يتحدد سلوك البلورات السائلة في وجود مجالات كهربائية خارجية بما لها من خواص المرونة اللزجة ومن هنا تأتي أهمية معرفتها والواقع أن تلك المجالات تتحكم في البارامترات المميزة مثل الجهود الكهربية الحاكمة ومدى انحدار منحني الجهد مع انبعاث الإلكترونات وزمن الاستجابة وغيرها.

أ- المرونة Elasticity

يكمن الفرق الجوهري بين التشوهات في بلورة سائلة وفي بلورة صلبة في أن البلورات السائلة لا تعاني من إزاحات انتقالية للجزيئات عند حدوث تشوهات للعينات بفعل إجهادات خارجية. ويرجع هذا إلى انزلاق طبقات البلورة السائلة على بعضها البعض.

وترتبط مرونة السوائل الأيزوتروبية بالكثافة وتغيرها أما تغيرات الكثافة في البلورات السائلة فيمكن التعبير عنها بمعاملات مناسبة وتظل المرونة المرتبطة بالتغيرات الموضعية لاتجاهات الموجه هي المميز الرئيسي.

 وغالبا ما نلجأ إلى الفروض التالية عند وصف مرونة البلورات السائلة النيماتية:

1- يتغير اتجاه الموجه بالتدريج الشديد إذا قورن بالأبعاد الجزيئية للبلورة السائلة، وعلينا أن نستنتج أن بارامتر الترتيب S يظل ثابتا عبر حجم البلورة السائلة بأكملها، وذلك عند درجة حرارة ثابتة T، في حين أن مجال الموجه L هو فقط الذي يتغير تبعا للمجالات الكهربائية الخارجية أو غيرها.

2- لا بد من أخذ التماثل الأسطواني لتركيب البلورات السائلة النيماتية في الاعتبار، وكذلك غياب القطبية (أو تماثل رأس – ذيل).

3- أن ما يظهر في التعبير الرياضي للطاقة الحرة هو مربعات قيم تشوه الموجه وذلك طبقا لقانون «هوك».

وبناء على هذه الفروض فإن كثافة الطاقة الحرة المرنة للبلورة السائلة النيماتية، ستأخذ الشكل التالي:

وهذه المعادلة هي الأساس في دراسة جميع الظواهر الكهروبصرية في البلورات السائلة النيماتية؛ فالحد الأول يصف التشوه S (وهو أول حرف في كلمة Splay)، أما الحد الثاني فيصف التشوه T (أول حرف في كلمة Twist)، والحد الثالث يصف التشوه B (أول حرف في كلمة .(Bend ويلخص الشكل (15-12) هذه الأنواع الثلاثة للتشوه. ويتشابه الموقف تماما في حالة البلورات السائلة الكوليسترية (أو النيماتية الكيرالية).

وتحمل نظرية المرونة سماتها الخاصة في حالة البلورات السميكتية حيث تشترك التشوهات المرتبطة بتغير المسافة بين الطبقات في جميع الأطوار السميكتية، وإن كانت غير مرتبطة – عموما – بتغير اتجاه الموجه، ولذلك يظهر معامل آخر للمرونة B.

أما في البلورات السميكتية A فإن التشوه الوحيد الممكن هو التموج النوعي للطبقات السمكتية؛ بحيث تظل المسافة بين الطبقات ثابتة ويظل الموجه عموديا على الطبقة. ويضع هذا التشوه قيدا على مجال الموجه:

شكل (15-12)

انواع التشوه الاساسية في البلورات السائلة

(أ) تشوه S (منحدر Splay)، (ب) تشوه B(الانحناء Bend)، (جـ) تشوه T(الالتواء Twist).

وعلى ذلك تتباعد قيم معاملات الالتواء والانحناء بالقرب من التحول الطوري الذي ينقل البلورة من النيماتي إلى السميكتي A؛ أي أن المعادلة (11-15) ليست صالحة للتطبيق على البلورات السائلة السميكتية من النوع C حيث يسود التعامل مع ثوابت المرونة النوعية.

ب- اللزوجة Viscosity:

من المعروف أن معاملات اللزوجة لوسط ما هي النسب بين مشتقات الإجهاد اللزج ومشتقة السرعة بالنسبة للزمن.

وتوصف معادلة دوران الموجه في بلورة سائلة نيماتية في مجال كهربائي بما يطلق عليه مصطلح اللزوجة الدورانية:

حيث ₁α، ₂α هي معاملات اللزوجة. أما ₁γ فهي واحدة من أهم البارامترات في معظم الظواهر الكهروبصرية.

وتتغير لزوجة السوائل الأيزوتروبية – بشكل عام – بتغير درجة الحرارة طبقا للقانون المعروف.

حيث 0 ‹ E هي طاقة تنشيط انتشار الحركة الجزيئية .ɳ₀ = const وهناك علاقة مماثلة لكل صور اللزوجة النيماتية على كل مدى الطور الوسيط فيما عدا مناطق التحول الطوري.

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