Flüssige Kristalle (LCs) sind ein Staat der Sache, die Eigenschaften zwischen denjenigen einer herkömmlichen Flüssigkeit und denjenigen eines festen Kristalls haben. Zum Beispiel kann ein LC wie eine Flüssigkeit fließen, aber seine Moleküle können auf eine kristallähnliche Weise orientiert werden. Es gibt viele verschiedene Typen von LC Phasen, die durch ihre verschiedenen optischen Eigenschaften (wie Doppelbrechung) bemerkenswert sein können. Wenn angesehen, unter einem Mikroskop mit einer polarisierten leichten Quelle werden verschiedene flüssige Kristallphasen scheinen, verschiedene Texturen zu haben. Die sich abhebenden Gebiete in den Texturen entsprechen Gebieten, wo die LC Moleküle in verschiedenen Richtungen orientiert werden. Innerhalb eines Gebiets, jedoch, werden die Moleküle gut bestellt. LC Materialien können nicht in einer LC Phase immer sein (gerade als sich Wasser in Eis oder Dampf verwandeln kann).

Flüssige Kristalle können in thermotropic, lyotropic und metallotropic Phasen geteilt werden. Thermotropic und lyotropic LCs bestehen aus organischen Molekülen. Thermotropic LCs stellen einen Phase-Übergang in die LC Phase aus, weil Temperatur geändert wird. Lyotropic LCs stellen Phase-Übergänge als eine Funktion sowohl der Temperatur als auch Konzentration der LC Moleküle in einem Lösungsmittel (normalerweise Wasser) aus. Metallotropic LCs werden sowohl aus organischen als auch aus anorganischen Molekülen zusammengesetzt; ihr LC Übergang hängt nicht nur von der Temperatur und Konzentration, sondern auch vom anorganisch-organischen Zusammensetzungsverhältnis ab.

Beispiele von flüssigen Kristallen können sowohl in der natürlichen Welt als auch in technologischen Anwendungen gefunden werden. Die meisten elektronischen Anzeigen basieren zurzeit auf flüssigen Kristallen. Lyotropic flüssig-kristallene Phasen sind in lebenden Systemen reichlich. Zum Beispiel sind viele Proteine und Zellmembranen LCs. Andere wohl bekannte LC Beispiele sind Lösungen von Seife und verschiedenen zusammenhängenden Reinigungsmitteln, sowie dem Tabakmosaikvirus.

Geschichte

1888 hat österreichischer botanischer Physiologe Friedrich Reinitzer, an der Universität von Charles in Prag arbeitend, die physikochemischen Eigenschaften von verschiedenen Ableitungen von Cholesterin untersucht, die jetzt der Klasse von Materialien bekannt als cholesteric flüssige Kristalle gehören. Vorher hatten andere Forscher verschiedene Farbeneffekten beobachtet, als sie Cholesterin-Ableitungen gerade über dem Gefrierpunkt abgekühlt haben, aber hatten ihn mit einem neuen Phänomen nicht vereinigt. Reinitzer hat wahrgenommen, dass Farbwechsel in einer Ableitung cholesteryl benzoate nicht die am meisten eigenartige Eigenschaft waren. Er hat gefunden, dass cholesteryl benzoate auf dieselbe Weise wie andere Zusammensetzungen nicht schmilzt, aber zwei Schmelzpunkte hat. Daran schmilzt in eine bewölkte Flüssigkeit, und daran schmilzt wieder, und die bewölkte Flüssigkeit wird klar. Das Phänomen ist umkehrbar. Hilfe von einem Physiker am 14. März 1888 suchend, hat er Otto Lehmann, damals in Aachen geschrieben. Sie haben Briefe und Proben ausgetauscht. Lehmann hat die bewölkte Zwischenflüssigkeit untersucht, und hat das Sehen crystallites gemeldet. Der wienerische Kollege von Reinitzer von Zepharovich hat auch angezeigt, dass die Zwischen"Flüssigkeit" kristallen war. Der Schriftwechsel mit Lehmann hat am 24. April mit vielen unbeantworteten Fragen geendet. Reinitzer hat seine Ergebnisse, mit Krediten Lehmann und von Zepharovich, auf einer Sitzung Wiens Chemische Gesellschaft am 3. Mai 1888 präsentiert.

Bis dahin hatte Reinitzer entdeckt und drei wichtige Eigenschaften von cholesteric flüssigen Kristallen (der Name beschrieben, der von Otto Lehmann 1904 ins Leben gerufen ist): Die Existenz von zwei Schmelzpunkten, das Nachdenken des kreisförmig polarisierten Lichtes und die Fähigkeit, die Polarisationsrichtung des Lichtes rotieren zu lassen.

Nach seiner zufälligen Entdeckung hat Reinitzer studierende flüssige Kristalle weiter nicht verfolgt. Die Forschung wurde von Lehmann fortgesetzt, der begriffen hat, dass er auf ein neues Phänomen gestoßen war und in der Lage war, es zu untersuchen: In seinen Postdoktorjahren hatte er Gutachten in der Kristallographie und Mikroskopie erworben. Lehmann hat eine systematische Studie, zuerst cholesteryl benzoate, und dann zusammenhängender Zusammensetzungen angefangen, die das doppelt schmelzende Phänomen ausgestellt haben. Er ist im Stande gewesen, Beobachtungen im polarisierten Licht zu machen, und sein Mikroskop wurde mit einer heißen Bühne (Beispielhalter ausgestattet, der mit einer Heizung ausgestattet ist) das Ermöglichen hoher Temperaturbeobachtungen. Die bewölkte Zwischenphase klar anhaltender Fluss, aber andere Eigenschaften, besonders die Unterschrift unter einem Mikroskop, hat Lehmann überzeugt, dass er sich mit einem Festkörper befasste. Am Ende des Augusts 1889 hatte er seine Ergebnisse in Zeitschrift für Physikalische Chemie veröffentlicht.

