کریستال مایع

۲۰۰کریستال مایع با اینکه مایعات معموالً همسانگرد )ایزوتروپ( هستند، ح��دود ماده شناخته شده اند که در ح��الت م��ایع و در دماه��ایی ب��االتر از دم��ای ذوبش��ان خواص ناهمسانگرد دارند. معموالً به این مواد کریس��تال ها)بلوره��ا(ی م��ایع گفت��ه

می شود.

مایعات ناهمسانگرد

کریس��تال ب��ه وج��ود ی��کاصطالح کریستال مایع یک پارادوکس اس��ت. زی��را واژه شبکه فضایی خاص اشاره می کند اما تشکیل شبکه بلوری در مایعات امکان پذیر نیست. در این نوع مواد، جهت گیری مولکولی خاصی در شرایط مش��خص اتف��اق

می افتد بنابراین بهتر است آنها را مایعات ناهمسانگرد بنامیم.

تاریخچه

، یک گیاه شناس اتریش��ی ب��ه ن��ام فردری��ک رینی��تزر هنگ��ام ک��ار در۱۸۸۸در سال دانشگاه آلمانی پراگ، کلسترول را از هویج استخراج می کرد تا فرمول شیمیایی آن را بدست آورد. راینیتزر خواص شیمی-فیزیکی مشتقات مختلف کلس�ترول را آزم��ایش ک��رد. چن��د تن از محقق��ان و همک��اران وی ت��ا پیش از آن، اث��رات رنگی متمایزی را هنگام س��رد ک�ردن مش��تقات کلس��ترول، دقیق��اً ب��االی نقط�ه انجم��اد مشاهده کرده بودند. راینیتزر خ��ودش پدی��ده ای مش��ابه را در ب��نزوات کلس��ترول ی��افت. ولی رنگ ه��ا در ن��زدیکی نقط��ه انجم��اد ب��نزوات کلس��ترول، در ویژه ت��رین شکلشان نبودند. راینیتزر دریافت که بنزوات کلسترول مانند سایر ترکیبات ذوب

درجه س��انتیگراد ذوب۱۴۵٫۵نمی شود، بلکه بطور واضح دو نقطه ذوب دارد. در درجه سانتیگراد دوب��اره ذوب۱۷۸٫۵شده و تبدیل به یک مایع کدر می شود، و در

شده، و مایع کدر به یکباره شفاف می شود. بعالوه، این پدیده برگشت پذیر ب��ود. ، نامه ای ب��ه اوت��و۱۸۸۸ مارس ۱۴راینیتزر برای کمک گرفتن از یک فیزیکدان، در

لهمان نوشت. آنها نامه هایی با هم مبادله کردند. لهم��ان هم ب��ر روی ش��اره ک��در حالت میانی آزمایش ه��ایی انج��ام داد و گ��زارش ک��رد ک��ه بل��وری ش��دن را دی��ده

آوری��ل۲۴است. راینیتزر هم به همین نتایج دست یافت. مبادله نامه با لهمان در با انبوهی از سؤاالت بی پاسخ به پایان رسید. راینیتزر نتایج خودش را که با نتایج

1

، در ی�ک نشس�ت در انجمن ش��یمی وین۱۸۸۸ م�ه ۳لهم�ان مط�ابقت داش��ت، در ارائ��ه داد. ت��ا این زم��ان راینی��تزر س��ه س��یمای متف��اوت از کریس��تال های م��ایع

توسط جرج فری��دل۱۹۲۲کلستریک را کشف کرده بود. )این نام، بعدها در سال به آنها اطالق شد.(

لهمان فوراً یک مطالعه سیستماتیک را شروع کرد.در ابتدا با بنزوات کلسترول و سپس با ترکیب�ات مرتب�ط ک�ه آنه�ا هم پدی�ده دو ذوبی را بط�ور مش�خص نش�ان می دادند.او با میکروسکوپش هم پالریزاسیون ن��ور را در این ترکیب��ات دی��د و هم رفتار این مواد را در دمای باال مشاهده کرد. فاز میانی کدر که او دیده ب��ود، ی��ک شاره بود و جاری می شد ولی سایر فازه��ا، ح��الت جام��د داش��تند. در پای��ان اوت

،۲۰ او مقاله خودش را برای یک نشریه آلمانی ارائ��ه داد. در ابت��دای ق��رن ۱۸۸۹ ه��انس۱۹۶۹کریستالهای مایع، بین دانش��مندان ش��ناخته ش��ده نبودن��د. در س��ال

