تتخذ جزيئات الأطوار المميزة للبلورة السائلة شكل قضبان كما قد تفعل التجمعات الجزيئية نفس الشيء. ففي الطور المسمى النيماتي Nematic أو الخيطي، تتوزع الجزيئات بشكل إحصائي بحيث تأخذ اتجاه المحور المفضل L والمسمى الموجه (شكل 15- 1 أ) وقد يتغير اتجاه هذا الموجه إلا أن المسافة المميزة للتغير تكون أطول بكثير من أبعاد الجزيء نفسه. وعندما يطبق مؤثر خارجي فإن المحاور الجزيئية تنتظم في اتجاه متجانس يشمل المادة كلها، فتصبح على هيئة بلورة سائلة أحادية أو جسما وحيد النطاق.

شكل (1-15)

تماثل اطوار البلورات السائلة

وهناك أيضا الطور السميكتي smectic الوسيط والذي يتميز بنظام اتجاهي ونظام موضعي في آن واحد بحيث تترتب جزيئات البلورة السائلة في طبقات يبلغ سمكها «d» في المتوسط ما يقارب طول الجزيء نفسه (شكل 15-1 ب) وهذه الطبقات قابلة للانزلاق على بعضها البعض، ويعرف هذا الطور بأنه من النوع «A». والطور السميكتي «A» الوسيط ينتمي – مثل الطور النيماتي – بصريا إلى التماثل أحادي المحور، وينطبق اتجاه محوره البصري مع الموجه. فإذا حدث وكانت هناك زاوية بين الجزيئات مع العمودي على الطبقة فإن الطور السائد يكون سميكتي من النوع «C». وقد يكون هذا الطور «كيراليا» (أي له تماثل اليد البشرية)، أو غير ذلك اعتمادا على ما إذا كان الدوران بالنسبة للعمودي على الجزيئات في الطبقات المجاورة قائما أم لا. (انظر الشكل 15-1 جـ).

أما فيما يتعلق بدرجات الحرارة فإن الطور السميكتي «C» يتجلى عادة عند درجات أدنى من درجات تكون الطور السميكتي «A». وإذا حدث انتقال طوري من «A» إلى «C» فإنه يكون من النوع المتصل (أي من الرتبة الثانية).

وهناك حالات أكثر تعقيدا حيث يظهر النظام الموضعي كما في الشكل (15-1 د) حيث يكون للجزيئات نظام سداسي في مستوى السطح. ويكون هذا الطور سميكتي أيضا ولكن من النوع B_h، (يرمز الحرف h إلى كلمة سداسي hexagonal). وهو ينتظم في شبيكة سداسية تتعامد فيها الجزيئات مع الطبقات. وقد تكون بعض أطوار البلورات السائلة هذه أقرب ما تكون من بلورات الحالة الصلبة المعروفة.

وعندما تكون الجزيئات «كيرالية» بحيث لا تمتلك تماثلا مرآويا أو مستويات تماثل، فإن عددا من الأطوار الوسيطة الكيرالية يبدأ في الظهور، ومثال ذلك الطور المسمى الكوليستري أو النيماتي الكيرالي الشكل (15-2 أ) وتتمتع الجزيئات المكونة للبلورات الكوليسترية بنشاط بصري ملحوظ، كما تتميز بأن اتجاه المحور الأطول للجزيئات في كل طبقة من الطبقات المتعاقبة يصنع زاوية مع اتجاه محاور الجزيئات في الطبقة التالية.

شكل (2-15)

تركيب الطور الكوليستري الوسيط والطور «الأزرق»

ومن المعلوم أن كل طبقة تتكون من جزيئات ذات اتجاهات متوازية، كما أنها تتحرك بحرية في اتجاهين بحيث ينتج حلزون ذو «خطوة» مقدارها P₀ اعتمادا على طبيعة الجزيئات (الشكل 15- 2 أ). ويدور محور الاتجاه (الموجه) زاوية مقدارها 2π خلال كل خطوة P₀. ويصور الشكل (15-2 ب) تركيبا حلزونيا ذا ثلاثة أبعاد، يحتوي على جزيئات كيرالية، وقد اصطلح على وصف هذه الأطوار «بالزرقاء». ويحدث أحيانا أن تتراص أجزاء من الحلزون بحيث تتكون شبيكات مكعبية متنوعة تقترب ثوابتها من خطوة الحلزون.

والبلورات السائلة الكوليسترية – مثل النيماتية – أحادية المحور، سواء موضعيا أو على المستوى الماكروسكوبي. وينطبق المحور البصري لها مع محور الحلزون الذي يتعامد دائما مع المحاور البصرية النيماتية الموضعية.

وهناك من الجزيئات ما هو على شكل أقراص تكون بمثابة لبنات أطوار وسيطة تأخذ شكل الأعمدة (15-3) وقد يكون تجمع هذه الأقراص في أعمدة بغض النظر عما إذا كان ترتيبها داخل كل عمود منتظما أم لا. وتشكل هذه الأعمدة شبيكة سداسية أو قائمة وعلى وجه العموم، فإن هذه الأطوار أحادية المحور وسالبة، وينطبق المحور البصرى مع الموجه L.