Die Arbeit von Lehmann wurde fortgesetzt und bedeutsam vom deutschen Chemiker Daniel Vorländer ausgebreitet, der vom Anfang des 20. Jahrhunderts bis zu seinem Ruhestand 1935, die meisten flüssigen bekannten Kristalle synthetisiert hatte. Jedoch waren flüssige Kristalle unter Wissenschaftlern nicht populär, und das Material ist eine reine wissenschaftliche Wissbegierde seit ungefähr 80 Jahren geblieben.

Nachdem die Arbeit des Zweiten Weltkriegs an der Synthese von flüssigen Kristallen an Universitätsforschungslabors in Europa wiederangefangen wurde. George William Gray, ein prominenter Forscher von flüssigen Kristallen, hat begonnen, diese Materialien in England gegen Ende der 1940er Jahre zu untersuchen. Seine Gruppe hat viele neue Materialien synthetisiert, die den flüssigen kristallenen Staat ausgestellt haben und ein besseres Verstehen dessen entwickelt haben, wie man Moleküle entwirft, die den Staat ausstellen. Sein Buch Molekulare Struktur und die Eigenschaften von Flüssigen Kristallen ist ein Handbuch auf dem Thema geworden. Einer der ersten amerikanischen Chemiker, um flüssige Kristalle zu studieren, war Glenn H. Brown, 1953 an der Universität von Cincinnati und später an der Staatlichen Universität von Kent anfangend. 1965 hat er die erste internationale Konferenz für flüssige Kristalle, in Kent, Ohio mit ungefähr 100 der flüssigen Spitzenkristallwissenschaftler in der Welt Dienst habend organisiert. Diese Konferenz hat den Anfang einer Weltanstrengung gekennzeichnet, Forschung in diesem Feld durchzuführen, das bald zur Entwicklung von praktischen Anwendungen für diese einzigartigen Materialien geführt hat.

Flüssige Kristallmaterialien sind ein Thema der Forschung in die Entwicklung der flachen Tafel elektronische Anzeigen geworden, die 1962 an RCA Laboratorien beginnen. Als physischer Chemiker Richard Williams ein elektrisches Feld auf eine dünne Schicht eines Kristalls der nematischen Flüssigkeit an 125 °C angewandt hat, hat er die Bildung eines regelmäßigen Musters beobachtet, dass er Gebiete (jetzt bekannt als Gebiete von Williams) genannt hat. Das hat seinen Kollegen George H. Heilmeier dazu gebracht, Forschung über eine Flüssigkeit kristallbasierte flache Tafel-Anzeige durchzuführen, um die in Fernsehen verwendete Kathode-Strahl-Vakuumtube zu ersetzen. Leider stellt der para-Azoxyanisole, den Williams und Heilmeier verwendet haben, aus der Kristall der nematischen Flüssigkeit setzen nur über 116 °C fest, die es unpraktisch gemacht haben, um in einem kommerziellen Anzeigeprodukt zu verwenden. Ein Material, das bei der Raumtemperatur bedient werden konnte, war klar erforderlich.

1966 haben Joel E. Goldmacher und Joseph A. Castellano, Forschungschemiker in der Gruppe von Heilmeier an RCA, entdeckt, dass Mischungen exklusiv nematischer Zusammensetzungen gemacht haben, die sich nur in der Zahl von Kohlenstoff-Atomen in den Endseitenketten unterschieden haben, konnte Raumtemperaturkristalle der nematischen Flüssigkeit nachgeben. Eine dreifältige Mischung von Grundzusammensetzungen von Schiff ist auf ein Material hinausgelaufen, das eine nematische Reihe von 22-105 °C hatte. Die Operation bei der Raumtemperatur hat dem ersten praktischen Anzeigegerät ermöglicht, gemacht zu werden. Die Mannschaft ist dann fortgefahren, zahlreiche Mischungen von nematischen Zusammensetzungen vorzubereiten, von denen viele viel niedrigere Schmelzpunkte hatten. Diese Technik, nematische Zusammensetzungen zu mischen, um breite Betriebstemperaturreihe zu erhalten, ist schließlich der Industriestandard geworden und ist an diesen wirklichen Tag gewöhnt, um Materialien zu schneidern, um spezifische Anwendungen zu entsprechen.

1969 hat Hans Kelker geschafft, eine Substanz zu synthetisieren, die eine nematische Phase bei der Raumtemperatur, MBBA hatte, der eines der populärsten Themen der flüssigen Kristallforschung ist. Der nächste Schritt zur Kommerzialisierung von flüssigen Kristallanzeigen war die Synthese weiter chemisch stabiler Substanzen (cyanobiphenyls) mit niedrigen schmelzenden Temperaturen durch George Gray. Diese Arbeit mit Ken Harrison und das Vereinigte Königreich MOD (RRE Malvern) 1973 haben zu Design von neuen Materialien geführt, die auf schnelle Adoption des kleinen Gebiets LCDs innerhalb von elektronischen Produkten hinauslaufen.

1991, als flüssige Kristallanzeigen bereits gut gegründet wurden, hat Pierre-Gilles de Gennes den Nobelpreis in der Physik erhalten, "um zu entdecken, dass Methoden, die entwickelt sind, um Ordnungsphänomene in einfachen Systemen zu studieren, zu komplizierteren Formen der Sache, insbesondere zu flüssigen Kristallen und Polymern verallgemeinert werden können".

Flüssige Kristallphasen

Die verschiedenen LC Phasen (hat mesophases genannt), können durch den Typ der Einrichtung charakterisiert werden. Man kann Stellungsordnung unterscheiden (ob Moleküle in einer Sorte des bestellten Gitters eingeordnet werden), und Orientational-Ordnung (ob Moleküle größtenteils in derselben Richtung hinweisen), und bestellen Sie außerdem, kann irgendein (nur zwischen Molekülen in der Nähe von einander) für kurze Strecken oder Langstrecken-sein (sich bis zu den größeren, manchmal makroskopisch, Dimensionen ausstreckend). Der grösste Teil von thermotropic LCs wird eine isotropische Phase bei der hohen Temperatur haben. Das ist diese Heizung wird sie schließlich in eine herkömmliche flüssige Phase steuern, die durch die zufällige und isotropische molekulare Einrichtung (wenig zu keiner Fernordnung), und Flüssigkeit ähnliches Fluss-Verhalten charakterisiert ist. Unter anderen Bedingungen (zum Beispiel, senken Sie Temperatur), ein LC könnte eine oder mehr Phasen mit bedeutendem anisotropic orientational Struktur und Orientational-Ordnung für kurze Strecken bewohnen, während er noch eine Fähigkeit gehabt hat zu fließen.