BBAکلکر موفق شد ماده ای را که فاز نماتی�ک دارد، p-Methoxybenzyliden-p'-n-

butylanilinدر دمای اتاق سنتز کند. قدم بعدی ب�رای تج��اری ک�ردن نمایش��گرهای ( ب��اcyanobiphenylsکریستال مایع، سنتز کردن یک ماده ش��یمیایی پای��دار دیگ��ر )

، زم��انی ک��ه اس��تفاده از۱۹۹۱دمای ذوب پایین توسط جرج گ��ری ب��ود. در س��ال نمایشگرهای کریستال مایع در زندگی روزم��ره نس��بتاً رواج یافت��ه ب��ود، پ��یر ژی��ل دوژانس جایزه نوبل فیزیک را برای »کش��ف روش ه��ای گس��ترده ب��رای مطالع��ه پدیده های نظم در سیستم های ساده ای که می تواند ب��ه ش��کل های پیچی��ده تری از

ماده، بخصوص کریستالهای مایع و پلیمرها، تعمیم داده شود« از آن خود کرد.

نمونه هایی از کریستال های مایع

پی-آزوکسی آنیزول

سدیم استئارات

آمونیوم اولئات

مي دانيم كه مواد در سه حالت جامد،مايع و گاز وج��ود دارن��د.عن��وان “كريس��تالمايع ” ممكن باعث گيج شدن بشود.چطور ميشود كه يك مايع كريس��تاله باش��د؟

2

اگر چه “كريستال مايع ” يك وصف صحيحي از هردو حالت انتقال مواد و آرايشمولكولها در بسياري از مواد است.

بسياري از مواد بيشتر از يك حالت دارند.براي مثال آب بصورت جامد)يخ( ، مايع يا گاز )بخارآب( وجود دارد.حالتهاي آب وابسته ب��ه دماس��ت.در زي��ر ص��فر درج��ه سانتيگراد آب بصورت جامد وجود دارد .در دماي باالي صفر درجه س��انتيگراد يخ

درج�ه100شروع ب�ه ذوب ش��ده و آب ب�ه م�ايع تب��ديل مي ش��ود.وق�تي دم�ا ت��ا سانتيگراد افزايش يابد آب كامال به بخار تبديل مي شود.بعضي ازم��واد ديگ��ر در

cholesterolحالتهاي ديگري از جام��د،م��ايع ي��ا گ��از وج��ود دارن��د. myristateي��ك( درجه سانتيگراد كريستال جامد است.وقتي جامد71مشتق از كلسترول(در زير

درج��ه س��انتيگراد گ��رم مي ش��ود ،آن ب��ه م��ايع اب��ري ش��كل تب��ديل مي71ت��ا درجه سانتيگراد گ��رم ش��ود،آن ب��ه م��ايع86شود.وقتي مايع ابري شكل تا دماي

Cholesterolشفافي تبديل مي شود. myristateاز يك حالت جامد ب�ه ي��ك ح�الت درجه سانتيگراد و از حالت متوسط به يك حالت م��ايع71متوسط)مايع ابري(در

درج��ه س��انتيگراد تب��ديل مي ش��ود.بن��ابراين ح��الت متوس��ط ي��ك ح��الت86در كريستالي جامد و مايع است.كه آن را حالت كريستال مايع مي نامند.

همچنين “كريستال م��ايع ” توص��يف ص��حيحي از آرايش مولكوله��ا در اين ح��االت آرايش مولكوله��ا ب��ا ي��ك ط��رح1است.در حالت كريستال جام��د مط��ابق ش��كل

منظم تكرار شده در همه جهات ق�رار گرفت�ه ان�د.)بط�ور كلي مولكوله�اي م�واد تش��كيل دهن��ده كريس��تال م��ايع مس��تطيل و محكم هس��تند،ك��ه ش��كل ميل��ه اي دارند.(مولكولها توسط نيروهاي بين مولكولي در موقعيت ه��اي ث��ابت ش��ده نگ�ه داشته شده اند.افزايش دمابر روي ماده باعث افزايش شديدي در ارتعاش ماده مي شود.سرانجام اين ارتعاش بر نيروهايي ك��ه اين مولك��ول را نگ��ه داش��ته ان��د غلبه مي كند و مولكولها شروع به ح��ركت مي كنن��د.در ح��الت م��ايع ،ح��ركت ب��ر نيروهاي بين مولك��ولي ك��ه ح��الت كريس��تالي را نگ��ه مي دارن��د غلب��ه مي كن��د.و مولكوله���ا ب���دون الگ���و در جهت ي���ا مك���ان ش���روع ب���ه ح���ركت تص���ادفي مي

