ما هي البلورات السائلة
بدأت دراسة البلورات السائلة في عام 1888 ميلادي، حيث اكتشف العالم النباتي النمساوي المعروف فريدريش رينيتزر أن المادة المعروفة باسم بنزوات الكوليستريل تحتوي على نقطتين انصها .
مكتشف البلورات السائلة
في أثناء تجاربه الخاصة، قرر العالم `رينيتزر` رفع درجة الحرارة على عينة صلبة وملاحظة تحول البلورات من الحالة الصلبة إلى الحالة السائلة غير المعروفة سابقا. وقام بزيادة درجة الحرارة تدريجيا وملاحظة تغير المادة وتحولها مرة أخرى إلى سائل شفاف بشكل واضح. وبفضل تجاربه المبكرة، يرجع هذا الاكتشاف المتقدم لهذا العالم، وهو يمثل مرحلة جديدة في تكنولوجيا المواد تعرف بـ `مرحلة البلورات السائلة` .
حيث أن المواد الكريستالية التي تكون سائلة تكون لها خصائصها واستخداماتها الفريدة من نوعها ، كما أن البلورات السائلة سوف يكون لها دور هام في كافة المجالات التكنولوجية المتطورة ، ولكن مع استمرارية البحث في مجال التكنولوجيا الحديثة ، وأيضا عن طريق تحسين وتطوير كل تطبيق يكن مستحدث وجديد .
ما هي البلورات السائلة
تتضمن مواد البلورات السائلة عددًا كبيرًا من الخصائص والسمات المشتركة بينهم، مثل:
- بنية جزيئية تشبه القضبان .
- محور طويل صلب.
- ثنائيات الأقطاب القوية.
- مستبدل سهل للتغيير.
المستبدل أو البقية هو عبارة عن ذرة أو عدد من الذرات يتم استبدال ذرة الهيدروجين في سلسلة هيدروكربون، وهذا يعني أن المستبدل يوضع في بعض الأحيان مكان ذرة الهيدروجين في بعض المركبات الكيميائية العضوية (هيدروكربون) .
يتميز حالة البلورات السائلة بميل أجزائها عن المحور الرأسي المشترك، ويُسمى هذا الميل بالدليل أو الموجه، وهذا يختلف عن حالة السوائل التي لا تمتلك أي ترتيب جوهري .
وان الجزيئات في حالتها الصلبة تكون مرتبة جدا عن سابقتها وأيضا لم تكن حرة التحرك ، حيث أن النظام الذي يميز حالة البلورات السائلة هو أن تكون في حالة وسط بين كلا من الحالة الصلبة والحالة السائلة التي تكن معروفة ، ويعتبر هذا الشرح هو معنى الحالة الوسيطة التي تكن مستخدمة لتعبر عن حالة البلورات السائلة .
ويعتبر من الأمور التي تكون صعبة إلى حد ما مسألة تحديد أو معرفة مادة معينة هل هي مادة تكون في حالة بلورية فقط أو تكون في حالة بلورية سائلة ، حيث ان المواد البلورية تكون في ترتيب دوري ويتصف ببعد المدى في ثلاثة مراحل لم يكن هناك أي سمة ترتيب تكن موجودة للسائل المتماثل isotropic liqui) .
إذا كانت المواد التي لم يتم تصنيفها سابقًا كمادة صلبة ولها درجة معينة من الترتيب والتناظر، فإنه يمكن اعتبارها بلورات سائلة.
تحديد معامل الترتيب
يمكنك تحديد معامل الترتيب الموجود في مادة معينة باستخدام هذه الصيغة
S = (1/2)<3cos2q-1>
- تشير هذه العلامات إلى الزاوية بين الدليل والمحور الذي يكون طويلًا لكل جزيء من الجزيئات .
- تدل الأقواس على المتوسط العام لجميع الجزيئات في العينة.
- في المتغير المتجانس، يتم تعيين متوسط جزئي من المعادلة الترتيبية التي يتم فيها الحصول على النتيجة النهائية للزاوية تساوي الصفر، وبالتالي يكون معامل الترتيب هو أيضا يساوي الصفر.
- يجب أن يساوي معامل الترتيب 1 للوصول إلى بلورة مثالية.
- يشير إلى أن النسب المثالية لمعامل الترتيب لعدد من البلورات السائلة تتراوح بين 0.3 و 0.9، ويجب أن يتم تحديدها بدقة وفقًا لدرجة الحرارة وحركة الجزيئات النشطة .
