Fin botaniste du 19ème siècle et chimiste Friedrich Reinitzer sous une heureuse coïncidence, a trouvé cristaux liquides . Nous savons maintenant que l'écran joue un rôle important dans les produits électroniques, d'affichage monochrome en noir et blanc montres numériques et les calculatrices de poche commence à les écrans d'ordinateur, d'une télévision à écran plat, les téléphones intelligents grand écran couleur, la technologie d'affichage à cristaux liquides est devenu le pilier de beaucoup . Presque tout le monde a vu LCD, à cristaux liquides, mais à la fin ce qui est-il liquide?
Les cristaux liquides sont quoi?
En fait, le mot cristal contient une contradiction en soi. Du point de vue de la science des matériaux, Il est ordonné de cristaux, désordonnée et le liquide est .
composition cristal Atomes ou molécules forment une ordonnée, de structure régulière et périodique. Par exemple, les cristaux de chlorure de sodium (communément appelés sels) atomes sont disposés dans une structure cubique simple, chaque atome occupe l'un des sommets d'un cube, puis des couches empilées, jusqu'à ce que les écailles visibles de l'homme. Un sel presque tous les atomes sont disposés dans ce modèle simple, qui produit des résultats surprenants: le cristal présentera naturellement une géométrie très régulière.
structure moléculaire (à gauche) de chlorure de sodium, un vert atome de chlore, pourpre est un atome de sodium. (À droite), le chlorure de sodium cristallin (sel). | Source: benjah-bmm27 & W.J.Pilsak
et liquide Les atomes ou molécules sont totalement désordonnée. Aucun liquide Structure à longue distance Tant que une distance suffisante à part, la position d'une molécule à une autre molécule serait indépendante. Ainsi, dans le liquide, l'agencement des molécules plus librement, ce qui signifie qu'il est facilement un écoulement de liquide déformé.
dessin atomes idéalisées liquides. La structure est désordonnée: pas de structure à longue distance.
cristaux liquides Et un cristal liquide intercalé entre les deux ayant des propriétés cristallines ordonnées, mais a également un propriétés liquides désordonnés. La raison pour laquelle le cristal liquide ayant à la fois commandé et caractéristique non ordonnée, parce que les molécules de cristaux liquides ayant une forme anisotropie (Avis de différentes directions ne sont pas la même forme). Un type de minces et longues de tige comme molécules de cristal liquide est un exemple. De tels matériaux peuvent être synthétisés dans le laboratoire, sont également présents dans la nature, par exemple, le virus de la mosaïque du tabac est un ARN simple brin dans une enveloppe protéique tuilé cylindrique, dont la longueur est de 15 fois le diamètre.
La tige en forme de molécules de cristaux liquides, dans le moyen de phase de cristal liquide, Direction des molécules est commandée, mais la position de la molécule est désordonné . Voici comment y parvenir?
Une façon possible est Un cristal liquide nématique (Cristaux liquides nématiques). Dans un cristal liquide nématique, la plupart des molécules sont orientées dans la même direction, seulement de petites fluctuations locales. Cette orderliness molécule de cristal et orienté dans un arrangement moléculaire similaire. D'autre part, la position des molécules de cristaux liquides ne sont pas la structure à longue portée, il peut couler comme un liquide.
la règle cristal liquide nématique à cristaux liquides nématique chiral et nématique. | Source:
Apparaître dans l'échelle humaine, qui forme l'ordre de coexistence et le désordre, lorsque l'écoulement de liquide en tant que gouttelettes de liquide et la forme, les molécules de cristaux liquides du cristal liquide pointant vers conférer la consistance propriétés optiques uniques - molécules de cristaux liquides interagissent avec la lumière d'une manière unique. Par exemple, une partie du liquide va changer les changements de température de couleur. Autres LCD changera Polarisation de la lumière .
Une caractéristique de polarisation de la lumière, invisible à l'il nu, mais joue un rôle important dans de nombreuses applications techniques. Que la lumière du soleil de source de lumière la plus commune, une lampe à incandescence ou similaire à travers un filtre simple, la lumière polarisée peut être obtenue. verres de lunettes de soleil Polaroid, lunettes pour regarder un film 3D contient un tel filtre.
cristal liquide chiral nématique Modifie la polarisation de la lumière, tel cristal liquide est utilisé pour le filtre électronique simple de fabrication, qui est la base de la technologie d'affichage à cristaux liquides (LCD) ,.
cristal liquide nématique chiral. | Source: Kebes
Les filtres électroniques Il est transparent à l'état normal, mais quand le courant à travers elle devient noir et opaque. Mise en place du cristal liquide en phase nématique chiral nématique autour de deux filtres polarisants, on peut établir un tel filtre.