Die Einrichtung von flüssigen kristallenen Phasen ist auf der molekularen Skala umfassend. Diese Ordnung streckt sich bis zur kompletten Bereichsgröße aus, die auf der Ordnung von Mikrometern sein kann, aber sich gewöhnlich bis zu die makroskopische Skala nicht ausstreckt, wie es häufig in klassischen kristallenen Festkörpern vorkommt. Jedoch können einige Techniken, wie der Gebrauch von Grenzen oder einem angewandten elektrischen Feld, verwendet werden, um ein einzelnes bestelltes Gebiet in einer makroskopischen flüssigen Kristallprobe geltend zu machen. Die Einrichtung in einem flüssigen Kristall könnte sich entlang nur einer Dimension mit dem Material ausstrecken, das in den anderen zwei Richtungen im Wesentlichen unordentlich ist.

Flüssigkeitskristalle von Thermotropic

Phasen von Thermotropic sind diejenigen, die in einer bestimmten Temperaturreihe vorkommen. Wenn der Temperaturanstieg zu hoch ist, wird Wärmebewegung die feine Konsumverein-Einrichtung der LC Phase zerstören, das Material in eine herkömmliche isotropische flüssige Phase stoßend. Bei der zu niedrigen Temperatur werden die meisten LC Materialien einen herkömmlichen Kristall bilden. Viele thermotropic LCs stellen eine Vielfalt von Phasen aus, weil Temperatur geändert wird. Zum Beispiel kann ein besonderer Typ des LC Moleküls (hat mesogen genannt), verschiedenen smectic und nematisch (und schließlich isotropisch) Phasen ausstellen, weil Temperatur vergrößert wird. Ein Beispiel einer Zusammensetzung, die thermotropic LC Verhalten zeigt, ist para-azoxyanisole.

Nematische Phase

Eine der allgemeinsten LC Phasen ist das nematische. Das nematische Wort kommt aus dem Griechen , was "Faden" bedeutet. Dieser Begriff entsteht aus den Faden ähnlichen topologischen Defekten, die in nematics beobachtet sind, die 'disclinations' formell genannt werden. Nematics stellen auch so genannten "Igel" topologische Defekte aus. In einer nematischen Phase haben der calamitic oder die organischen Moleküle in der Form von der Stange keine Stellungsordnung, aber sie richten sich selbstaus, um Langstreckenrichtungsordnung mit ihren langen Äxten zu haben, grob passen an. So sind die Moleküle frei zu fließen, und ihr Zentrum von Massenpositionen werden als in einer Flüssigkeit zufällig verteilt, aber erhalten noch ihre Langstreckenrichtungsordnung aufrecht. Die meisten nematics sind einachsig: Sie haben eine Achse, die länger und bevorzugt ist, mit den anderen zwei, die gleichwertig sind (kann als Zylinder oder Stangen näher gekommen werden). Jedoch sind einige flüssige Kristalle zweiachsiger nematics, bedeutend, dass zusätzlich zur Ortsbestimmung ihrer langen Achse sie auch entlang einer sekundären Achse orientieren. Nematics haben dieser von gewöhnlichen (isotropischen) Flüssigkeiten ähnliche Flüssigkeit, aber sie können durch ein elektrisches oder magnetisches Außenfeld leicht ausgerichtet werden. Ausgerichtete nematics haben die optischen Eigenschaften von einachsigen Kristallen, und das macht sie äußerst nützlich in flüssigen Kristallanzeigen (LCD).

Phasen von Smectic

Die smectic Phasen, die bei niedrigeren Temperaturen gefunden werden als das nematische, bilden bestimmte Schichten, die über einander gleiten können, der gewissermaßen dieser von Seife ähnlich ist. Die smectics werden so entlang einer Richtung Stellungs-bestellt. Im Smectic Eine Phase werden die Moleküle entlang der normalen Schicht orientiert, während im Smectic C Phase sie weg von der normalen Schicht gekippt werden. Diese Phasen sind innerhalb der Schichten Flüssigkeit ähnlich. Es gibt viele verschiedene smectic Phasen, alle, die durch verschiedene Typen und Grade von Stellungs- und Orientational-Ordnung charakterisiert sind.

Phasen von Chiral

Die chiral nematische Phase stellt chirality (Händigkeit) aus. Diese Phase wird häufig die cholesteric Phase genannt, weil es zuerst für Cholesterin-Ableitungen beobachtet wurde. Nur Chiral-Moleküle (d. h., diejenigen, die keine inneren Flugzeuge der Symmetrie haben) können solch eine Phase verursachen. Diese Phase stellt eine Drehung der Molekül-Senkrechte dem Direktor mit der molekularen Achse-Parallele zum Direktor aus. Der begrenzte Drehungswinkel zwischen angrenzenden Molekülen ist wegen ihrer asymmetrischen Verpackung, die auf längere Reihe chiral Ordnung hinausläuft. In der smectic C* Phase (zeigt ein Sternchen eine chiral Phase an), haben die Moleküle Stellungseinrichtung in einer layered Struktur (als in den anderen smectic Phasen) mit den Molekülen, die durch einen begrenzten Winkel in Bezug auf die normale Schicht gekippt sind. Der chirality veranlasst eine begrenzte scheitelwinklige Drehung von einer Schicht bis das folgende, eine spiralförmige Drehung der molekularen Achse entlang der normalen Schicht erzeugend.