نمايش داده شده است. 2كنند.همانطور كه در شكل

3

در موادي كه به شكل كريس��تال م��ايع هس��تند.نيروه��اي بين مولك��ولي كريس��تال جامد در همه جهات با يكديگر برابر نيستند.در بعضي از جهات نيروها ض��عيفتر از بعضي جهات ديگرند.شبيه موادي ك��ه گ��رم مي ش��وند در ابت��دا اف��زايش ح��ركت مولك��ولي در سرتاس��ر نيروه��اي ض��عيف ايج��اد مي ش��ود.ام��ا آن مولكوله��اي باقيمانده توسط يك م��رز ك��ه نيروه��اي ق��وي هس��تند ب��اقي مي مانن��د.اين روش آرايش ملكولي در بعضي جهات بصورت تصادفي و در بعضي از جه��ات بص��ورت

نم��ايش داده ش��ده3منظم ايجاد مي شود.آرايش اين نوع از مولكولها در شكل است.مولكولها در اليه هاي بي حركت قرار دارند.اما درون هر اليه آنه�ا بص�ورت منظم در موقعيت هاي تصادفي قرار گرفته ان�د.اگرچ�ه آنه�ا كم و بيش بص�ورت موازي با يكديگر قرار دارند.درون اليه ها،مولكولها به هر طرفي مي توانن��د س��ر بخورن��د و الي��ه ه��ا مي توانن��د ب��ر روي يك��ديگر ل��يز بخورن��د.اين روش ح��ركت

مولكولي مشخصه سياليت يك مايع است.

twisted nematicكريستالهاي مايع

در اين آرايش،اليه ها شامل محورهاي ط��والني از مولكولهاس��ت.بعالوه چ��رخش محورهاي طوالني با يك زاويه كوچك از يك اليه با اليه ديگراس��ت.اين كريس��تالها در قطعاتي که در دماي حساس تغيير رنگ مي دهند بكار مي روند.آنه��ا همچ��نين

ها كه در ماشين حساب ها و ساعتهاLCDبيشتر در نمايشگر هاي كريستالي مايع كاربرد دارند مورد استفاده قرار مي گيرند.هردو اين كاربرده��ا مرب��وط ب��ه روش فعل وانفعاالت كريستالهاي مايع با نور است. تفاوت مواد تشكيل دهنده م��وقعي

twistedاست كه نور با كريستال م�ايع nematicبرخ�ورد مي كن�د و مق�داري از نور را منعكس مي كند.تنها نوري كه طول موج كوچكتر از اندازه ذرات، ك��ه بين فضاي اليه هاي جهت گيري شده ،منعكس مي شود. بنابراين بازتابش ن��ور رنگي خواهد بود.چنانچه دماي كريستال مايع تغيير كند، فضاي بين اليه ها نيز تغيير مي كند.تغيير در تغييرات فضا باعث تغيير در طول م��وج نورب��از تابي��ده ش��ده و رن��گ مش��اهده ش��ده مي ش��ود.بن��ابراين،رن��گ ن��ور بازت��ابش ش��ده وابس��ته ب��ه دم��اي

twisted nematicكريستال مايع است.مواد متفاوت تشكيل دهنده كريستال مايع

روي تغييرات متفاوت دمايي، و همچنين ي��ك گس��تره تغي��ير دم��ايي مي توان��د ب��رروي پوشش ها بكار برده شود.

4

twistedوقتي نور پالري��زه از مي��ان ي��ك كريس��تال م��ايع nematicعب��ور مي كن��د سطح دوراني قطبش پذير ايجاد مي شود.درجه دوران نور مواجه شده به تع��داد اليه هاي مولكولي در كريستال مايع وابسته است.اگر محور مولكولها در اليه ه��ا

درجه از اليه ورودي باش��د ، س��طحي از90بواسطه اينكه نور خروجي در زاويه درج���ه ايج���اد مي ش���ود.اين توان���ايي90قطبش دوران ن���ور بوس���يله زاوي���ه

twistedكريستالهاي م��ايع nematicدر چ��رخش س��طح ن��ور قط��بي ش��ده ب��اعث را نش��ان ميLCD قطع��ات ي��ك 5 ه��ا مي ش��ود.ش��كل LCDك��اربرد آنه��ا در