إذا حدث انحدار لجزيئات البلورات السائلة نحو الدليل، فسينتج عن ذلك حالة تعرف باسم تباين الخواص، وتسمى بالإنجليزية بـ (anisotropy).
Anisotropy
يشير هذا المصطلح إلى أن معرفة خواص المادة تتوقف على الاتجاه الذي يتم فيه القياس، ومثال على ذلك أنه من الأسهل قطع قطعة من الخشب عبر الجذع من الناحية الطولية بدلًا من الطرفية .
الخواص والميزات للبلورات السائلة تختلف بشكل كبير بينها، ويتم التركيز على الخصائص البصرية النادرة التي تميزها، وتستخدم هذه الخصائص في تطبيقات متنوعة من قبل العلماء والمهندسين .
خصائص البلورات السائلة
هناك مجموعة من الصفات أو المعاملات التي تعمل على وصف بنية أو طبيعة البلورات السائلة، وهي:
- معاملة الترتيب الموضعى Positional Order
- معاملة الترتيب التوجيهي Orientational Order
- يُشير مصطلح “Bond Orientational Order” إلى ترتيب الروابط الكيميائية
تقوم تلك المعاملات بوصف الحيز الذي يحدث فيه ترتيب عينات البلورات السائلة، وتشير كل معاملة إلى شيء معين، وهما:
- يشير الترتيب الموضعي إلى الحجم أو الحيز الذي يحتله جزيء وسط أو عدد من الجزيئات، ويكون واضحًا في حالة المواد البلورية .
- يشير الترتيب التوجيهي إلى مقياس الميل أو الانحراف للجزيئات عن محاذاة التوجيه على المدى البعيد .
- أخيرا، رابطة الترتيب التوجيهي تصف أو ترسم خطا يربط بين المواضع المجاورة للجزيئات القريبة من بعضها، دون الحاجة إلى مسافات منتظمة على طول هذا الخط. ومن ذلك يتضح أن الترتيب الذي يستمر لفترة طويلة نسبيا إذا ما تم مقارنته بالخط الذي يربط بين مراكز الجزيئات، فإنه مجرد ترتيب موضعي قصير المدى على طول هذا الخط .
نظرًا لأن غالبية المركبات البلورية السائلة متعددة الأشكال، أو أن الحالة التي تتواجد فيها متعددة الأطوار أو الأنواع في الحالة البلورية السائلة، يتم استخدام مصطلح الطور الوسيط لوصف الأطوار الفرعية التي تتكون منها المواد البلورية السائلة.
أطوار البلورات السائلة
البلورات السائلة هي نوع متميز من المواد، ومن خلال مقارنتها مع الحالات المتبلورة أو الصلبة والحالة التماثلية أو السائلة، يتم التعرف على أنواع متعددة من البلورات السائلة، وذلك من خلال دراسة ترتيب الجزيئات في المادة. وتتنوع أطوار البلورات السائلة بين العديد من الأشكال
- الأطوار الخيطية أطوار البلورات السائلة الخيطية Nematic Phases
يتميز هذا المرحلة الخيطية للبلورات السائلة بعدم وجود ترتيب موضعي للجزيئات، حيث تتدفق هذه الجزيئات في اتجاه واحد بعلامات محددة .
والبلورات السائلة هي عبارة عن مواد تكون مختلفة الخواص ، حيث ان خواصها الفيزيائية للنظام تختلف مع متوسط المحاذاة مع الدليل الخاص بها ، أي أن المحاذاة إذا كانت كبيرة، تكون المادة مختلفة الخواص بصورة كبيرة ، أما إذا كانت المحاذاة صغيرة تكون المادة متماثلة إلى حد ما ، وبذلك نستطيع معرفة ان أطوار البلورات السائلة تكون في درجات مختلفة .
- أطوار البلورات السائلة الزلقة،
يعد هذا الطور أيضا من أطوار البلورات السائلة الزلقة وهو طور متميز ، تكون الجزيئات في هذا الطور في غاية من الترتيب لم تكن موجودة في الأطوار الخيطية ، وفي هذه الحالة الزلقة تظل الجزيئات محتفظة بالترتيب التوجيهي للأطوار الخيطية ، ولكن تميل في بعض الأحيان إلى الثبات في الطبقات أو الأسطح حيث ان الحركة تكون بطيئة ومقيدة على تلك الأسطح ، ونستطيع أن نرى أن تلك الأسطح المنفصلة تكون منحدر في جهة بعيدة عن بعضها ، أي أن في تلك الحالة الزلقة تكون صلابته أقوى مما يكون في الحالة الخيطية .