Der Chiral-Wurf, p, bezieht sich auf die Entfernung, über die die LC Moleküle eine volle 360 °-Drehung erleben (aber bemerken Sie, dass sich die Struktur der chiral nematischen Phase jeder Halbwurf wiederholt, seitdem in dieser Phase sind Direktoren an 0 ° und ±180 ° gleichwertig). Der Wurf, p, ändert sich normalerweise, wenn die Temperatur verändert wird, oder wenn andere Moleküle zum LC-Gastgeber hinzugefügt werden (ein achiral veranstalten LC Material wird eine chiral Phase, wenn lackiert, mit einem chiral Material bilden), dem Wurf eines gegebenen entsprechend abzustimmenden Materials erlaubend. In einigen flüssigen Kristallsystemen ist der Wurf derselben Ordnung wie die Wellenlänge des sichtbaren Lichtes. Das veranlasst diese Systeme, einzigartige optische Eigenschaften, wie Nachdenken von Bragg und Laseremission der niedrigen Schwelle auszustellen, und diese Eigenschaften werden in mehreren optischen Anwendungen ausgenutzt. Für den Fall des Nachdenkens von Bragg wird nur dem Nachdenken der niedrigsten Ordnung erlaubt, wenn das Licht Ereignis entlang der spiralenförmigen Achse ist, wohingegen für das schiefe Vorkommen höherwertiges Nachdenken erlaubt wird. Flüssigkeitskristalle von Cholesteric stellen auch das einzigartige Eigentum aus, dass sie kreisförmig polarisiertes Licht widerspiegeln, wenn es Ereignis entlang der spiralenförmigen Achse und elliptisch polarisiert ist, wenn es schief eingeht.

Blaue Phasen

Blaue Phasen sind flüssige Kristallphasen, die in der Temperaturreihe zwischen einer chiral nematischen Phase und einer isotropischen flüssigen Phase erscheinen. Blaue Phasen haben eine regelmäßige dreidimensionale Kubikstruktur von Defekten mit Gitter-Perioden von mehreren hundert Nanometern, und so stellen sie auswählendes Nachdenken von Bragg im Wellenlangenbereich des sichtbaren Lichtes entsprechend dem Kubikgitter aus. Es wurde 1981 theoretisch vorausgesagt, dass diese Phasen icosahedral Quasikristallen ähnliche Symmetrie besitzen können.

Obwohl blaue Phasen von Interesse für schnelle leichte Modulatoren oder stimmbare photonic Kristalle sind, bestehen sie in einer sehr schmalen Temperaturreihe gewöhnlich weniger als einige kelvin. Kürzlich ist die Stabilisierung von blauen Phasen über eine Temperaturreihe von mehr als 60 K einschließlich der Raumtemperatur (260-326 K) demonstriert worden. Blaue bei der Raumtemperatur stabilisierte Phasen erlauben electro-optische Schaltung mit Ansprechzeiten der Ordnung von 10 s.

Im Mai 2008 war die erste Blaue Phase-Weise-FLÜSSIGKRISTALLANZEIGE-Tafel entwickelt worden.

Phasen von Discotic

Scheibenförmige LC Moleküle können sich auf eine einer Schicht ähnliche als die discotic nematische Phase bekannte Mode orientieren. Wenn der Plattensatz in Stapel, die Phase einen discotic säulenartigen genannt wird. Die Säulen selbst können in die rechteckige oder sechseckige Reihe organisiert werden. Phasen von Chiral discotic, die der chiral nematischen Phase ähnlich sind, sind auch bekannt.

Flüssigkeitskristalle von Lyotropic

Ein lyotropic flüssiger Kristall besteht aus zwei oder mehr Bestandteilen, die flüssig-kristallene Eigenschaften in bestimmten Konzentrationsreihen ausstellen. In den lyotropic Phasen füllen lösende Moleküle den Raum um die Zusammensetzungen, um Flüssigkeit dem System zur Verfügung zu stellen. Im Gegensatz zu thermotropic flüssigen Kristallen haben diese lyotropics einen anderen Grad der Freiheit der Konzentration, die ihnen ermöglicht, eine Vielfalt von verschiedenen Phasen zu veranlassen.

Eine Zusammensetzung, die zwei unvermischbare wasserquellfähige und hydrophobe Teile innerhalb desselben Moleküls hat, wird ein amphiphilic Molekül genannt. Viele amphiphilic Moleküle zeigen lyotropic flüssig-kristallene Phase-Folgen abhängig von den Volumen-Gleichgewichten zwischen dem wasserquellfähigen Teil und hydrophoben Teil. Diese Strukturen werden durch die Mikrophase-Abtrennung von zwei unvereinbaren Bestandteilen auf einer Nanometer-Skala gebildet. Seife ist ein tägliches Beispiel eines lyotropic flüssigen Kristalls.

Der Inhalt von Wasser oder anderen lösenden Molekülen ändert die selbstgesammelten Strukturen. Bei der sehr niedrigen amphiphile Konzentration werden die Moleküle zufällig ohne jede Einrichtung verstreut. An ein bisschen höher (aber noch niedrig) wird sich Konzentration, amphiphilic Moleküle in micelles oder vesicles spontan versammeln. Das wird getan, um den hydrophoben Schwanz des amphiphile innerhalb des micelle Kerns 'zu verbergen', eine wasserquellfähige (wasserlösliche) Oberfläche zur wässrigen Lösung ausstellend. Diese kugelförmigen Gegenstände befehlen sich in der Lösung jedoch nicht. Bei der höheren Konzentration werden die Bauteile bestellt werden. Eine typische Phase ist eine sechseckige säulenartige Phase, wo die amphiphiles lange Zylinder bilden (wieder mit einer wasserquellfähigen Oberfläche), die sich in ein grob sechseckiges Gitter einordnen. Das wird die mittlere Seife-Phase genannt. Bei noch der höheren Konzentration kann sich eine lamellar Phase (ordentliche Seife-Phase) formen, worin verlängerte Platten von amphiphiles durch dünne Schichten von Wasser getrennt werden. Für einige Systeme ein kubischer (hat auch klebrig isotropisch genannt), kann Phase zwischen den sechseckigen und lamellar Phasen bestehen, worin Bereiche gebildet werden, die ein dichtes Kubikgitter schaffen. Diese Bereiche können auch mit einander verbunden werden, eine bicontinuous Kubikphase bildend.