دهد.نورهاي محدود شده ورودي مستقيم است و بوسيله يك فيل��تر قطبش پ��ذير قطبي مي شود.نورقطبي ازميان ديوار شيش��ه اي جل��ويي وس��پس از مي��ان ي��ك پوشش شفاف،پوشش رس��اناي الك��تريكي ب��ر روي شيش��ه و ب��ر روي كريس��تال مايع عبور كرده و نمايش داده مي شود.ضخامت كريس��تال م��ايع ب��راي چ��رخش

درجه اي سطح نور قطبي شده ك�افي مي باش��د.در پش��ت نمايش��گر،ن��ور از90 ميان يك پوشش رساناي الكتريكي ديگر،سطح شيش��ه اي وفيل��تر قط��بي كنن��ده

درج��ه90عبور مي كند.فيلتر قطبي كننده پشتي ب��ا فيل��تر جل��ويي در ي��ك زاوي��ه درج��ه اي90قرار دارند.وقتي ن��ور از فيل��تر پش��تي مي گ��ذرد بوس��يله چ��رخش

يك آينه براي بازتابش نور از مي��انLCDكريستال مايع فطبي شده است.در پشت سل وجود دارد.نور در مسير ن��ورقبلي ق��رار مي گ��يرد و بينن��ده ب��ر روي ص��فحه نمايش يك نور نسبتا روشن مشاهده مي كند.وقتي يك پتانسيل الكتريكي بين دو پوشش رسانا ايجاد مي شود.در نتيجه ميدان الكتريكي بر م��وقعيت مولكوله��ا در كريستال مايع تاثير مي گذارد.مولكولها با ايج��اد مي��دان الك��تريكي تماي��ل ب��ه اين دارند كه در يك رديف قرار بگيرند.وقتي اين رويداد ايج��اد مي ش��ود ص��فحه ن��ور

درجه اي طوالني نخواهد داشت و از90قطبي عبور كرده از ميان سل چرخش ميان فيلتر عقبي نمي تواند عبور كند.بنابراين این بازتاب برگشت شده طوالني، براي مشاهده نيست. و يك ناحي��ه تاري��ك ظ��اهر مي ش��ود.بوس��يله ش��ارژ ك��ردن گزينشي مناطقي از پوشش رسانا،نقش هايي از اعداد روشن يا حروف الفبا در

مقابل يك صفحه نمايش روشن شكل مي گيرند.

م��وادي ك��ه س��اختار كريس��تال م��ايع را ش��كل مي دهن��د بط��ور كلي عم��ومي % از تركيبات كربن حالت كريستال م��ايع دارن��د. در ج��اي ك��ه0.5هستند .تقريبا

5

ديواره��اي س��ل ه��ا بهم ت��ركيب مي ش��وند، مولكوله��ا درآرايش كريس��تال م��ايع بصورت مولكولهاي موازي در اليه ها قرار دارن��د بخوص��وص ك��ه اين س��اختار در زندگي موجودات زنده وجود دارد.مثالي از كريستالهاي مايع وجود س��يال ش��يري رنگي است كه در ته ظرف صابون شكل مي گيرد.مولكولهاي صابون يك ش��كل مستطيلي بخصوصي دارند كه وقتي با مق��دار كمي آب مخل��وط ميش��وند آرايش

كريستال مايع بخود مي گيرند.

کریستال‌مایعی‌که‌می‌تابد

LCDه��ا رایج هس��تند زی��را نک��ات مثبت بیش��تری نس��بت ب��ه تکنولوژی ه��ای دیگ��ر نمایشگرها دارند. این تجهیزات نازک تر و سبک تر هستند و نسبت به بط��ور مث��ال

(، انرژی کمتری مصرف می کنند.CRT: Cathode Ray Tubeلوله های اشعه کاتد )

ولی این موادی که کریستال مایع نامیده می شوند چه هستند؟ اس��م "کریس��تال مایع" کمی عجیب به نظر می آید. ما کریستال را بعن��وان ی��ک م��اده جام��د مانن��د کوارتزها در نظر داریم، که معموال به سختی سنگ هستند و تف��اوت آش��کاری ب��ا مایع دارند. چگونه یک م��اده می توان��د هم کریس��تال و هم م��ایع را ب��ا هم ت��رکیب

کند؟

ما در مدرسه یاد گرفته ایم که سه حالت معمول برای م��اده وج��ود دارد: جام��د، مایع و گاز. جامدها رفتارشان به این دلیل است که مولکول هایش��ان راستایش��ان را ث��ابت نگ��اه می دارن��د و نس��بته ب��ه مولکول ه��ای اط��راف مکانش��ان را حف��ظ می کنند. موکول ه��ا در مایع��ات مخ��الف این رفت��ار هس��تند: آن ه��ا راستایش��ان را

می توانند تغییر دهند و در مایع به هر مکانی حرکت کنند.

