لقد كانت بدأت دراسة البلورات السائلة في عام 1888 ميلادي ، في ذلك الوقت لقد قام عالم النبات النمساوي المعروف فريدريش “رينيتزر (Friedrich Reinitzer) بمعرفة أن المادة التي يطلق عليها اسم “بنزوات الكوليستريل” يوجد بها نقطتين انصهار [1] .

مكتشف البلورات السائلة

لقد قرر العالم “رينيتزر” في أثناء عمل التجارب الخاصة به أن يرفع درجة الحرارة على عينة صلبة ، وأن يقوم بكتابة أو يلاحظ تحول البلورات في حالتها الصلبة إلى حالة المادة السائلة التي لم تكن معروفة ، ومن آن لآخر يقوم بزيادة درجة الحرارة في كل مرة ، ويلاحظ تغيير هذه المادة مرة أخرى وتحولها إلى سائل شفاف بصورة تكن واضحة ونتيجة لما قام به هذا العالم من تجارب في وقت مبكر ، ينسب إليه هذا الاكتشاف المتطور وهو عمل مرحلة تكن جديدة من المادة وهي ما يعرف (بمرحلة البلورات السائلة) .

حيث أن المواد الكريستالية التي تكون سائلة تكون لها خصائصها واستخداماتها الفريدة من نوعها ، كما أن البلورات السائلة سوف يكون لها دور هام في كافة المجالات التكنولوجية المتطورة ، ولكن مع استمرارية البحث في مجال التكنولوجيا الحديثة ، وأيضا عن طريق تحسين وتطوير كل تطبيق يكن مستحدث وجديد .

ما هي البلورات السائلة

إن مواد البلورات السائلة تشتمل على عدد كبير من الخصائص والسمات المشتركة فيما بينهم، مثل :

بنية جزيئية تشبه القضبان .
محور طويل صلب.
ثنائيات الأقطاب القوية.
مستبدل سهل للتغيير.

والمستبدل أو البقية ، هو عبارة عن ذرة أو عدد من الذرات تم استبدال ذرة هيدروجين في سلسلة هيدروكربون ، وهذا يعني أن المستبدل يوضع في بعض الأحيان مكان ذرة الهيدروجين في بعض المركبات الكيميائية العضوية (هيدروكربون) [2] .

وتعتبر الصفة التي تميز حالة البلورات السائلة ، هي ميل الأجزاء عن المحور الرأسي المشترك وهو ما يسمى بالدليل او director ، وهذا على عكس من أجزاء الحالة السائلة ، التي لم يكن لها أي ترتيب جوهري .

وان الجزيئات في حالتها الصلبة تكون مرتبة جدا عن سابقتها وأيضا لم تكن حرة التحرك ، حيث أن النظام الذي يميز حالة البلورات السائلة هو أن تكون في حالة وسط بين كلا من الحالة الصلبة والحالة السائلة التي تكن معروفة ، ويعتبر هذا الشرح هو معنى الحالة الوسيطة التي تكن مستخدمة لتعبر عن حالة البلورات السائلة .

ويعتبر من الأمور التي تكون صعبة إلى حد ما مسألة تحديد أو معرفة مادة معينة هل هي مادة تكون في حالة بلورية فقط أو تكون في حالة بلورية سائلة ، حيث ان المواد البلورية تكون في ترتيب دوري ويتصف ببعد المدى في ثلاثة مراحل لم يكن هناك أي سمة ترتيب تكن موجودة للسائل المتماثل isotropic liqui) .

حيث أن المواد التي لم تكن مرتبة أو معروفة على أنها مادة صلبة ، ويكون عندها أو لديها درجة محددة من المحاذاة يمكننا أن نعتبرها أنها بلورات سائلة.

تحديد معامل الترتيب

تستطيع أن تحدد معامل الترتيب الموجود في مادة معينة، عليك اتباع هذه المعادلة وهي :

S = (1/2)<3cos2q-1>

وتشير هذه العلامات إلى الزاوية بين الدليل والمحور الذي يكون طويل لكل جزيء من الجزيئات .
بينما تدل الأقواس على متوسط كل الجزيئات في العينة.
وفي السائل المتماثل ، يكون متوسط جزئ المعادلة الترتيبية التي تكون بها الناتج النهائي للزاوية مساويا الصفر ، ومن هنا يكون معامل الترتيب أيضا يساوي صفر.
من أجل الوصول إلى بلورة تكن مثالية ، لابد ان يكون معامل الترتيب يساوي 1.
حيث أن النسب المثالية معامل الترتيب لعدد من البلورات السائلة تكون بين 0.3 و 0.9، مع وجود القيمة الدقيقة والمناسبة لمعامل درجة الحرارة ، على أساس أنها تكون نتيجة لحركات الجزيئات التي تكون نشطة .