Die durch amphiphiles geschaffenen Gegenstände sind gewöhnlich (als im Fall von micelles) kugelförmig, aber können auch (bicelles) einer Scheibe ähnlich, einer Stange ähnlich, oder zweiachsig sein (alle drei micelle Äxte sind verschieden). Diese anisotropic haben sich selbstversammelt Nano-Strukturen können dann sich auf die ziemlich gleiche Weise befehlen, wie thermotropic flüssige Kristalle tun, groß angelegte Versionen aller thermotropic Phasen (wie eine nematische Phase von micelles in der Form von der Stange) bildend.

Für einige Systeme, bei hohen Konzentrationen, werden umgekehrte Phasen beobachtet. D. h. man kann eine umgekehrte sechseckige säulenartige Phase (Säulen von Wasser erzeugen, das durch amphiphiles kurz zusammengefasst ist) oder ein Gegenteil micellar Phase (eine Hauptteil-Flüssigkeitskristallprobe mit kugelförmigen Wasserhöhlen).

Ein allgemeiner Fortschritt von Phasen, von niedrig bis hohe amphiphile Konzentration gehend, ist:

• Diskontinuierliche Kubikphase (micellar Kubikphase)
• Sechseckige Phase (sechseckige säulenartige Phase) (mittlere Phase)
• Phase von Lamellar
• Bicontinuous Kubikphase
• Kehren Sie sechseckige säulenartige Phase um
• Umgekehrte Kubikphase (Gegenteil micellar Phase)

Sogar innerhalb derselben Phasen sind ihre selbstgesammelten Strukturen durch die Konzentration stimmbar: Zum Beispiel, in lamellar Phasen, nehmen die Schicht-Entfernungen mit dem lösenden Volumen zu. Seitdem lyotropic flüssige Kristalle verlassen sich auf ein feines Gleichgewicht von zwischenmolekularen Wechselwirkungen, es ist schwieriger, ihre Strukturen und Eigenschaften zu analysieren, als diejenigen von thermotropic flüssigen Kristallen.

Ähnliche Phasen und Eigenschaften können in unvermischbaren diblock Copolymerisaten beobachtet werden.

Flüssigkeitskristalle von Metallotropic

Flüssige Kristallphasen können auch auf niedrig schmelzenden anorganischen Phasen wie ZnCl basieren, die eine Struktur verbundenen tetrahedra bilden ließen und leicht Brille bilden. Die Hinzufügung der langen Kette Seife ähnliche Moleküle führen zu einer Reihe von neuen Phasen, die eine Vielfalt des flüssigen kristallenen Verhaltens sowohl als eine Funktion des anorganisch-organischen Zusammensetzungsverhältnisses als auch der Temperatur zeigen. Diese Klasse von Materialien ist metallotropic genannt worden.

Biologische flüssige Kristalle

Flüssig-kristallene Phasen von Lyotropic sind in lebenden Systemen reichlich, von denen die Studie lipid polymorphism genannt wird. Entsprechend, lyotropic flüssige Kristalle ziehen besondere Aufmerksamkeit im Feld der biomimetic Chemie an. Insbesondere biologische Membranen und Zellmembranen sind eine Form von flüssigem Kristall. Ihre konstituierenden Moleküle (z.B phospholipids) sind auf der Membranenoberfläche rechtwinklig, noch ist die Membran flexibel. Diese lipids ändern sich in der Gestalt (sieh Seite auf lipid polymorphism). Die konstituierenden Moleküle können sich leicht vermischen, aber dazu neigen, die Membran wegen der hohen Energievoraussetzung dieses Prozesses nicht zu verlassen. Moleküle von Lipid können von einer Seite der Membran zum anderen, dieser Prozess schnipsen, der durch flippases und floppases (abhängig von Richtung der Bewegung) wird katalysiert. Diese flüssigen Kristallmembranenphasen können auch wichtige Proteine wie Empfänger veranstalten, die frei innen, oder teilweise draußen, die Membran z.B "schwimmen". CCT.

Viele andere biologische Strukturen stellen LC Verhalten aus. Zum Beispiel ist die konzentrierte Protein-Lösung, die von einer Spinne ausgestoßen wird, um Seide zu erzeugen, tatsächlich, eine flüssige Kristallphase. Die genaue Einrichtung von Molekülen in Seide ist zu seiner berühmten Kraft kritisch. DNA und viele polypeptides können auch LC Phasen bilden, und das bildet auch einen wichtigen Teil der aktuellen akademischen Forschung.

Muster-Bildung in flüssigen Kristallen

Anisotropy von flüssigen Kristallen ist ein in anderen Flüssigkeiten nicht beobachtetes Eigentum. Dieser anisotropy lässt sich Flüsse von flüssigen Kristallen mehr unterschiedlich benehmen als diejenigen von gewöhnlichen Flüssigkeiten. Zum Beispiel veranlasst die Einspritzung eines Flusses eines flüssigen Kristalls zwischen zwei nahen parallelen Tellern (klebrig herumfingernd), Orientierung der Moleküle, sich mit dem Fluss mit dem resultierenden Erscheinen von dendritic Mustern zu paaren. Dieser anisotropy wird auch in der Zwischengesichtsenergie (Oberflächenspannung) zwischen verschiedenen flüssigen Kristallphasen manifestiert. Dieser anisotropy bestimmt die Gleichgewicht-Gestalt bei der Koexistenz-Temperatur und ist so stark, dass gewöhnlich Seiten erscheinen. Wenn Temperatur geändert wird, wächst eine der Phasen, verschiedene Morphologien abhängig von der Temperaturänderung bildend. Da Wachstum von der Hitzeverbreitung kontrolliert wird, anisotropy im Thermalleitvermögen bevorzugt Wachstum in spezifischen Richtungen, das auch eine Wirkung auf die Endgestalt hat.