Si, au lieu d'un dispositif de prise de vue de lumière est une pièce de monnaie, une pièce de monnaie à la place du filtre de polarisation doit passer à travers une rainure, la première rainure est verticale, la deuxième rainure est horizontal. Vertical pièce est démarré, mais après passage à travers une rainure verticale, le cristal liquide nématique chiral va le faire tourner de 90 degrés, de sorte que les pièces de monnaie à être horizontal par le deuxième évidement.
la lumière naturelle en lumière polarisée après le polariseur, une vibration dans une direction, mais permet au cristal liquide nématique chiral polarisée dans une direction en rotation. | Photos du réseau
Cette tentative d'analogie pour expliquer que la lumière peut passer à travers le filtre, le filtre est donc transparent. Toutefois, si le courant à travers le cristal liquide, il Il chiraux de règles de transition phase nématique nématique Règles cristaux liquides nématique ne change pas la polarisation de la lumière. La lumière ne peut pas passer à travers le filtre, le filtre devient noir et opaque.
Dans les montres numériques de l'affichage, chaque numéro est attribué tige de filtre électronique sept. Ouvrez les filtres appropriés, pour en faire un noir, un numéro peut être affiché. Les moniteurs d'ordinateur, TV mécanismes, l'utilisation des smartphones un peu différent, mais le concept est similaire. L'image est divisée en millions de points de couleur sur l'écran, appelés aussi pixels. Chacun d'eux correspond à un pixel de lumière rouge, verte ou bleue, un filtre électronique placé à l'avant. En ouvrant ou en fermant un filtre approprié, en réglant l'intensité de chaque pixel, une image peut être affichée.
Nous savons ce qui est un matériau à cristaux liquides, afin de montrer le pointage moléculaire, trouble montrant dans la position moléculaire. Écoulement en cristaux liquides, et d'interagir de façon intéressante avec la lumière. La question suivante est naturelle, comment cristaux liquides est présent? En d'autres termes, la possibilité d'établir un modèle pour représenter entièrement les molécules de cristaux liquides, et de prouver par ce modèle, comment les molécules spontanément organisées régulièrement, mais elle a aussi des liquidités?
LCD est de savoir comment l'existence de?
1949, Onsager (Lars Onsager) ouvrage précurseur fournit une réponse partielle - sous certaine approximation, le système comprenant une pluralité de structures en forme de tige forment spontanément cristal liquide nématique. Mais le cas est pas semblable, on ne sait pas. Jusqu'en 1979, Ole Heilmann chimiste et physicien mathématique Elliott H. Lieb décrit un ensemble de modèle (désigné ici en tant que modèle Heilmann-Lieb), il peut être en mesure de produire une phase de cristal liquide.
Tout d'abord, il est un modèle à deux dimensions, qui décrit un plan de cristal liquide. En second lieu, il est défini sur la grille, de sorte que la molécule est limitée à une grille carrée. Dans la grille, la molécule est exprimée sous la forme d'une longueur d'une structure analogue à une tige, qui peut sélectionner l'une des deux directions: direction horizontale ou verticale. En outre, le modèle présenté en vigueur entre la tige et la tige, la tige de sorte que cette force tend à maintenir l'alignement. Ces interactions nous pouvons imaginer de petits aimants en forme de tige, ils ont tendance à rester aligné avec les tiges adjacentes.
Modèle Heilmann-Lieb. tige exprimé molécule, ligne rouge ondulée représente une force entre la tige et la tige. | Source:
Heilmann et Lieb ont montré que dans ce modèle, la structure en forme de tige agencé spontanément. Par conséquent, les molécules de point sont ordonnées. Ils ne prouvent pas que la position de la structure en forme de tige est chaotique, mais devinez devrait être.
2016, Ian Jauslin et Elliott H. Coopération Lieb, réinterrogé modèle Heilmann-Lieb, ils ont démontré, dans la gamme appropriée de paramètres, des molécules modèles Heilmann-Lieb organiser spontanément tout en maintenant la liquidité, c'est-à-dire le comportement de ce système est similaire au cristal liquide nématique.
Cependant, il y a encore une question importante à résoudre. Dans le modèle Heilmann-Lieb, deux molécules indiquent que les directions, mais dans un cristal réel, les molécules peuvent être orientées dans toutes les directions. Peut-on trouver un vrai modèle moléculaire, dans ce modèle, la direction des molécules ne se limite pas, peut éventuellement prouver l'existence de phase cristaux liquides? Grâce à l'amélioration continue de la compréhension du modèle simplifié, nous approchons lentement la réponse.
Les liens de référence:
https://www.ias.edu/ideas/2017/jauslin-liquid-crystals
