بلورة سائلة

خصائص البلورات السائلة

• تصف المعاملات التالية بنية البلورات السائلة:
• الترتيب الموضعي
• الترتيب التوجيهي

تصميم المواد البلورية السائلة

• لا ينبغي أن تكون البنية متفرعة أو زاويّة.

إضافةً إلى ذلك، ومن المعروف أن عدد كبير جدا من المركبات الكيميائية أن تظهر مرحلة واحدة أو الكثير من المراحل «البلورية السائلة». رغم الاختلافات الهامة في التركيب الكيميائي، وهذه الجزيئات لديها بعض السمات المشتركة في الخصائص الفيزيائية والكيميائية وهنالك نوعان من «البلورات السائلة»

من جانب آخر، • يجب أن يكون شكل الجزيئي رقيق نسبيا أو مسطح، في أطر جامدة جزيئية.

كذلك، • يجب أن يكون طول الجزيئي 1.3 نانومتر على الأقل مع وجود مجموعة ألكيل طويلة، نجد كثير من البلورات السائلة تتكون في درجة حرارة الغرفة.

من جانب آخر، وتتميز بوليمرات البلورات السائلة ببنيتها الميكروية القضيبية الشكل، وفي أثناء طور الانصهار تصطف جزئياتها في اشكال شديدة الانتظام تؤدي إلى عدد من السمات الفريدة، منها انخفاض حرارة التبلور، والنوع الثاني القرصية المستوية تتكون من مجموعة أساسية من الحلقات العطرية «الاروماتية» المجاورة. وهذا يسمح لاثنين منها بالبعد العمودي وترتيب جزيئاتها على شكل قضبان متطاولة،

علاوةً على ذلك، • درجة الانصهار المنخفضة هي الأفضل من أجل تجنب عدم الاستقرار، في المراحل البلورية السائلة أحادية التوجه. السلوك mesomorphic في درجات الحرارة المنخفضة بشكل عام هو أكثر فائدة تكنولوجيا، ومجموعات ألاكيل الطرفية تعزز ذلك.

طور تراصف الجزيئات

وفي هذا السياق، مراحل التراص الجزئيء والتي توجد عند درجات حرارة منخفضة أكثر من الجزئيات الخطيطة. في النموذج الطبقات محددة جيدا ويمكن أن تنزلق فوق بعضها البعض بطريقة مماثلة لتلك التي من الصابون. كلمة "smetic" مشتق من الكلمة اللاتينية "smecticus"، وهي تعني تنظيف، أو وجود خصائص الصابون مثل الانزلاق

• .
• الأطوار عديمة التناظر (عديم التناظر المرائي)
• استخدامات البلورات السائلة
• تستعمل في مجال استخراج النفط

أطوار البلورات السائلة

علاوةً على ذلك، هناك الكثير من أنواع البلورات السائله والتي تختلف باختلاف ترتيب جزيئاتها والعديد منها ذات أهمية تكنلوجية واكثرها اهمية هي التي تمتلك الترتيب الذي يوضحه الشكل التالي وتعرف البلورات السائلة في هذا الترتيب بـ (Twistic nematic liquid crystal) البلورات السائلة ذات النوع الدوار الملتوي وتختصر ب TN

البلورات السائلة «اللايوتروبية»

في هذا الإطار، تنشأ الأطوار الوسطيه لهذا النوع بالاعتماد على درجات الحرارة ومقدار التغير الحاصل فيها لذا تدعى بالاطوار الوسطيه المحفزه بالحرارة

.

كذلك، وفيه الطبقات تستمر على المحاور الطولانية للجزيئات كما ان المحاور الطولانيه تدور بزاوية صغيره من الطبقة التي تليها. هذا النوع من البلورات السائلة (TN) اُستعمل في صناعة حساسات درجة الحرارة التي يتغير لونها بتغير درجة الحرارة كما تعتبر من الأنواع الشائعة التي تستعمل في شاشات البلورات السائلة LCD والتي تعرف بعارضات البلورات السائلة The liquid crystal displaysLCDs والتي تتواجد في الآلات الحاسبة والساعات.

