بلورهای مایع و انواع آن

معمولا مواد را به سه دسته: جامد، مایع و گاز می شناسیم اما موادی مانند سس مایونز ماده ای است که حالتی بین یک مایع و یک جامد دارد.

کریستال های مایع نیز نه کاملا مایع و نه کاملا جامد هستند،‌ از لحاظ فیزیکی مانند جریان مایعات به چشم می آیند، اما آن ها برخی از خواص جامدات بلورین را نیز دارند. کریستال های مایع را می توان کریستالی در نظر گرفت که  برخی یا همه نظم موقعیتی خود را از دست داده اند، در حالی که از نظر جهت گیری نظم خود را حفظ کرده است.

بین سال های 1850 تا 1888محققان در پژوهش هایی که در زمینه فیزیک، شیمی، زیست شناسی و پزشکی انجام می دادند، متوجه شدند که بعضی مواد در دماهای نزدیک به دمای ذوب شان رفتار عجیبی از خود نشان می دهند. آن ها مشاهده کردند که خواص نوری (اپتیکی) این مواد با افزایش دما به طور ناپیوسته ای تغییر می کند.

مثلا استرین (stearin) در دمای 52 درجه سانتیگراد از جامد به مایع ابری شکل ذوب می شود و تا دمای 58 درجه سانتیگراد به صورت مایعی مات باقی می ماند و در دمای 5/62 به یک مایع شفاف تبدیل می شود. یا مثلا ترکیبات سنتز شده از کلسترول وقتی سرد می شوند، به رنگ آبی دیده می شوند. زیست شناسان در مواد بیولوژیکی مایع، رفتار ناهمسانگرد نوری که فقط در بلورها دیده می شود، مشاهده کردند.

این مواد (بلورهای مایع) شامل مولکول های آلی هستند که دارای شکل طویل با یک ناحیه مرکزی ثابت و لبه های انعطاف پذیر اند.

رفتار ناهمسانگرد بلور مایع ناشی از طویل بودن مولکول های آن است. خواص فیزیکی مولکول ها در امتداد موازی با خواص فیزیکی در امتداد عمود بر صفحه مولکول متفاوت است. این تفاوت خواص مولکول ها باعث تفاوت خواص توده ای آن ماده (حجم زیادی از ماده) نیز می شود.

بلور مایع در سه نوع دسته بندی می شوند: Nematic نماتیک، Smectic اسماتیک و Cholesteric کایرال. 

برای بلورهای مایع یک جهت n به عنوان جهت مبنا در نظر می گیرند که مولکول ها تمایل دارند که در آن جهت قرار بگیرند.

بلور مایع نماتیک

تصور کنید تعداد زیادی خلال دندان در یک جعبه مستطیل شکل به صورت نامنظم قرار داده شده است. وقتی شما جعبه خلال دندان را باز می کنید خلال دندان ها تقریبا هم جهت هستند اما در یک امتداد نیستند یعنی زاویه بین هر خلال داندان با محوری معین با هم فرق می کند. (دقیقا در امتداد یک خط نیستند فقط جهت آن ها مثلا متمایل به شمال است). آن ها آزادانه حرکت می کنند اما جهت حرکت آن ها یکسان است. این نوع کریستال مایع به نماتیک معروف اند.

بلور مایع اسماتیک

بلورهای مایع smectic نسبت به nematic این تفاوت را دارند که بعضی از آن ها دقیقا موازی با همدیگر هستند. بلورهای مایع smectic به دو نوع A و C تقسیم می شوند، نوع A همه مولکول ها در یک جهت تقریبا موازی اند اما نوع  C در هر ردیف مولکول ها موازی اند و جهت گیری ردیف ها با هم کمی متفاوت است. به شکل زیر توجه کنید.

بلور مایع Cholestric

بلور مایع Cholestric ( نوع پیچیده بلور مایع نماتیک است) کایرال است. در این نوع بلور مایع اگر مولکول های چند لایه را در نظر بگیریم. مثل این است که در هر لایه یک نمونه از نماتیک را داریم به ترتیب که در لایه ها پیش می رویم جهت مولکول ها نسبت به لایه قبلی می چرخد تا در نهایت در لایه ی آخر به جهت لایه اول می رسد، به فاصله بین این چند لایه یک گام (pitch) می گویند. (مطابق شکل) جهت مولکول در لایه اول از A به B بوده و در لایه آخر نیز همین طور است.

مرکز یادگیری تبیان - تهیه و تنظیم: فاطمه گودرزی