Kluczową różnicą między nematycznymi ciekłymi kryształami smektycznymi a cholesterycznymi jest ich struktura. Ciekłe kryształy nematyczne nie mają uporządkowanej struktury cząsteczek, a ciekłe kryształy smektyczne mają warstwową strukturę molekularną, podczas gdy ciekłe kryształy cholesteryczne mają cząsteczki w skręconym i chiralnym układzie.
Termin ciekłe kryształy można zdefiniować jako fazę materii o właściwościach pomiędzy właściwościami konwencjonalnych cieczy i stałych kryształów. Na przykład ciekły kryształ może płynąć jak ciecz, ale cząsteczki ciekłego kryształu mają tendencję do orientacji w naturze podobnej do kryształu. Istnieją trzy główne fazy, w których mogą występować ciekłe kryształy: termotropowe ciekłe kryształy, liotropowe ciekłe kryształy i metalotropowe ciekłe kryształy. Istnieje również kilka rodzajów termotropowych ciekłych kryształów. Te typy obejmują kryształy nematyczne, kryształy smektyczne, fazę chiralną lub skręcone nematyki, fazę dyskotyczną i fazy stożkowe.
Czym są nematyczne ciekłe kryształy?
Nematyczne ciekłe kryształy to jeden z najpopularniejszych rodzajów ciekłych kryształów. Termin „nematyczny” pochodzi z greckiego pochodzenia, gdzie ma znaczenie „nić”. To dlatego, że termin ten wywodzi się z defektów topologicznych, które pojawiają się jako wątki. Zwykle te defekty topologiczne w nematykach nazywane są dysklinacjami. Co więcej, nematyki mają tendencję do wykazywania defektów znanych jako „jeże” defekty topologiczne.
Zazwyczaj faza nematyczna zawiera molekuły organiczne w kształcie kalamitu lub pręcików, które nie mają uporządkowania pozycyjnego. Ale te cząsteczki mają tendencję do samoustawiania się, aby uzyskać dalekosiężny porządek kierunkowy o długich osiach, które są mniej więcej równoległe do siebie. Dlatego cząsteczki w tej fazie mają swobodny przepływ, a środek masy tych cząsteczek ma tendencję do losowego rozmieszczenia, podobnie jak w cieczy. Jednak te cząsteczki mają tendencję do utrzymywania dalekosiężnego uporządkowania kierunkowego podobnego do fazy stałej.
W większości fazy nematyczne są jednoosiowe. Oznacza to, że te cząsteczki mają jedną oś (nazywaną „directrix”), która jest długa. Jest to preferowana oś, a pozostałe dwie osie są sobie równoważne i możemy je aproksymować jako cylindry lub pręty. Co więcej, mogą istnieć nematyki dwuosiowe, które nie tylko mają podobną orientację na ich długiej osi, ale także mają tendencję do orientowania się wzdłuż osi drugorzędnej.
Cząsteczki fazy nematycznej wykazują płynność podobną do płynności w zwykłej izotropowej cieczy. Możemy jednak łatwo ustawić cząsteczki w tej fazie poprzez zastosowanie zewnętrznego pola magnetycznego lub elektrycznego. Kiedy te cząsteczki są ustawione w porządku, faza nematyczna wykazuje właściwości optyczne kryształów jednoosiowych, a zatem fazy te są bardzo przydatne w wyświetlaczach ciekłokrystalicznych.
Czym są smektyczne ciekłe kryształy?
Smektyczne ciekłe kryształy to rodzaj ciekłych kryształów, które mają dobrze zdefiniowane warstwy cząsteczek, które są w stanie przesuwać się po sobie. To zachowanie jest podobne do efektów ślizgowych powodowanych przez mydło. Ponadto smektyczne ciekłe kryształy występują w temperaturach niższych niż nematyczne ciekłe kryształy. Termin smektyk pochodzi od łacińskiego słowa „smectius”, co oznacza „czyszczenie”; innymi słowy oznacza to obecność właściwości mydlanych. Dlatego faza smektyczna jest uszeregowana w jednym kierunku.
Rysunek 01: Faza smektyczna A po lewej i faza smektyczna C po prawej
Możemy zaobserwować dwie różne fazy smektyczne jako smektyczną fazę A i smektyczną fazę C. W fazie smektycznej A cząsteczki są zorientowane wraz z normalną warstwą, podczas gdy cząsteczki smektycznej C są od niej odchylone. Co więcej, ten rodzaj fazy pojawia się w warstwach jako ciecz. Jednak może istnieć wiele różnych typów faz smektycznych, które różnią się od siebie w zależności od rodzaju i stopnia porządku pozycyjnego i orientacyjnego.
Czym są cholesterolowe ciekłe kryształy?
Cholesteryczne ciekłe kryształy to rodzaj ciekłych kryształów zbudowanych wyłącznie z chiralnych cząsteczek. Ten rodzaj fazy wykazuje chiralność. Często nazywamy tę fazę fazą chiralną lub skręconą fazą nematyczną ze względu na jej chiralność. Termin cholesteryczny pochodzi od jego pierwszej obserwacji, w której ta faza materii po raz pierwszy pojawiła się w pochodnych cholesterolu. Możemy zaobserwować ten typ fazy wykazujący skręcenie cząsteczek, które są prostopadłe do reżysera, gdzie oś molekularna jest równoległa do reżysera.
Rysunek 02: Faza cholesterolowa
W tej fazie między sąsiednimi cząsteczkami występuje skończony kąt skrętu z powodu asymetrycznego upakowania cząsteczek. Ten rodzaj upakowania powoduje większy porządek chiralny. Zwykle definiujemy skok chiralny lub „p” w odniesieniu do właściwości cholesterycznych ciekłych kryształów, gdzie odnosi się do odległości, na której cząsteczki ciekłokrystaliczne ulegają skręceniu okrężnym (skręt 360 stopni).
Jaka jest różnica między nematycznymi ciekłymi kryształami smektycznymi a cholesterolowymi?
Fazy nematyczne, smektyczne i cholesteryczne to trzy różne fazy materii znajdujące się pod termotropowymi ciekłymi kryształami. Kluczowa różnica między ciekłymi kryształami nematycznymi smektycznymi i cholesterycznymi polega na tym, że ciekłe kryształy nematyczne nie mają uporządkowanej struktury cząsteczek, a ciekłe kryształy smektyczne mają warstwową strukturę molekularną, podczas gdy ciekłe kryształy cholesteryczne mają cząsteczki w skręconym i chiralnym układzie.
Poniżej znajduje się podsumowanie różnicy między ciekłymi kryształami nematycznymi smektycznymi i cholesterycznymi w formie tabelarycznej.
Podsumowanie – Nematic Smect vs Cholesteric Liquid Crystal
Fazy nematyczne, smektyczne i cholesteryczne to trzy różne fazy materii znajdujące się pod termotropowymi ciekłymi kryształami. Kluczowa różnica między ciekłymi kryształami nematycznymi, smektycznymi i cholesterycznymi polega na tym, że ciekłe kryształy nematyczne nie mają uporządkowanej struktury cząsteczek, a ciekłe kryształy smektyczne mają warstwową strukturę molekularną, podczas gdy ciekłe kryształy cholesteryczne mają cząsteczki w skręconym i chiralnym układzie.
