna warstwa coraz słabiej się trzyma. Schemat: