Molecular materials, properties and structures

Nématiques biaxiales

Y. Galerne

De nombreuses preuves expérimentales d’une phase nématique biaxe , avec trois administrateurs orthogonales , ont été donné il ya plus de vingt ans dans les cristaux liquides lyotropes . Bien que la question continue insaisissable dans thermotropics , une nouvelle molécule a récemment été proposé de présenter une phase nématique biaxe sur la base de l’analyse des mesures de RMN à filer cellules [ 1 ] .

Cependant , thermotropics sont beaucoup plus sensibles que lyotropics , de sorte que même les petites déformations peuvent entraîner les mêmes orientations moyenne que d’un véritable échantillon nématique biaxe . Les mesures de biaxialité sont donc généralement confondus dans les cristaux liquides thermotropes , et ne peuvent pas vraiment aider de distinguer entre une phase nématique biaxe et un nématique uniaxe légèrement déformée . Comme je l’ai récemment fait valoir [ 2 ] , un inconvénient de la technique de RMN de rotation est qu’il génère en continu des flux hydrodynamiques des parois cellulaires . En raison de couplage visqueux , les flux produisent alors automatiquement les distorsions du directeur nématique qui donnent une signature biaxial aux spectres RMN . Cela montre que , contrairement à ce que l’on croit généralement , la RMN de rotation ne peut pas prouver directement l’existence d’une phase nématique biaxe dans un cristal liquide thermotrope .

Ancrage et mémoire de l’orientation azimutale nématique

Y. Galerne

Récemment, nous avons étudié l’ancrage de l’ orientation azimutale du directeur nématique sur une surface de verre . Nous avons montré que l’ ancrage azimutal des propriétés , de la force et de la mémoire , des cristaux liquides nématiques sont sur ​​des substrats en raison d’une petite quantité d’impuretés qui se déposent sur ​​les substrats . Elles sont augmentées de façon significative lorsque ces impuretés sont des polymères .

Des essais ont été effectués sur l’ajout d’ un cristal liquide nématique , 2% en poids d’un monomère , un triacrylate , que nous polymériser en outre au moyen d’une irradiation UV commode. L’échantillon est préparé à nématique de telle sorte que plusieurs lignes de désinclinaison exécutés près des substrats ( Fig. A ) . Le long de ces lignes , l’orientation nématique change brusquement. Avec un rayonnement UV , nous déclenchons ensuite la polymérisation et enregistrons l’orientation nématique sur les plaques . Nous démontrons cette propriété sur la séparation des deux plaques de la cellule et sur ​​la construction d’ un nouvel échantillon à l’une des plaques de la cellule précédente . Le nouvel échantillon révèle l’orientation qui a été enregistré sur la plaque de l’ancienne cellule ( figure B ) . Cette propriété pourrait être intéressant pour les applications , car il permet de reproduire des motifs d’alignement non uniformes à l’aide d’ une méthode simple , similaire à l’empreinte . [1]

Fait intéressant , lorsque l’on travaille dans des conditions propres , avec une concentration aussi faible que possible d’impuretés , on observe une très faible force d’ancrage azimutal , qui est à l’opposé de ce que l’on croit généralement. Cette observation exclut clairement le modèle de molécules de cristal liquide fortement adsorbées sur la surface du verre .

Figure 1 : Un complexe orientation d’un cristal liquide nématique (a) est enregistrée sur un substrat de verre au moyen d’une pellicule de polymère d’une épaisseur de quelques nanomètres d’synthétisé in-situ (b).

Interaction colloïdale dans des phases nématiques

Y. Galerne

Dans cette expérience, [1], nous avons étudié l’ attraction que les lignes de désinclinaison produisent sur ​​des particules colloïdales dispersées dans une phase nématique de cristaux liquides . Les lignes de disinclinaison , ou des lignes de défauts , sont des endroits où l’orientation des molécules dans la phase nématique ne peut pas être défini. Ils produisent une déformation autour d’eux qui interfère avec la distorsion générée par la particule . La variation consécutive de distorsion produit donc une variation de l’ énergie élastique d’ensemble qui correspond à l’ interaction de la particule avec la ligne . À grande distance , les distorsions sont faibles , et l’énergie élastique peuvent être simplement écrites comme une forme quadratique , similaire à l’énergie électrostatique . Ces deux problèmes devraient donc être analogue à l’autre . Afin de tester cette prédiction , nous avons mesuré la vitesse de petites particules de verre (1 pm) qui sont dispersées dans une phase nématique à proximité d’une ligne de disinclinaison . On en déduit alors la force d’attraction que la ligne exerce sur eux de l’expression de la traînée hydrodynamique . Il est de l’ordre 1 picoNewton , et diminue à mesure que l’inverse de la distance au défaut de la place , comme en électrostatique . Cependant , nous observons que la trajectoire , après la moyenne des fluctuations browniens , ne sont pas rectiligne , et que par conséquent le champ de force autour d’une ligne de défaut n’est pas radiale (figure ) . En effet, cette propriété inhabituelle résulte de la symétrie non- radiale de la ligne de défaut lui-même . En ce sens , l’analogie électrostatique n’est pas complète. En fin de compte , la particule atteint la ligne et bâtons disinclinaison sur elle. D’autres particules sont attirées trop et collent même sur la ligne de disinclinaison jusqu’à ce que, après un certain temps , ils construisent une sorte de collier à l’échelle microscopique .

Figure 2 : Accord entre le modèle de trajectoires non-radiales et l’expérience. L’insert montre l’analyse d’un mouvement brownien autour de la trajectoire moyenne, ce qui donne le rayon de la particule.