وفي حال إذا تم انحدار جزيئات البلورات السائلة إلى اتجاه الدليل ينتج عن ذلك حالة يطلق عليها اسم تباين الخواص وبالإنجليزية تسمى (anisotropy).

Anisotropy

هذا الاسم يقصد به أن معرفة خواص المادة تعرف من خلال الاتجاه الذي يقاس منه ، ومثال على ذلك من السهل عليك أن تقوم بقطع قطعة من الخشب تكون بطول الجذع أفضل من أن تقطع من الناحية الآخرى .

حيث ان الطبيعة تكون متفاوتة في خصائصها وسماتها للبلورات السائلة ، فهي تكن مهتمة الخصائص البصرية التي تكن نادرة ، ويستغل هذه الخصائص كثير من العلماء والمهندسون في عدد متنوع من التطبيقات .

خصائص البلورات السائلة

هناك مجموعة من الخصائص أو المعاملات التي تعمل على وصف بنية أو طبيعية البلورات السائلة وهي:

معاملة الترتيب الموضعى Positional Order
معاملة الترتيب التوجيهي Orientational Order
معاملة رابطة الترتيب التوجيهي Bond Orientational Order

حيث أن تلك المعاملات تقوم بوصف الحيز الذي يحدث فيه ترتيب عينات البلورات السائلة، وأن كل معاملة تشير إلى شئ معين وهما:

الترتيب الموضعي يدل على المدى أو الحيز الذي يتم فيه وجود جزيء متوسط أو عدد من الجزيئات، كما أنه يكون ظاهر في حالة المادة البلورية .
الترتيب التوجيهي يشير إلى المقياس من أجل ميل أو انحراف الجزيئات عن محاذاة التوجيه على المدى البعيد .
واخيرا رابطة الترتيب التوجيهي تعمل على وصف أو رسم خط ليربط بين مواضع الجزيئات المجاورة التي تكون قريبة ، دون اللجوء إلى عمل مسافات تكون منتظمة على مدار هذا الخط ، ومن هذا يتضح أن الترتيب الذي يكون طويل الفترة أو المدة يكون نسبي إذا تم مقارنته بالخط الذي يربط بين مراكز الجزيئات ، يكون ما هو إلا ترتيب موضعي يكون قصير المدى على مدى طول هذا الخط .

حيث أن غالبية المركبات البلورات السائلة تكون متعددة ومتنوعة الأشكال ، أو أن الحالة التي يكون موجود بها أكثر من طور أو نوع في الحالة البلورية السائلة ، فإنه يتم إستخدام اسم الطور الوسيط ليعمل على عملية وصف الأطوار التي تكن فرعية المواد البلورية السائلة.

أطوار البلورات السائلة

المادة البلورية السائلة هي نوع يكن متميزا ولكن مع مقارنتها مع لكلا من الحالات المتبلورة أو الصلبة والحالة التماثلية أو السائلة ، حيث يوجد الكثير من أنواع البلورات السائلة وذلك من خلال معرفة مدى كميات الترتيب في المادة ، وأطوار البلورات السائلة تكون كالتالي:

الأطوار الخيطية أطوار البلورات السائلة الخيطية Nematic Phases

يتسم هذا الطور الخيطي للبلورات السائلة ، أن الجزيئات فيه لم يكن لها ترتيب موضعي ، حيث ان هذه الجزيئات تنحدر مشيرة بالعلامة في نفس الاتجاه .

والبلورات السائلة هي عبارة عن مواد تكون مختلفة الخواص ، حيث ان خواصها الفيزيائية للنظام تختلف مع متوسط المحاذاة مع الدليل الخاص بها ، أي أن المحاذاة إذا كانت كبيرة، تكون المادة مختلفة الخواص بصورة كبيرة ، أما إذا كانت المحاذاة صغيرة تكون المادة متماثلة إلى حد ما ، وبذلك نستطيع معرفة ان أطوار البلورات السائلة تكون في درجات مختلفة .

أطوار البلورات السائلة الزلقة،

يعد هذا الطور أيضا من أطوار البلورات السائلة الزلقة وهو طور متميز ، تكون الجزيئات في هذا الطور في غاية من الترتيب لم تكن موجودة في الأطوار الخيطية ، وفي هذه الحالة الزلقة تظل الجزيئات محتفظة بالترتيب التوجيهي للأطوار الخيطية ، ولكن تميل في بعض الأحيان إلى الثبات في الطبقات أو الأسطح حيث ان الحركة تكون بطيئة ومقيدة على تلك الأسطح ، ونستطيع أن نرى أن تلك الأسطح المنفصلة تكون منحدر في جهة بعيدة عن بعضها ، أي أن في تلك الحالة الزلقة تكون صلابته أقوى مما يكون في الحالة الخيطية .