البلورات السائلة مدارية الحرارة «الثرموتروبية»

ومن جهة أخرى، ألاطوار المتوجه بالحرارة هي تلك التي تحدث في نطاق درجة حرارة معينة. إذا كانت درجة الحرارة مرتفعة جدا، فان ارتفاعها يؤدي إلى ان الحركة الحرارية تدمر ترتيب الروابط التعاونية الحساسة LC، ودفع الخواص التقليدية للمواد في الطور السائل. في درجة حرارة منخفضة جدا أغلب المواد تشكيل الكريستال التقليدية.

من جهة ثانية، في ترتيب المراحل البلورية السائلة واسعة النطاق على المستوى الجزيئي. هذا الترتيب يمتد حتى حجم المجال بأكمله، قد يكون في حدود ميكرومتر، ولكن عادة لا يشمل مقياس العين المجردة، ويحدث غالبا في البلورات التقليدية الحدود للمواد الصلبة. لكن بعض التقنيات التطبيقية، مثل استخدام حقل كهربائي

كذلك، وكلا من هذه التطبيقات تعتمد على الطريقة التي تتفاعل بها البلورات السائلة مع الضؤ.

كذلك، اللايوتروبية ‹Lyotropic liquid crystal› تنشأ الأطوار الوسطيه لهذا الصنف بدرجة حرارة الغرفة أو في درجة حرارة عاليه عند إضافة حجوما معينه من مذيبات قطبيه مثل الماء أوالكحول إلى مركبات عضويه معينه بفعل تاثير هذه المذيبات على القوى الرابطة لتلك المركبات العضوي

ومن جهة أخرى، المراحل المختلفة LC وتسمى (الطور المتوسط) يمكن أن توصف حسب نوع الطلبية.يمكن ان تكون البلورات السائلة متراصة في شكل شبكة. والنظام التوجهي الذي تكون فيه (تشكيل الجزيئات أغلبها في نفس الاتجاه)

تصنيف البلورات السائلة الثرموتروبية

من جهة ثانية، وسمك الطبقة يساوي طول جزيء واحد أو جزيئين. والجزيئات في الطبقة الواحدة قد تكون مرتبة

وفي هذا السياق، البلورات السائلة السمكتية وهي تتألف من طبقات مسطحة من جزيئات لها شكل «السيجار» ومحاورها الطولية متوازية.

كذلك، الطبقة الواحدة تبقى موجّهة ولا تتحرك فيما بين الطبقات ولكن تتحرك داخلها.

الطور الخيطي

ومن ناحية أخرى، أو عشوائية بحسب طبيعة المادة. وتنزلق الطبقات بعضها فوق بعض بحرية. ولكن الجزيئات في

من جانب آخر، البلورات السائلة النيماتيه يكون الانتظام في هذا النوع من الأطوار الوسط أقل منه في حالة الطور السمكتي ويكون الطور

وفي هذا الصدد، كثير من الموجهات الحرارية تتخذ اطوار واشكال مختلفة بتغير درجة الحرارة، مثلًا الجزيء الذي يسمى «ميسوجين» يمكن ان يخذ اطوار واشكال عديدة كلما زادت درجة الحرارة

.

من جهة ثانية، النيماتي أكثر سيولة. تبقى محاور الجزيئات الطوليةُ متوازيةً ولكنها غير منفصلة في طبقات،

وفي هذا السياق، البلورات السائلة الكولستيرية وتتألف هذه البلورات من طبقات رقيقة يساوي سمك الطبقة فيها طول جزيء واحد. وتترتب الجزيئات لتكون محاورها الطولية في مستوي الطبقة وتكون هذه المحاور متوازية بعضها مع بعض في الطبقة الواحدة

والتهيج الحراري يجعل الجزيئات تهتز حول اتجاه وسطي.

التاريخ

.

.

من جانب آخر، ولم تمض ثماني سنوات إلا وبدأت مبادرة شركة «ميرك» تعطى ثمارها المربحة، وقد قامت هذه الشركة الرائدة في عالم البلروات السائلة بدراسة خصائص عدة مئات من المواد البلورية السائلة.

علاوةً على ذلك، وكان هذا الفريق قد درس سلوك الجزئيات في سلسلة كاملة من البلورات السائلة وسرعان ما استطاع التحقق من ماهية المركبات التي تظهر خواص كسر الضوء التي اكتشفها هيلماير أكثر من غيرها.

في هذا الإطار، وسرعان ما راحت الصناعة الكيميائية الألمانية تعمل على استطلاع حقائق البلورات السائلة من دون أن تكون لديها أي فكرة واضحة عن الطريقة التي يمكن استعمالها بها. وكانت شركة «ميرك» التي تتخذ من دارمشتات مقرا لها هي الرائدة في هذا الميدان، إذ أنزلت ما أسمته بالبلورات السائلة والمائعة إلى الأسواق منذ عام 1904 وفي السنة نفسها نشر أوتوليهمان في كارلسروه دراسة عن هذا اللغز،

في هذا الإطار، وقام الفيزيائي اوتو ليهمان الذي كان آنئذ يعمل في مدينه كارلسروه الألمانية، بدراسة هذا الشذوذ فاكتشف أن «بنزول الكوليستيريل» يمر بحالة ثالثة هي بين الحالتين الصلبة (أو الجامدة) والسائلة، واخترع ليهمان لهذه الحالة تسمية «البلورات السائلة» مما فجر خلافا عنيفا داخل الأوساط العلمية التي أظهرت اهتماما فوريا بهذه الظاهرة.

في هذا الإطار، منذ زمن بعيد قياسا بتطور التكنولوجيا الحديثة، وتحديدا في العام 1888، كان عالم النبات النمساوى فريدريك راينيترز قد اكتشف المادة المسماة (بنزول الكوليستيريل)

من جانب آخر، ولاحظ أن لهذه المادة الغريبة صفة تتسم بالشذوذ، إذ أنها تنصهر في حرارة تبلغ 145 درجة مئوية، ولكنها لا تصبح سائلا لا لون له إلا عندما تصل الحرارة إلى 179 درجة مئوية وفي هذه الحالة الوسيطة تكون المادة غروية غير شفافة.

كذلك، وفي سنة 1968 اكتشف جورج هيلماير في مدينة برنستون الأمريكية أنه إذا ما تعرضت البلورات السائلة إلى شحنة كهربائية فإنها تكسر الضوء بشكل مغاير لذلك الذي تكسره البلورات نفسها إذا لم تكن واقعة داخل حقل كهربائي، وكانت هذه ملاحظة شكلت نقطة انطلاق عظيمة بالنسبة لفريق أبحاث شركة «ميرك»

في المجال الطبي

• التطبيقات شاشات أجهزة تلفزيونية خاصة وشاشات الحواسيب وشاشات الآلات الحاسبة
• Liquid Crystal Display (L.C.D)
• وصلات داخلية
• بلورة
• زجاج بلوري
• بلاستيك بلوري
• شاشة بلورية سائلة
• شاشة بلورية
• تبلور البلاستيك
• روابط خارجية

رابطة الترتيب التوجيهي

علاوةً على ذلك، تصف كل هذه المعاملات المدى الذي يتم فيه ترتيب عينات البلورات السائلة. يشير الترتيب الموضعي إلى المدى الذي يظهر فيه جزيء متوسط أو مجموعة من الجزيئات (تعديًا متماثلًا -translational symmetry) (كما يظهر في حالة المادة البلّورية). يمثل الترتيب التوجيهي مقياسًا لميل الجزيئات عن محاذاة الدليل على المدى البعيد. بينما تصف رابطة الترتيب التوجيهي Bond by Orientational خطًا يربط بين مراكز الجزيئات المتجاورة القريبة دون الحاجة إلى مسافات منتظمة على طول هذا الخط، وبالتالي، فإن الترتيب طويل المدى نسبيًا مقارنةً بالخط الرابط بين مراكز الجزيئات ليس إلا ترتيبًا موضعيًا قصير المدى على طول هذا الخط.

وفي السياق ذاته، تظهر أغلب مركبات البلورات السائلة تعدد الأشكال، أو الحالة التي يلاحظ فيها أكثر من طور واحد في الحالة البلورية السائلة. يستعمل مصطلح (الطور الوسيط -mesophase) لوصف (الأطوار الفرعية-subphases) للمواد البلورية السائلة. تتشكل الأطوار الوسيطة عن طريق تغيير كمية الترتيب في العينة، إما عن طريق فرض الترتيب في بعد واحد أو اثنين فقط، أو عن طريق السماح للجزيئات بأن يكون لها درجة من الحركة المتعدية.