Der Hauptunterschied zwischen nematisch-smektischen und cholesterischen Flüssigkristallen ist ihre Struktur. Nematische Flüssigkristalle haben keine geordnete Molekülstruktur und smektische Flüssigkristalle haben eine geschichtete Molekülstruktur, während cholesterische Flüssigkristalle die Moleküle in einer verdrehten und chiralen Anordnung haben.
Der Begriff Flüssigkristalle kann als eine Materiephase definiert werden, deren Eigenschaften zwischen den Eigenschaften herkömmlicher Flüssigkeiten und fester Kristalle liegen. Beispielsweise kann ein Flüssigkristall wie eine Flüssigkeit fließen, aber die Moleküle des Flüssigkristalls neigen dazu, in einer kristallähnlichen Natur orientiert zu sein. Es gibt drei Hauptphasen, in denen die Flüssigkristalle auftreten können: thermotrope Flüssigkristalle, lyotrope Flüssigkristalle und metallotrope Flüssigkristalle. Es gibt auch mehrere Arten von thermotropen Flüssigkristallen. Diese Typen umfassen nematische Kristalle, smektische Kristalle, chirale Phasen oder verdrillte nematische Kristalle, diskotische Phasen und konische Phasen.
Was sind nematische Flüssigkristalle?
Nematische Flüssigkristalle sind eine der häufigsten Arten von Flüssigkristallen. Der Begriff „nematisch“kommt aus dem Griechischen, wo er die Bedeutung „Faden“hat. Dies liegt daran, dass dieser Begriff von den topologischen Defekten stammt, die als Fäden erscheinen. Normalerweise werden diese topologischen Defekte in der Nematik Disklinationen genannt. Darüber hinaus neigen Nematiken dazu, eine Art von Defekt aufzuweisen, der als „Igel“-topologische Defekte bekannt ist.
Typischerweise hat die nematische Phase kalamitische oder stäbchenförmige organische Moleküle, die keine Positionsordnung haben. Aber diese Moleküle neigen dazu, sich selbst auszurichten, um eine langreichweitige Richtungsordnung mit langen Achsen zu haben, die ungefähr parallel zueinander sind. Daher können die Moleküle in dieser Phase frei fließen, und der Schwerpunkt dieser Moleküle neigt dazu, sich zufällig zu verteilen, ähnlich wie bei einer Flüssigkeit. Diese Moleküle neigen jedoch dazu, die langreichweitige Richtungsordnung ähnlich wie eine feste Phase beizubeh alten.
Meistens sind nematische Phasen einachsig. Dies bedeutet, dass diese Moleküle eine lange Achse haben (sie wird als „Directrix“bezeichnet). Dies ist die bevorzugte Achse, und die anderen beiden Achsen sind einander äquivalent, und wir können sie als Zylinder oder Stangen annähern. Darüber hinaus kann es biaxiale Nematiken geben, die nicht nur eine ähnliche Orientierung in ihrer Längsachse haben, sondern auch dazu neigen, sich entlang einer Sekundärachse zu orientieren.
Die Moleküle der nematischen Phase zeigen eine Fluidität, die der Fluidität in einer gewöhnlichen isotropen Flüssigkeit ähnlich ist. Wir können die Moleküle in dieser Phase jedoch leicht durch das Anlegen eines externen magnetischen oder elektrischen Felds ausrichten. Wenn diese Moleküle in einer Ordnung ausgerichtet sind, zeigt die nematische Phase optische Eigenschaften von einachsigen Kristallen, und daher sind diese Phasen in Flüssigkristallanzeigen sehr nützlich.
Was sind smektische Flüssigkristalle?
Smektische Flüssigkristalle sind eine Art von Flüssigkristallen, die gut definierte Schichten von Molekülen haben, die übereinander gleiten können. Dieses Verh alten ähnelt den Gleiteffekten von Seife. Darüber hinaus treten smektische Flüssigkristalle bei Temperaturen auf, die niedriger sind als die der nematischen Flüssigkristalle. Der Begriff smektisch stammt vom lateinischen Wort „smectius“, was „Reinigung“bedeutet; mit anderen Worten, es bedeutet das Vorhandensein von seifenähnlichen Eigenschaften. Daher ist die smektische Phase der Reihe nach entlang einer Richtung positioniert.
Abbildung 01: Smektische A-Phase links und smektische C-Phase rechts
Wir können zwei verschiedene smektische Phasen als smektische A-Phase und smektische C-Phase beobachten. Bei der smektischen A-Phase sind die Moleküle entlang der normalen Schicht orientiert, während bei der smektischen C-Phase die Moleküle davon weg geneigt sind. Darüber hinaus erscheint diese Art von Phase als Flüssigkeit innerhalb der Schichten. Es kann jedoch viele verschiedene Arten von smektischen Phasen geben, die sich je nach Art und Grad der Positions- und Orientierungsordnung voneinander unterscheiden.
Was sind cholesterische Flüssigkristalle?
Cholesterische Flüssigkristalle sind eine Art von Flüssigkristallen, die nur aus chiralen Molekülen bestehen. Diese Art von Phase zeigt Chiralität. Aufgrund ihrer Chiralität nennen wir diese Phase oft eine chirale Phase oder eine verdrehte nematische Phase. Der Begriff cholesterisch stammt von seiner ersten Beobachtung, bei der diese Phase der Materie erstmals in Cholesterinderivaten auftrat. Wir können diese Art von Phase beobachten, die eine Verdrehung der Moleküle zeigt, die senkrecht zum Direktor stehen, wobei die Molekülachse parallel zum Direktor ist.
Abbildung 02: Cholesterische Phase
Aufgrund der asymmetrischen Packung der Moleküle gibt es in dieser Phase einen endlichen Verdrillungswinkel zwischen den benachbarten Molekülen. Diese Art der Verpackung verursacht eine chirale Ordnung mit größerer Reichweite. Normalerweise definieren wir die chirale Tonhöhe oder „p“in Bezug auf die Eigenschaften von cholesterischen Flüssigkristallen, wo sie sich auf die Distanz bezieht, über die die Flüssigkristallmoleküle eine Vollkreisverdrehung (360-Grad-Verdrehung) erfahren.
Was ist der Unterschied zwischen nematisch smektischen und cholesterischen Flüssigkristallen?
Nematische, smektische und cholesterische Phasen sind drei verschiedene Materiephasen, die unter thermotrope Flüssigkristalle fallen. Der Hauptunterschied zwischen nematischen, smektischen und cholesterischen Flüssigkristallen besteht darin, dass nematische Flüssigkristalle keine geordnete Molekülstruktur aufweisen und smektische Flüssigkristalle eine geschichtete Molekülstruktur aufweisen, während cholesterische Flüssigkristalle Moleküle in einer verdrillten und chiralen Anordnung aufweisen.
Im Folgenden finden Sie eine tabellarische Zusammenfassung der Unterschiede zwischen nematisch-smektischen und cholesterischen Flüssigkristallen.
Zusammenfassung – Nematisch-smektische vs. cholesterische Flüssigkristalle
Nematische, smektische und cholesterische Phasen sind drei verschiedene Materiephasen, die unter thermotrope Flüssigkristalle fallen. Der Hauptunterschied zwischen nematischen, smektischen und cholesterischen Flüssigkristallen besteht darin, dass nematische Flüssigkristalle keine geordnete Molekülstruktur und smektische Flüssigkristalle eine geschichtete Molekülstruktur aufweisen, während cholesterische Flüssigkristalle die Moleküle in einer verdrehten und chiralen Anordnung haben.
