Мезоген

Мезофаза.

Мезоген – это соединение, проявляющее свойства жидкого кристалла . ^{[1] [2]} Мезогены можно описать как неупорядоченные твердые тела или упорядоченные жидкости, поскольку они возникают из уникального состояния вещества, которое проявляет как твердые, так и жидкие свойства, называемого жидкокристаллическим состоянием. ^[1] Это жидкокристаллическое состояние (LC) называется мезофазой и возникает между кристаллическим твердым состоянием (Cr) и изотропным жидким состоянием (Iso) в различных температурных диапазонах. ^[2]

Свойства жидкого кристалла возникают из-за того, что мезогенные соединения состоят из жестких и гибких частей, которые помогают охарактеризовать порядок и подвижность его структуры. ^[2] Жесткие компоненты выравнивают фрагменты мезогена в одном направлении и имеют отличительные формы, которые обычно имеют форму стержня или диска. ^[2] Гибкие сегменты обеспечивают мезогенам подвижность, поскольку они обычно состоят из алкильных цепей, которые в определенной степени препятствуют кристаллизации. ^[2] Комбинация жестких и гибких цепей вызывает структурное выравнивание и текучесть между жидкокристаллическими фрагментами. ^[2]

При этом различная степень порядка и подвижности внутри мезогенов приводит к образованию различных типов жидкокристаллических фаз, рис. 1. Нематическая фаза (N) представляет собой наименее упорядоченное и наиболее жидкокристаллическое состояние или мезофазу, основанную на жестком ядре мезогенные фрагменты. ^{[1] [2]} Нематическая фаза приводит к дальнему ориентационному порядку и ближнему позиционному порядку мезогенов. ^{[1] [2]} Смектическая (Sm) и столбчатая (Col) фазы более упорядочены и менее текучи , чем их нематические фазы, и демонстрируют дальний ориентационный порядок стержнеобразных и дискообразных жестких ядер соответственно. ^{[1] [2]}

Примеры

Рисунок 1 – Организация стержнеобразных и дискообразных жестких ядер в жидкокристаллических фазах мезогенов, где Iso – изотропное жидкое состояние; N – нематическая фаза жидкокристаллического состояния; SmA – смектическая А-фаза; SmC – смектическая фаза С; Col – столбчатая фаза. ^[2]

Термотропные мезогены представляют собой жидкие кристаллы, индуцированные температурой ^[1] , и существуют два классических типа: дискотические мезогены и каламитовые мезогены . ^[3]

Дискотические мезогены содержат жесткое ядро ​​в форме диска и имеют тенденцию организовываться в столбцы, образуя столбчатые жидкокристаллические фазы (Col) дальнего позиционного порядка. ^{[1] [2]}

Примером жесткого ядра дискотического мезогенного типа является дисковая молекула на основе трифенилена , в которой гексагональная столбчатая жидкокристаллическая фаза существует при температуре от 66 ° C (кристалл) до 122 ° C (изотропная жидкая фаза). ^[2]

Каламитовые мезогены содержат жесткое ядро ​​в форме стержня и имеют тенденцию организовываться в отдельные слои, образуя пластинчатые или смектические жидкокристаллические фазы (Sm) дальнего позиционного порядка. ^{[1] [2]} Смектические фазы низкого порядка включают смектические фазы A (SmA) и смектические фазы C (SmC), тогда как смектические фазы более высокого порядка включают смектические фазы B, I, F, G и H (SmB/I/F/G/ З) фазы. ^[3]

Примером жесткого ядра каламитового мезогенного типа является стержневая молекула на основе бензилцианида , в которой смектическая жидкокристаллическая фаза A существует в диапазоне температур от 60 ° C (кристалл) до 62 ° C (изотропная жидкая фаза). ^[2]

Мезогены изогнутого стержня - это особые каламитические мезогены, которые содержат нелинейное стержнеобразное или изогнуто-стержнеобразное жесткое ядро ​​и организуются в форме «банановых фаз». ^[3] Жесткие блоки этих фаз упаковываются таким образом, что достигаются наивысшая плотность и полярный порядок, обычно с вершиной изогнутого стержня, направленной в одном направлении. ^[2] Когда слой изогнутых стержней направлен в том же полярном направлении, что и соседние слои, ламеллярная организация известна как смектическая фаза PF (SmPF), где нижний индекс F указывает на сегнетоэлектрическое переключение. ^[2] Смектический PA (SmPA) — это термин, обозначающий слой изогнутых стержней, который направлен в противоположном полярном направлении, что и соседние слои, где A означает антисегнетоэлектрическое переключение. ^[2]

Другие варианты жидкокристаллических фаз изогнутого стержня включают: фазы антисегнетоэлектрика/сегнетоэлектрика смектика C (SmCPA/SmCPF) и фазы антисегнетоэлектрика/сегнетоэлектрика смектика A (SmAPA/SmAPF), которые имеют характерный наклон и ортогональные режимы ламеллярной организации. ^[2]

• 
  Каламитный и дискотический мезогены на основе бензилцианида и трифенилена соответственно. ^[2]
• Ламеллярная (слоистая) организация каламитовых мезогенов низшего порядка. Смектическая фаза А (слева) имеет молекулы, организованные в слои. В смектической фазе C (справа) молекулы наклонены внутрь слоев.
• 
  2D решетки столбчатых мезогенов; Col _hex , Col _squ , Col _Rec и Col _ob обозначают шестиугольную, квадратную, прямоугольную и наклонную формы. ^[2]

• 
  Ламеллярная (слоистая) организация изогнуто-стержневых каламитовых мезогенов, включающая смектические фазы ПФ и ПА ^[2]
• 
  Мезоген изогнутого стержня (каламитовый), в котором антисегнетоэлектрическая смектическая фаза C существует при температуре от 145 ° C (кристалл) до 162 ° C (изотропная жидкость). ^{[2] [3]}

Рекомендации

1. Мингос, DMP (1999) Структура и связь . Спрингер. Предисловие, с. 7. ISBN  978-3662147160 .
2. Tschierske, Карстен (2011). «Фторированные жидкие кристаллы: создание мягких наноструктур и повышенная сложность самосборки перфторированными сегментами». Жидкие кристаллы . Темы современной химии. Том. 318. Берлин, Гейдельберг: Шпрингер. стр. 1–108. дои : 10.1007/128_2011_267. ISBN 978-3-642-27590-6. ПМИД  22089090.
3. Диркинг, И. (2001). «Кристаллизация жидкокристаллического мезогена с изогнутым ядром». Физика Б. 304 (1–4): 51–59. Бибкод : 2001PhyB..304...51D. дои : 10.1016/S0921-4526(01)00549-X.