شكل (3-15)

بلورة سائلة ذات جزيئات على شكل اقراص

والبلمرات ذات السلاسل الجزيئية الخطية أو التي على شكل المشط هي من الحالات الخاصة للبلورات السائلة والشكل (15-4) يوضح طورا نيمانيا مكونا من جزيئات بوليمر ذات سلاسل خطية طويلة إلا أن الأطوار الوسيطة للبلمرات تتميز بقدرتها على تكوين حالة زجاجية يكون فيها ترتيب البلورة السائلة متجمدا. وتعتبر هذه الظاهرة أساسا للعديد من التطبيقات الحديثة للبلورات السائلة البوليمرية وعلى وجه الخصوص الفيروكهربي منها.

شكل (15-4)

بلورات سائلة بوليمرية ذات أساس من بوليمر خطي وعلى شكل مشط

وتعتبر البلمرات التي تأخذ شكل المشط من أهم المواد المستخدمة في التطبيقات الكهروبصرية، أما أجزاء هذه البلمرات فهي مكونة من سلسلة رئيسية وفواصل ومجموعات جزيئية جانبية، وإن كان من الممكن إضافة بعض المجموعات الكيميائية الوسيطة ذات الوظائف المحددة إلى التركيب الجزيئي (15-5).

شكل (15-5)

بعض امثلة البلمرات التي تستخدم في التطبيقات الكهروبصرية

ويتكون الطور الكيرالي للبلورات السميكتية C من جزيئات ذات نشاط بصري ويكون التماثل الموضعي للطور C (وهو (C₂ قطبيا؛ لأن مستوى الميل الجزيئي (شكل 15-6) لم يعد مستوى انعكاس مرآوي ... وهكذا يسمح للاستقطاب التلقائي أن يكون موازيا للطبقات. وتلتف كل طبقة متتالية في الطور C السميكتي بزاوية ما بالنسبة للطبقة التي تسبقها وبذلك ينشأ تركيب ملتوي ذو خطوة مقدارها P₀. ومن الأمثلة التقليدية للطور السميكتي C – الذي يتمتع بخواص فيروكهربية – ويرمز له بالرمز D(أو DOBAMBC (L أو

D(or L)-p-cycloxybenz ylidene -p`- amino -2- melhylbutyl Cinnamate.

شكل (15-6)

التركيب الجزيئي والترتيب داخل الطور السميكتي الكيرالي C

ويذهب البعض إلى تقسيم البلورات السائلة – حسب منشئها – إلى قسمين كبيرين هما البلورات السائلة الثرموتروبية Thermotropic والبلورات الليوتروبية Lyotropic:

1- البلورات الثرموتروبية: وهي التي تنتج عند تسخين المادة الصلبة، ومن أمثلتها مادة كوليستريل نونانويت (الشكل 15-7 أ) ومادةN- (P-Methoxy Benzylidene – P' – Bulylaniline (MBBA) (الشكل 15-7 ب).

شكل (7-15)

نماذج من التراكيب الجزيئية التي تنتج عنها أطوار ثرموتروبية وسيطة

2- البلورات الليوتروبية: وهي التي تتكون عند تحضير محاليل بعض المواد في مذيب أيزوتروبي ويشترط أن يكون تركيز المادة المذابة كبيرا، ويلاحظ أن الوحدات التي على هيئة قضبان دقيقة كبيرة بالنسبة لوحدات البلورات الثرموتروبية، ولكن النسب المحورية لها نادرا ما تزيد على 15 (النسبة المحورية هي النسبة بين طولي المحور الكبير إلى المحور الصغير) ويذكر أن حمض DNA النووي وبعض الفيروسات مثل فيروس ورق نبات الدخان وكثير من الببتيدات الصناعية وغيرها تكون أطوارا وسيطة ليوتروبية عند إذابتها في مذيبات مناسبة – كالماء مثلا وبتركيزات مناسبة.

مواضيع ذات صلة

تأثير تصغير مقاييس الحبيبات على خواص المادة

الحبيبات

غياب المثالية عن الترتيب الذري

الشبكات البلورية

الإشعاع السينكروتروني Synchrotron Radiation

مراكز الالوان Color Centers

الأشعة وحيدة الموجة في تجارب الحيود من البلورات

شاشات عرض البلورات السائلة ذات المصفوفات الفعالة: «AMLCD «Active Matrix Liquid Crystal Display

استخدام البلورات السائلة في أجهزة العرض

السلوك الكهروبصري لأغشية (PDLC)

الخواص الكهروبصرية لأغشية البلورات السائلة المنتشرة داخل بوليمر «PDLC»

الانكسار المزدوج وتأثره بالمجال الكهربائي Birefringence