Theoretische Behandlung von flüssigen Kristallen

Die mikroskopische theoretische Behandlung von flüssigen Phasen kann ziemlich kompliziert infolge der hohen materiellen Dichte werden, bedeutend, dass starke Wechselwirkungen, harte Repulsionen und Vielkörperkorrelationen nicht ignoriert werden können. Im Fall von flüssigen Kristallen, anisotropy in allen diesen Wechselwirkungen kompliziert weiter Analyse. Es gibt mehrere ziemlich einfache Theorien jedoch, der mindestens das allgemeine Verhalten der Phase-Übergänge in flüssigen Kristallsystemen voraussagen kann.

Direktor

Wie wir bereits oben gesehen haben, werden die Kristalle der nematischen Flüssigkeit aus einer Stange ähnlichen Molekülen mit den langen Äxten von benachbarten Molekülen ausgerichtet ungefähr zu einander zusammengesetzt. Um diese anisotropic Struktur zu erlauben, hat ein ohne Dimension Einheitsvektor n den Direktor genannt, wird eingeführt, um die Richtung der bevorzugten Orientierung von Molekülen in der Nachbarschaft jedes Punkts zu vertreten. Weil es keine physische Widersprüchlichkeit entlang der Direktor-Achse, n gibt und-n völlig gleichwertig sind.

Ordnungsparameter

Die Beschreibung von flüssigen Kristallen schließt eine Analyse der Ordnung ein. Ein Tensor-Ordnungsparameter wird verwendet, um die orientational Ordnung eines flüssigen Kristalls zu beschreiben, obwohl ein Skalarordnungsparameter gewöhnlich genügend ist, um Kristalle der nematischen Flüssigkeit zu beschreiben. Um das quantitativ zu machen, wird ein Orientational-Ordnungsparameter gewöhnlich gestützt auf dem Durchschnitt des zweiten Polynoms von Legendre definiert:

wo der Winkel zwischen der LC molekularen Achse und dem lokalen Direktor ist (der die 'bevorzugte Richtung' in einem Volumen-Element einer flüssigen Kristallprobe ist, auch seine lokale optische Achse vertretend). Die Klammern zeigen sowohl einen zeitlichen als auch räumlichen Durchschnitt an. Diese Definition, ist seitdem für eine völlig zufällige und isotropische Probe, S=0, wohingegen für einen vollkommen ausgerichteten BeispielS=1 günstig. Für eine typische flüssige Kristallprobe ist S auf der Ordnung 0.3 zu 0.8, und nimmt allgemein ab, weil die Temperatur erhoben wird. Insbesondere ein scharfer Fall des Ordnungsparameters zu 0 wird beobachtet, wenn das System einen Phase-Übergang von einer LC Phase in die isotropische Phase erlebt. Der Ordnungsparameter kann experimentell auf mehrere Weisen gemessen werden. Zum Beispiel kann diamagnetism, Doppelbrechung, das Zerstreuen von Raman, NMR und EPR auch verwendet werden, um S zu bestimmen.

Die Ordnung eines flüssigen Kristalls konnte auch durch das Verwenden anderer gleicher Polynome von Legendre charakterisiert werden (der ganze sonderbare Polynom-Durchschnitt zur Null, da der Direktor in jeder von zwei antiparallelen Richtungen hinweisen kann). Diese höherwertigen Durchschnitte sind schwieriger zu messen, aber können Zusatzinformation über die molekulare Einrichtung nachgeben.

Ein Stellungsordnungsparameter wird auch verwendet, um die Einrichtung eines flüssigen Kristalls zu beschreiben. Es wird durch die Schwankung der Dichte des Zentrums der Masse der flüssigen Kristallmoleküle entlang einem gegebenen Vektoren charakterisiert. Im Fall von der Stellungsschwankung entlang der Z-Achse wird durch die Dichte häufig gegeben:

Der komplizierte Stellungsordnungsparameter wird als und die durchschnittliche Dichte definiert. Normalerweise nur die ersten zwei Begriffe werden behalten, und höhere Ordnungsbegriffe werden ignoriert, da die meisten Phasen entsprechend mit sinusförmigen Funktionen beschrieben werden können. Für einen vollkommenen nematischen und für eine smectic Phase wird komplizierte Werte übernehmen. Die komplizierte Natur dieses Ordnungsparameters berücksichtigt viele Parallelen zwischen nematischem zu smectic Phase-Übergängen und Leiter zu Supraleiter-Übergängen.

Modell der harten Stange von Onsager

Ein einfaches Modell, das lyotropic Phase-Übergänge voraussagt, ist das von Lars Onsager vorgeschlagene Modell der harten Stange. Diese Theorie betrachtet das Volumen als ausgeschlossen vom Zentrum der Masse eines idealisierten Zylinders, weil es sich einem anderen nähert. Spezifisch, wenn die Zylinder Parallele zu einander orientiert werden, gibt es sehr wenig Volumen, das vom Zentrum der Masse des sich nähernden Zylinders ausgeschlossen wird (es kann ganz in der Nähe vom anderen Zylinder kommen). Wenn, jedoch, die Zylinder in einem Winkel zu einander sind, dann gibt es ein großes Volumen, das den Zylinder umgibt, in den das Zentrum der Masse des sich nähernden Zylinders (wegen der Repulsion der harten Stange zwischen den zwei idealisierten Gegenständen) nicht eingehen kann. So sieht diese winkelige Einordnung eine Abnahme im Nettostellungswärmegewicht des sich nähernden Zylinders (es gibt weniger Staaten, die dafür verfügbar sind).

Die grundsätzliche Scharfsinnigkeit hier ist, dass, während parallele Maßnahmen von Anisotropic-Gegenständen zu einer Abnahme im orientational Wärmegewicht führen, es eine Zunahme im Stellungswärmegewicht gibt. So in einem Fall wird größere Stellungsordnung günstig sein entropically. Diese Theorie sagt so voraus, dass eine Lösung von Gegenständen in der Form von der Stange einen Phase-Übergang bei der genügend Konzentration in eine nematische Phase erleben wird. Obwohl dieses Modell begrifflich nützlich ist, macht seine mathematische Formulierung mehrere Annahmen, die seine Anwendbarkeit auf echte Systeme beschränken.