ولی بعضی مواد هستند که می توانند در یک حالت میانه ک��ه بخش ش��بیه م��ایع و بخشی ش��بیه جام��د اس��ت وج�ود داش��ته باش��ند. زمانیک��ه در این ح�الت هس��تند، مولکول ه��ای آن ه��ا تمای��ل دارن��د ک��ه راستایش��ان را ث��ابت نگ��اه دارن��د، مانن��د مولکول ه��ای جام��د، ولی همچ��نین ب��ه مکان ه��ای مختل��ف منتق��ل ش��وند، مانن��د مولکول های مایع. این به این معنا است که کریستال مایع نه یک جام��د و ن��ه ی��ک

مایع است. همین امر چگونگی این تناقض در اسم این مواد را بیان می کند.

6

کریستال مایع مانند جامد رفتار می کند یا مایع؟

این طور به نظر می رسد که کریستال مایع بیشتر به حالت مایع نزدیک است ت��ا جامد. مق�دار قاب�ل ت�وجهی گرم�ا الزم اس�ت ت�ا ی�ک م�اده مناس��ب از جام�د ب�ه کریستال مایع تبدیل شود، و تنها مق��دار کمی بیش��تر گرم��ا الزم اس��ت ت��ا هم��ان کریستال مایع به مایع واقعی تبدیل شود. این امر دلیل اینکه چرا کریستال م��ایع به گرما بسیار حساس است و چرا این م��واد ب��رای درس��ت ک��ردن ترمومتره��ا و

moodمود رینگ ها ) ringاستفاده می ش��وند را بی��ان می کن��د. همچ��نین این ام��ر ) دلیل اینک��ه نمایش��گرهای لپ ت��اپ در ه��وای س��رد و روزه��ای بس��یار گ��رم رفت��ار

عجیبی از خود نشان می دهند را بیان می کند.

نوع از کریستال های مایع3

همانطور ک��ه ان��وع مختلفی از جام��دها و مایع��ات وج��ود دارد، ان��واع مختلفی از کریستال های مایع نیز وجود دارد. بسته به دما و طبیعت ذره ای م��اده، کریس��تالم��ایع می توان��د در چن��دین ح��الت ف��ازی وج��ود داش��ته باش��د: گرم��ا گ��رای )

Thermotropic( الیوتروپیک ،)Lyotropic( یا نماتیک )Nematic.)

در این مقاله، ما کریستال های مایع را در فاز نماتیک، که کریستال م��ایعی اس��تها را فراهم کرده، بررسی می کنیم.LCDکه امکان

ها می تابند؟LCD چگونه

فاز نماتیک

یکی از خواص کریستال مایع این است که آن ها تحت تاثیر جریان الکتریکی قرار می گیرند. یک نوع بخصوص از کریستال مایع نماتی��ک، ک��ه نماتی��ک پیچ دار نامی��ده

(، بصورت طبیعی دارای پیچ است. با استفاده ازTN: Twisted Nematicمی شود ) جریان الکتریکی برای این کریستال های مایع، آن ها از حالت پیچ دار ب��ا درجه ه��ای

ه�ا از این کریس��تالLCDمختلف خارج می شوند، که بسته ب��ه ولت�اژ جری�ان دارد. مایع استفاده می کنند زیرا این مواد بصورت پیش بینی شده به جریان الک��تریکی

واکنش می دهند بصورتی که مسیر نور را می توانند کنترل کنند.

7

ه��ا می توان��د کن��ترلLCDبه سادگی با تغییر جریان عبوری از داخل آن ها، تابندگی شود تا اطالعات الزم را بر روی تجهیزات چه ساعت دیجیتالی، چه م��ایکروویو و

چه لپ تاپ یا تلویزیون به نمایش درآید.

نظم س��اختاری بل��ور م��ایع ، چ�یزی بین��ابین نظم س��اختاری م��ایع و جام��د اس��ت. تغییرات ف��از بین فازه��ای جام��د م��ایع و م��ایع ، از طری��ق گرم��ا ک��ردن در م��ورد بلورهای مایع توموتروپ و ی��ا مخل��وط ک��ردن م��اده دوم در م��ورد بلوره�ای م�ایع لیوتروپ میس��ر می ش��ود. بلوره�ای م��ایع ترم�وتروپ معم�وال از مولکوله�ای آلی )کربن دار( تشکیل می شوند. این مولکوله��ا ی��ا خطی هس��تند و قس��مت مرک��زی آنها سخت است و دنباله های انعطاف پذیر در یک سر و یا در دو سرش��ان دارن��د

دنبال��ه8 ت��ا 4یا دایره ای هستند و قسمت مرکزی شان قرصی و سخت است و انعطاف پذیر بطور شعاعی از آن خارج می شوند. بلوره��ای م��ایع ترم��وتروپ ب��ه

دسته های زیر تقسم می شوند:

بلور مایع نیماتیک

بلور نیم��اتی معم��وال از مولکوله��ای آلی میله ای ش��کل س��اخته می ش��ود. همانن��د مایعات ، این نوع بلورهای مایع فق��ط از لح��اظ مولک��ولی دارای نظم کوت��اه ب��رد هستند. برخالف مایعات در این محورهای بلند مولکولها همگی بطور متوسط هم سو هستند. از اینرو بلور نیماتیم را می توان بلور جهت دار دانست. این بلور مایع همانند مایع سلولی جری��ان پی��دا می کن��د، ام��ا از نظم بس��یار بیش��تری برخ��وردار

است.

بلور مایع اسمکتیک

بل���ور م���ایع اس���مکتیک هم از مولکوله���ای میله ای س���اخته می ش���ود، ولی نظم مولکولها در آن بصورت الیه و هم صفحه ای اس��ت. در ه��ر الی��ه ، مولک��ول ف��وق نظم کوتاه برد مایع گونه دارن��د. ب��دین س��ان ، بل��ور م��ایع اس��کمتیک را می ت��وان تناوبی یا بلور بین در یک بعد و بی نظم یا م��ایعی در دو بع��د دیگ��ر داش��ت. بل��ور اسکمتیک مانند بلور سیستماتیک تحت تأثیر وزن جریان پی��دا می کنن��د. بس��ته ب��ه اینکه میله ها در ه��ر الی��ه مثال بص��ورت مای��ل ی��ا راس��ت ایس��تاده باش��ند. ب��ا زی��ر

دسته های متعددی از فاز اسکمتیک روبرو می شویم.8

بلور مایع کوکستریک

بلور مایع کوکستریک شبیه نیماتیک اس��ت، ام��ا بج��ای اینک��ه میله ه��ا در هم��ه ج��ا یکسان باشد، در نقاط مختلف دست خوش تغییر جهت می ش��ود ک�ه این ام�ر در نهایت ساختاری مارپیچی پدید می آورد. اگر صفحاتی عمود بر محور مایع در نظر بگیریم در هر صفحه س��متگیری منظمی همانن��د ف��از نیماتی��ک روب��رو می ش��ویم. جهت موضعی این سمتگیری در هر ص��فحه نس��بت ب��ه ص��فحات مج��اورتی کمی

چرخیده است.

بلور مایع دیسکوتیک دیاستوئی

بلور مایع دیسکوتیک یاستونی از مولکوله�ای ق�رص ش��کل تش�کیل ش�ده اس��ت. مولکولها در س��تونهایی م�رتب می ش��وند ک�ه نس��بتا ش��بیه ب��ه س��تونهای میل��ه ی�ا مهره های تخته نرم هستند، در هر ستون فق��ط نظم کوت��اه ب��رد وج��ود دارد. ام��ا ستونها بطور تناوبی در دو بعد م��رتب می ش��وند و ت��رکیب آنه��ا معم��وال بص��ورت شبکه شش گوش است. بدین سان ، بلور مایع دیسکونیک در دو بعد منظم و در

یک بعد بی نظم است.

اساس فیزیکی مایع تریوتروپ

در بلورهای مایع ترموتروپ ، گرم کردن ماده جامد منجر ب��ه ف��از آی بل��ور م��ایع بیشتر می شود، منظور این است که بجای تب��دیل مس�تقیم از ف�از جام�د ب�ه ف�از

مایع همسانگرد ، این مواد گرم شدن از یک یا چند فاز بلور مایع عبور می کنند.

بلور ------< نیماتیک ------< اسمکتیک ------< مایع همسانگرد

اساس فیزیکی مایع اسکمتیک

در تب��دیل از ب��ور ب��ه اس����کمتیک ، جس����م بسیار نرم می ش��ود و تحت برش جریان پیدا می کند. اگر چه اغلب اگ����ر گ����ذارهای بین

9

فازهای متمایز اجسام ناپیوسته اند. فاز اسمکتیک بطور پیوس��ته ب��ه ف��از نیماتی��ک تبدیل می شود که آنرا گدازهای مرتبه دوم می گویند. نیماتیکها معموال نس��بت ب��ه فازهای اسمکتیک چسبندگی کمتری دارند. و اگر اقدامات خاص برای جهت دادن آنها صورت نگ��یرد، ظ��اهری ک��در ی��ا گ��ل آل��ود دارن��د ک��ه این هم بخ��اطر حض��ور ناحیه های متعددی است که هر ک س��متگیری مولک��ولی خ��اص خ��ود را دارد. این کدری به هنگام تبدیل بل��ور م��ایع اس��مکتیک ب��ه م��ابع همس��انگری ناگه��ان از بین می رود. به همین دلیل نقطه گ��ذار نیماتی��ک - اس��مکتیک را گ��اهی نقط��ه ش��فاف

شدگی می نامند.

خواص برجسته بلور مایع

در مایع ه��ا اتم ه��ا و مولک��ول ه��ا تقریب��ا آزادن��ه ح��رکت می کنن��د و روی یک��دیگر می لغزند و در مقیاس میکروس��کوپیکی بس��یار نامنظم ان��د. ام��ا ب��ه دلی��ل ن��یروی دافعه کوتاه برد میان اتم ه�ا ی�ا مولکول ه�ای م�ایع ، ت�ا ان�دازه ای در مایع ه�ا نظم

کوتاه بردی دیده می شود.

10

از آنجا که نظم مکانی دور برد در مایع ها وج��ود ن��دارد ، مایع ه��ا در مقاب��ل تغی��یر شکل برشی ، مقاومتی از خ��ود نش��ان نمی دهن��د و تحت ت��اثیر وزن ی��ا نیروه��ای

دیگر به آزادی جریان می یابند.

نظم ساختاری بلورهای مایع ، چیزی بینابین نظم ساختاری مایع و جام��د اس��ت . ش��کل زی��ر تف��اوت بین س��ه ح��الت مختل��ف جام��د ، بل��ور م��ایع و م��ایع را نش��ان

می دهد.

کاربرد بلور مایع

ب��ه دلی��ل ش��کل میله ای مولکوله��ای تش��کیل دهن��ده بلوره��ای م��ایع نیماتی��ک و اسمکتیک در برابر نور و میدانهای الکتریکی و مغناطیس��ی پاس��خی ناهمس��انگرد دارند، بدین سان می توان از میدان الک��تریکی ب��رای کن��ترل ح��تی از مولکوله��ای بلور مایع نیماتیک می گیرن��د اس��تفاده ک��رد و این ام��ر ب��ه نوب��ه خ��ود م��یزان ن��ور بازتابیده یا گذرنده را تغییر می دهد، استفاده از این اثر در ص��فحات نم��ایی بل��ور مایع که در ماشینهای حساب ، س��اعت دیجیت��الی و ح�تی تلویزیونه�ای مینی��اتوری

کاربرد دارد رایج است.

ساختار مارپیچی مشخصه بلورهای مایع کوس��ترتیک ب��ه عن��وان ت��وری ب��رای ن��ور مرئی قابل استفاده است. ترکیبات کولسترتیک معم��وال ب��ا رن��گ روش��ن و ب��راق دیده می شوند. چون میزان براق بودن آنها به دما بس��تگی دارد، از رن��گ وابس��ته

به دمای این بلورهای مایه در بعضی دماسنجها بهره برداری می شود.

ویژگی های کریستال مایع

آدم دمدمي مزاجي را در نظر بگيري��د ك��ه ه��ر لحظ��ه ب��ه رنگي در مي آي��د و ب��از طبعش به سوي ديگر متمايل مي گردد. اين دقيقاً همان رفتار كريستال هاي م��ايع را نشان مي دهد. اين مواد در براب�ر پرت�و ن�ور واكنش ه�اي بس�يار مختلفي ب�روز مي دهند. يك كريستال معمولي بسته به ساختار مولكولي اش مي تواند ن��ور را در جهات مختلف برگرداند و ي��ا اين ك��ه آن را ب��ه چن��د تجزي��ه كن��د ) مانن��د منش��ور( كريستال مايع هم همين كار را روي پرتو نور انجام مي دهد اما با اين تف��اوت ك��ه پايداري اي در اين بين ديده نمي شود مثالً كريستال م�ايع ب�ه واس�طه ك�وچك ترين

11

دگرگ��وني در محي��ط موج��ود، يكب��اره از ش��فافيت ب��ه ت��يرگي و ي��ا از ت��يرگي ب��ه شفافيت مي گرايد و حتي رنگ آن نيز تغيير مي كند. دلي��ل اين حساس��يت زي��اد را

گون��ه ك��ه پيش از اين¬بايد در همان ويژگي دو گانه اين مواد جستجو كرد. همان گفتم ماده در حالت ترديد به سر مي برد.)جام��د ي��ا م��ايع( س��اختارهاي مولك��ولي ناپايدار و متزلزل است و طبيعت كه تردي��د را دوس��ت نمي دارد مي كوش��د ت��ا ب��ا توج��ه ب��ه ش��رايط موج��ود، »گ��وي كريس��تالي« معي��ني را بس��ازد ام��ا هن��وز اين ساختمان شكل نگرفته كه در اثر تغيير يكي از شرايط مانند دما همه چيز ب��ه هم

مي ريزد و مولكول ها دوباره شكل نامرتبي به خود مي گيرند.

بسياري از عوامل مي توانند چنين دگرگوني را سبب شوند مانند نيروي گ��رانش، تغييرات دما، تغييرات فشار و جريانات الكتريكي. با تركيبي از ي��ك ي��ا چن��د ت��ا از

اين متغير ها مي توان هزاران حالت در كريستال مايع پديد آورد.

موارد استفاده كنوني

دانشمندان با كنترل تغييرات كريستال هاي مايع از آن ب��ه راه ه��اي مختل��ف به��ره مي برند. براي مثال تصور كنيد يك الي��ه از كريس��تال م��ايع مي��ان دو ج��ام شيش��ه قرار دارد و فرضاً اين محفظه كريستالي )دو شيشه و داخل آن كريس��تال م��ايع( چنان باشد كه در شرايط عادي مولكول ها به صورت منظم و در يك ص��ف ق��رار گرفته اند و نور را ب��ه خ��وبي بازت��اب مي كنن��د. در اين ح�الت محفظ�ه كريس��تالي شفاف است. اينك مي توان با عبور دادن يك جريان ضعيف الكتريكي از محفظ��ه كريستالي، مولكول هاي كريستال را نا منظم كرد و بن��ابراين در اين ح��الت جدي��د به دليل اين كه مولكول ها نظمشان را از دست داده اند، نور را به خ��وبي بازت��اب

نمي كنند و در نتيجه محفظه كريستالي تيره رنگ و سياه مي شود.

اكنون فرض كني�د ك�ه جري�ان الك�تريكي را تنه�ا ب�ه ب�رخي قس�مت هاي محفظ�ه كريستالي وارد كنيم. حاال اگر اين بخش ها به صورت نويسه ها و يا اع��داد آرايش شده باشند، اين��ك ت��يره ش��ده و واژه ه��ا ي��ا ارق��ام مطل��وب را نم��ايش مي دهن��د. ك�����وچك ترين م�����ورد اس�����تفاده آن را حتم�����اً در س�����اعت هاي ديجيت�����الي و

، اين س��هLCDحس��اب ها ديده اي��د. روي اين وس��ايل اك��ثراً نوش��ته ش��ده ¬ماشين

12

Liquidح��رف مخف��ف كلم��ه Cristal Displayاس��ت يع��ني »نم��ايش ب��ه وس��يله كريستال مايع«

كه امروزه بس��يار پ��ر طرف��دار ش��ده و در سراس��رLCDاصول كار تلويزيون هاي جهان فروش بسيار خوبي دارد نيز تقريباً اينگونه است اما نوع كريستال مايع ب��ه

بس��يار متف��اوت اس��ت. گ��ونه اي از كريس��تال هايLCDكار رفته در تلويزيون هاي مايع، به ويژه به دما حساس هستند و رنگ هاي مختلف طيف نوري را بس��ته ب��ه دماي موجود بازتاب مي كنند. از اين كريستال ها مي توان براي اندازه گيري دم��ا

بهره برد.

مانیتور‌کریستال‌مایع

13

14