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CRISTAUX LIQUIDES

Passage du solide cristallin au liquide isotrope

Passage du solide cristallin au liquide isotrope

Contrairement à ce que pourrait laisser penser la dénomination « cristal liquide », ces matériaux ne sont pas caractérisés par leur état plus ou moins fluide mais par leurs structures extrêmement originales appelées phases mésomorphes, qui en font bien des formes entièrement nouvelles de la matière. Les domaines d'existence de ces phases sont d'ailleurs séparés des domaines d'existence des phases solides ou liquides par des discontinuités de la plupart des propriétés physiques. On sait qu'il existe trois grandes familles de cristaux liquides : les smectiques, les nématiques et les cholestériques.

Nature chimique des phases mésomorphes

En modifiant la structure moléculaire d'un composé, il est possible d'en faire varier de façon spectaculaire les propriétés qui dépendent directement de la forme et des dimensions de la molécule aussi bien que de son moment dipolaire permanent et de sa polarisabilité. Une légère modification au niveau moléculaire peut en effet provoquer des changements considérables des propriétés macroscopiques du matériau dans les diverses phases condensées. Grâce à l'étude de séries de composés mésomorphes, il est possible de formuler des conclusions empiriques concernant la relation entre la nature de la mésophase et la structure moléculaire des espèces chimiques correspondantes. Divers travaux ont permis de répondre peu à peu à quelques-unes des questions principales concernant les aspects moléculaires prépondérants qu'il faut prendre en considération pour obtenir des matériaux mésomorphes : s'agit-il des dimensions des molécules, de la nature des fonctions chimiques, de la symétrie, des moments dipolaires, ou de la polarisabilité... ? Quelle est l'influence de telle ou telle particularité structurale sur la stabilité thermique d'un cristal liquide, les valeurs des températures des transitions, de la biréfringence du milieu, l'importance et le signe de l'anisotropie diélectrique, la stabilité chimique et photochimique ?

En dehors de leur intérêt théorique, les réponses à ces questions sont immédiatement transposables à de nombreux domaines de la chimie, de la physique et même de la biologie et permettent, même si elles sont parfois empiriques et partielles, de progresser dans les multiples domaines technologiques où interviennent les cristaux liquides. Les propriétés physiques de ces matériaux conditionnent en effet leur utilisation dans divers dispositifs et la stabilité, dans le temps, des matériaux utilisés constituera toujours un critère de choix primordial au niveau des applications.

Les matériaux mésomorphes se répartissent en deux grandes catégories : les thermotropes et lyotropes.

Les matériaux thermotropes

Ils présentent une ou plusieurs phases mésomorphes qui apparaissent par simple élévation de la température du solide initial. Le motif moléculaire élémentaire est, en général, constitué par de petites molécules organiques.

Molécules de forme allongée

Smectiques et nématiques
Nématiques et smectiques

Nématiques et smectiques

La plupart du temps, les molécules nématogènes ou smectogènes sont du type :

où X est un groupement rigide et où les groupes latéraux R1 et R2 sont généralement des chaînes alkyl, alcoxy ou acyl, des groupements C ≡ N ou NO2 ou tout simplement des halogènes.

L'importance des divers blocs constitutifs de la molécule :

fait actuellement l'objet de nombreux travaux afin de déterminer le rôle joué par les noyaux benzéniques, l'influence de la nature du groupement central X, l'effet de la longueur ou de la ramification de chaînes R1 et R2, et l'efficacité de tel ou tel substituant sur les cycles. On peut schématiser les résultats de ces travaux en disant que la rigidité du groupement central X et la non-ramification des chaînes R1 et R2 constituent des facteurs favorables à l'obtention d'une phase mésomorphe.[...]

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Écrit par

. In Encyclopædia Universalis []. Disponible sur : (consulté le )

Médias

Passage du solide cristallin au liquide isotrope

Passage du solide cristallin au liquide isotrope

Nématiques et smectiques

Nématiques et smectiques

Polymorphisme

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Autres références

  • CHOLESTÉROL

    • Écrit par Marc PASCAUD, Jacques ROUFFY
    • 5 932 mots
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    ...membranes biologiques naturelles est fonction de la température : gel cristallin au-dessous d'une température critique dite température de transition, cristal liquide au-dessus de cette température. La présence de molécules de cholestérol affecte considérablement cette transition (fig. 3), allant jusqu'à...
  • CINÉMA (Aspects généraux) - Les techniques du cinéma

    • Écrit par Michel BAPTISTE, Pierre BRARD, Jean COLLET, Michel FAVREAU, Tony GAUTHIER
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    Le premier d'entre eux, le projecteur à LCD (liquid cristal display), utilise des matrices de cristaux liquides dont les milliers de pixels qui constituent la surface présentent la particularité d'être plus ou moins transparents en fonction des variations de niveaux électriques du signal vidéo...
  • CRISTAUX

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