В химии и химической физике мезофаза или мезоморфная фаза — это фаза вещества, промежуточная между твердым и жидким . Желатин — это распространенный пример частично упорядоченной структуры в мезофазе. Кроме того, биологические структуры, такие как липидные бислои клеточных мембран, являются примерами мезофаз. Подвижные ионы в мезофазах либо ориентационно, либо вращательно неупорядочены, тогда как их центры расположены в упорядоченных местах в кристаллической структуре. Мезофазы с дальним позиционным порядком, но без ориентационного порядка, являются пластическими кристаллами , тогда как те, у которых дальний ориентационный порядок, но только частичный или без позиционного порядка, являются жидкими кристаллами . [1] [2]
Жорж Фридель (1922) обратил внимание на «мезоморфные состояния материи» [3] в своей научной оценке наблюдений так называемых жидких кристаллов . Традиционно кристалл является твердым, а кристаллизация преобразует жидкость в твердое тело. Оксюморон жидкого кристалла разрешается с помощью понятия мезофаз. Наблюдения отметили оптическую ось , сохраняющуюся в материалах, которые были расплавлены и начали течь . Термин «жидкий кристалл» сохраняется как разговорное выражение , но использование этого термина подверглось критике в 1993 году: В «Физике жидких кристаллов» [4] мезофазы вводятся с самого начала:
Далее, «Классификация мезофаз (впервые четко изложенная Г. Фриделем в 1922 году) по существу основана на симметрии» [4] : 10
Молекулы, демонстрирующие мезофазы, называются мезогенами .
В технологии молекулы, в которых оптическая ось подвергается манипуляциям во время мезофазы, стали коммерческими продуктами, поскольку их можно использовать для производства устройств отображения , известных как жидкокристаллические дисплеи (ЖК-дисплеи). Восприимчивость оптической оси, называемой директором , к электрическому или магнитному полю создает потенциал для оптического переключателя, который затеняет свет или пропускает его. Используемые методы включают переход Фредерикса , эффект скрученного нематического поля и эффект переключения в плоскости . С ранних жидкокристаллических дисплеев покупающая публика приняла маломощную оптическую коммутационную установку мезофаз с директором.
Рассмотрим твердое тело, состоящее из одного молекулярного вида и подвергающееся плавлению . В конечном итоге оно переходит в изотропное состояние, классически называемое жидкостью. Мезофазы возникают до того, как промежуточное состояние порядка все еще сохраняется, как в нематической , смектической и столбчатой фазах жидких кристаллов. Таким образом, мезофазы проявляют анизотропию . ЖК-устройства работают как оптический переключатель, который включается и выключается электрическим полем, приложенным к мезогену с директором. Реакция директора на поле выражается параметрами вязкости , как в теории Эриксена-Лесли в механике сплошной среды, разработанной Джеральдом Эриксеном и Фрэнком Мэтьюсом Лесли . ЖК-устройства работают только до температуры перехода, когда мезофаза переходит в изотропную жидкую фазу в так называемой точке просветления . [5]
Мезофазные явления важны во многих научных областях. Издательские подразделения профессиональных обществ имеют академические журналы по мере необходимости. Например, Американское химическое общество выпускает как Macromolecules , так и Langmuir , в то время как Королевское химическое общество выпускает Soft Matter , а Американское физическое общество выпускает Physical Review E , а Elsevier выпускает Advances in Colloid and Interface Science .