Maier-Saupe Mittelfeldtheorie

Diese statistische Theorie, die von Alfred Saupe und Wilhelm Maier vorgeschlagen ist, schließt Beiträge von einem attraktiven zwischenmolekularen Potenzial von einem veranlassten Dipolmoment zwischen angrenzenden flüssigen Kristallmolekülen ein. Die anisotropic Anziehungskraft stabilisiert parallele Anordnung von benachbarten Molekülen, und die Theorie denkt dann einen Mittelfelddurchschnitt der Wechselwirkung. Gelöst konsequent sagt diese Theorie thermotropic nematisch-isotropische Phase-Übergänge voraus, die mit dem Experiment im Einklang stehend sind.

Das Modell von McMillan

Das Modell von McMillan, das von William McMillan vorgeschlagen ist, ist eine Erweiterung des Maier-Saupe Mittelfeldtheorie hat gepflegt, den Phase-Übergang eines flüssigen Kristalls von einem nematischen bis einen smectic Eine Phase zu beschreiben. Es sagt voraus, dass der Phase-Übergang entweder dauernd oder abhängig von der Kraft der Wechselwirkung für kurze Strecken zwischen den Molekülen diskontinuierlich sein kann. Infolgedessen berücksichtigt es einen dreifachen kritischen Punkt, wo sich das nematische, isotropische, und smectic Eine Phase treffen. Obwohl es die Existenz eines dreifachen kritischen Punkts voraussagt, sagt es seinen Wert nicht erfolgreich voraus. Das Modell verwertet zwei Ordnungsrahmen, die den orientational und die Stellungsordnung des flüssigen Kristalls beschreiben. Das erste ist einfach der Durchschnitt des zweiten Polynoms von Legendre, und durch den zweiten Ordnungsparameter wird gegeben:

Die Werte z, θ, und d sind die Position des Moleküls, des Winkels zwischen der molekularen Achse und dem Direktor und dem Schicht-Abstand. Durch die verlangte potenzielle Energie eines einzelnen Moleküls wird gegeben:

Hier misst unveränderlicher α die Kraft der Wechselwirkung zwischen angrenzenden Molekülen. Das Potenzial wird dann verwendet, um die thermodynamischen Eigenschaften des Systems abzuleiten, das Thermalgleichgewicht annimmt. Es läuft auf zwei Selbstkonsistenz-Gleichungen hinaus, die numerisch gelöst werden müssen, dessen Lösungen die drei stabilen Phasen des flüssigen Kristalls sind.

Elastische Kontinuum-Theorie

In diesem Formalismus wird ein flüssiges Kristallmaterial als ein Kontinuum behandelt; molekulare Details werden völlig ignoriert. Eher denkt diese Theorie Unruhen zu einer gewagten orientierten Probe. Die Verzerrungen des flüssigen Kristalls werden vom Frank freie Energiedichte allgemein beschrieben. Man kann drei Typen von Verzerrungen identifizieren, die in einer orientierten Probe vorkommen konnten: (1) Drehungen des Materials, wo benachbarte Moleküle gezwungen werden, in Bezug auf einander umgebogen, anstatt ausgerichtet zu werden; (2) Ausschrägung des Materials, wo das Verbiegen Senkrechte dem Direktor vorkommt; und (3) Kurve des Materials, wo die Verzerrung dem Direktor und der molekularen Achse parallel ist. Alle drei dieser Typen von Verzerrungen übernehmen eine Energiestrafe. Sie sind Verzerrungen, die durch die Grenzbedingungen an Bereichswänden oder dem Umgeben-Behälter veranlasst werden. Die Antwort des Materials kann dann in Begriffe zersetzt werden, die auf den elastischen Konstanten entsprechend den drei Typen von Verzerrungen gestützt sind. Elastische Kontinuum-Theorie ist ein besonders starkes Werkzeug, um flüssige Kristallgeräte zu modellieren.

Wirkung von chirality

Wie bereits beschrieben, chiral LC Moleküle verursachen gewöhnlich chiral mesophases. Das bedeutet, dass das Molekül eine Form der Asymmetrie, gewöhnlich ein stereogenic Zentrum besitzen muss. Eine zusätzliche Voraussetzung ist, dass das System nicht racemic ist: Eine Mischung des Rechts - und linkshändige Moleküle wird die chiral Wirkung annullieren. Wegen der kooperativen Natur der flüssigen Kristalleinrichtung, jedoch, ist ein kleiner Betrag von chiral dopant in sonst achiral mesophase häufig genug, um eine Bereichshändigkeit auszuwählen, das System gesamten chiral machend.

Phasen von Chiral haben gewöhnlich eine spiralenförmige Drehung der Moleküle. Wenn der Wurf dieser Drehung auf der Ordnung der Wellenlänge des sichtbaren Lichtes ist, dann können interessante optische Einmischungseffekten beobachtet werden. Die Chiral-Drehung, die in chiral LC Phasen auch vorkommt, lässt das System verschieden vom Recht - und linkshändiges kreisförmig polarisiertes Licht antworten. Diese Materialien können so als Polarisationsfilter verwendet werden.

Es ist für chiral LC Moleküle möglich, im Wesentlichen achiral mesophases zu erzeugen. Zum Beispiel, in bestimmten Reihen der Konzentration und des Molekulargewichtes, wird DNA eine achiral Linie hexatic Phase bilden. Eine interessante neue Beobachtung ist der Bildung von chiral mesophases von achiral LC Moleküle. Spezifisch, wie man gezeigt hat, haben mit der Begabungkernmoleküle (manchmal genannt Banane-Flüssigkeitskristalle) flüssige Kristallphasen gebildet, die chiral sind. In irgendwelchen besonderen verschiedenen Beispielgebieten wird entgegengesetzte Händigkeit haben, aber innerhalb jedes gegebenen Gebiets wird starke Chiral-Einrichtung da sein. Der Äußer-Mechanismus dieses makroskopischen chirality ist noch nicht völlig klar. Es scheint, dass der Molekül-Stapel in Schichten und sich auf eine gekippte Mode innerhalb der Schichten orientiert. Diese flüssigen Kristallphasen können eisenelektrisch oder antieisenelektrisch sein, von denen beide von Interesse für Anwendungen sind.

Chirality kann auch in eine Phase durch das Hinzufügen eines chiral dopant vereinigt werden, der LCs selbst nicht bilden kann. Gedreht - enthalten nematische oder supergedrehte nematische Mischungen häufig einen kleinen Betrag solchen dopants.

Anwendungen flüssiger Kristalle

Flüssige Kristalle finden breiten Gebrauch in flüssigen Kristallanzeigen, die sich auf die optischen Eigenschaften von bestimmten flüssigen kristallenen Substanzen in die Anwesenheit oder Abwesenheit eines elektrischen Feldes verlassen. In einem typischen Gerät sitzt eine flüssige Kristallschicht (normalerweise 10 μm dicke) zwischen zwei polarizers, die (orientiert an 90 ° zu einander) durchquert werden. Die flüssige Kristallanordnung wird gewählt, so dass seine entspannte Phase eine gedrehte ist (sieh Gedrehte nematische Feldwirkung). Diese gedrehte Phase stellt Licht neu ein, das den ersten polarizer durchgeführt, seine Übertragung durch den zweiten polarizer erlaubend (und zurück dem Beobachter nachgedacht hat, wenn ein Reflektor zur Verfügung gestellt wird). Das Gerät scheint so durchsichtig. Wenn ein elektrisches Feld auf die LC Schicht angewandt wird, neigen die langen molekularen Äxte dazu, Parallele zum elektrischen Feld auszurichten, das sich so allmählich im Zentrum der flüssigen Kristallschicht aufdreht. In diesem Staat stellen die LC Moleküle Licht nicht neu ein, so wird das am ersten polarizer polarisierte Licht am zweiten polarizer absorbiert, und das Gerät Durchsichtigkeit mit der zunehmenden Stromspannung verliert. Auf diese Weise kann das elektrische Feld verwendet werden, um ein Pixel zwischen dem durchsichtigen oder undurchsichtigen auf dem Befehl umschalten zu lassen. Farben-FLÜSSIGKRISTALLANZEIGE-Systeme verwenden dieselbe Technik mit Farbenfiltern, die verwendet sind, um rote, grüne und blaue Pixel zu erzeugen. Ähnliche Grundsätze können verwendet werden, um gestützte optische Geräte anderen flüssigen Kristalls zu machen.

Flüssige stimmbare Kristallfilter werden als electrooptical Geräte z.B in der hypergeisterhaften Bildaufbereitung verwendet.

Thermotropic chiral, kann LCs, dessen sich Wurf stark mit der Temperatur ändert, als grobe flüssige Kristallthermometer seit der Farbe des Materials verwendet werden, wird sich ändern, wie der Wurf geändert wird. Flüssige Kristallfarbenübergänge werden auf vielen Aquarium und Lache-Thermometer sowie auf Thermometern für Säuglings oder Bäder verwendet. Andere flüssige Kristallmaterialien ändern Farbe, wenn gestreckt oder betont. So werden flüssige Kristallplatten häufig in der Industrie verwendet, um nach Krisenherden, Karte-Hitzefluss, Maß-Betonungsvertriebsmustern und so weiter zu suchen. Der flüssige Kristall in der flüssigen Form wird verwendet, um elektrisch erzeugte Krisenherde für die Misserfolg-Analyse in der Halbleiter-Industrie zu entdecken.

Flüssige Kristalllaser verwenden einen flüssigen Kristall im faulenzenden Medium als ein verteilter Feed-Back-Mechanismus statt Außenspiegel. Die Emission an einem photonic bandgap geschaffen durch die periodische dielektrische Struktur des flüssigen Kristalls gibt ein Gerät der hohen Produktion der niedrigen Schwelle mit der stabilen monochromatischen Emission.

Viele allgemeine Flüssigkeiten, wie seifiges Wasser, sind tatsächlich flüssige Kristalle. Seife bildet eine Vielfalt von LC Phasen abhängig von seiner Konzentration in Wasser.

Siehe auch

• Zweiachsiger nematischer
• Säulenartige Phase
• Chromonic
• FLÜSSIGKRISTALLANZEIGE-Klassifikation
• Flüssiger Kristall zeigt
• Flüssiges Kristallpolymer
• Flüssiger stimmbarer Kristallfilter
• Flüssigkeitskristall von Lyotropic
• Muster-Bildung
• Plastik crystallinity
• Kluges Glas
• Thermochromics
• Kristall von Thermotropic
• Gedrehte nematische Feldwirkung
• nematicon
• Flüssiges Kristallthermometer
• Stimmungsring

Links

• Wasser, Energie und Leben: Frische Ansichten vom Rand von Wasser Dr Pollack, U. Washingtons, 2006 ein Stunde-Vortrag
• Definitionen von grundlegenden Begriffen in Zusammenhang mit der niedrigen Mahlzahn-Masse und den Polymer-Flüssigkeitskristallen (IUPAC Empfehlungen 2001)
• Eine verständliche Einführung in flüssige Kristalle vom Fall Westreserveuniversität
• Flüssiger Kristallphysik-Tutorenkurs von Liquid Crystals Group, Universität Colorados
• Einführung in flüssige Kristalle von Liquid Crystal Technology Group, der Universität Oxford
• Flüssiger Crystals & Photonics Group - Genter Universität (Belgien), guter Tutorenkurs
• Simulation der leichten Fortpflanzung in flüssigen Kristallen, kostenloses Programm
• Flüssige Kristalle interaktiver online-
• Flüssiger Kristall errichtet staatliche Universität von Kent
• Flüssige Kristalle eine Zeitschrift durch

• Molekulare Kristalle und Flüssige Kristalle eine Zeitschrift durch Taylor & Francis
• Krisenherd-Entdeckungstechniken für ICs
• Was sind flüssige Kristalle? von der Chalmers Universität der Technologie, Schweden
• Fortschritt in der flüssigen Kristallchemie Thematische Reihe im offenen Zugang Zeitschrift von Beilstein der Organischen Chemie
• DoITPoMS lehrend und das Lernen des Pakets - "Flüssige Kristalle"