Het belangrijkste verschil tussen nematische smectische en cholesterische vloeibare kristallen is hun structuur. Nematische vloeibare kristallen hebben geen geordende structuur van moleculen en smectische vloeibare kristallen hebben een gelaagde moleculaire structuur, terwijl cholesterische vloeibare kristallen de moleculen in een gedraaide en chirale rangschikking hebben.
De term vloeibare kristallen kan worden gedefinieerd als een fase van materie met eigenschappen die tussen de eigenschappen van conventionele vloeistoffen en vaste kristallen in liggen. Een vloeibaar kristal kan bijvoorbeeld stromen als een vloeistof, maar de moleculen van het vloeibare kristal hebben de neiging om kristalachtig te zijn georiënteerd. Er zijn drie hoofdfasen waarin de vloeibare kristallen kunnen voorkomen: thermotrope vloeibare kristallen, lyotrope vloeibare kristallen en metallotrope vloeibare kristallen. Er zijn ook verschillende soorten thermotrope vloeibare kristallen. Deze typen omvatten nematische kristallen, smectische kristallen, chirale fase of getwiste nematica, discotische fase en conische fasen.
Wat zijn Nematische vloeibare kristallen?
Nematische vloeibare kristallen zijn een van de meest voorkomende soorten vloeibare kristallen. De term "nematisch" komt van een Griekse oorsprong waar het de betekenis "draad" heeft. Dit komt omdat deze term is ontstaan uit de topologische defecten die als draden verschijnen. Normaal gesproken worden deze topologische defecten in de nematica disclinaties genoemd. Bovendien hebben nematica de neiging om een type defect te vertonen dat bekend staat als "egel" topologische defecten.
Normaal gesproken heeft de nematische fase rampzalige of staafvormige organische moleculen die geen positionele volgorde hebben. Maar deze moleculen hebben de neiging zichzelf uit te lijnen om een richtingsorde op lange afstand te hebben met lange assen die ongeveer evenwijdig aan elkaar zijn. Daarom zijn de moleculen in deze fase vrij om te stromen, en het massamiddelpunt van deze moleculen heeft de neiging om willekeurig te verdelen, vergelijkbaar met een vloeistof. Deze moleculen hebben echter de neiging om de richtingsvolgorde op lange afstand te handhaven, vergelijkbaar met een vaste fase.
Meestal zijn nematische fasen uniaxiaal. Dit betekent dat deze moleculen één as hebben (deze wordt "richtlijn" genoemd) die lang is. Dit is de voorkeursas en de andere twee assen zijn gelijkwaardig aan elkaar, en we kunnen ze benaderen als cilinders of staven. Verder kunnen er biaxiale nematica zijn waarvan de oriëntatie niet alleen vergelijkbaar is in hun lange as, maar ze hebben ook de neiging om langs een secundaire as te oriënteren.
De moleculen van de nematische fase vertonen een vloeibaarheid die vergelijkbaar is met de vloeibaarheid in een gewone isotrope vloeistof. We kunnen de moleculen in deze fase echter gemakkelijk uitlijnen door het aanleggen van een extern magnetisch of elektrisch veld. Wanneer deze moleculen in een volgorde worden uitgelijnd, vertoont de nematische fase optische eigenschappen van uniaxiale kristallen, en daarom zijn deze fasen zeer nuttig in vloeibaar-kristaldisplays.
Wat zijn smectische vloeibare kristallen?
Smectische vloeibare kristallen zijn een soort vloeibare kristallen met goed gedefinieerde lagen moleculen die over elkaar kunnen schuiven. Dit gedrag is vergelijkbaar met de glijdende effecten van zeep. Bovendien komen smectische vloeibare kristallen voor bij temperaturen die lager zijn dan die van de nematische vloeibare kristallen. De term smectie is afkomstig van het Latijnse woord “smectius” wat “reiniging” betekent; met andere woorden, het betekent de aanwezigheid van zeepachtige eigenschappen. Daarom wordt de smectische fase op volgorde in één richting geplaatst.
Figuur 01: Smectische A-fase links en smectische C-fase rechts
We kunnen twee verschillende smectische fasen waarnemen als smectische A-fase en smectische C-fase. De smectische A-fase heeft de moleculen samen met de normale laag georiënteerd, terwijl de moleculen van smectische C ervan weg zijn gekanteld. Bovendien verschijnt dit type fase als een vloeistof in de lagen. Er kunnen echter veel verschillende soorten smectische fasen zijn die van elkaar verschillen, afhankelijk van het type en de mate van positionele en oriëntatievolgorde.
Wat zijn cholesterische vloeibare kristallen?
Cholesterische vloeibare kristallen zijn een soort vloeibare kristallen die alleen van chirale moleculen zijn gemaakt. Dit type fase vertoont chiraliteit. Vaak noemen we deze fase een chirale fase of een gedraaide nematische fase vanwege zijn chiraliteit. De term cholesterisch komt van de eerste waarneming waar deze fase van materie voor het eerst verscheen in cholesterolderivaten. We kunnen dit type fase waarnemen met een verdraaiing van de moleculen, die loodrecht op de regisseur staan, waarbij de moleculaire as evenwijdig is aan de regisseur.
Figuur 02: Cholesterische fase
Er is een eindige draaihoek tussen de aangrenzende moleculen in deze fase vanwege de asymmetrische pakking van de moleculen. Dit type pakking veroorzaakt een chirale orde met een groter bereik. Gewoonlijk definiëren we chirale toonhoogte of "p" met betrekking tot de eigenschappen van cholesterische vloeibare kristallen, waar het verwijst naar de afstand waarover de vloeibare kristalmoleculen een volledige cirkeldraai ondergaan (360 graden draaiing).
Wat is het verschil tussen nematische smectische en cholesterische vloeibare kristallen?
Nematische, smectische en cholesterische fasen zijn drie verschillende fasen van materie die onder thermotrope vloeibare kristallen vallen. Het belangrijkste verschil tussen nematische smectische en cholesterische vloeibare kristallen is dat nematische vloeibare kristallen geen geordende structuur van moleculen hebben, en smectische vloeibare kristallen een gelaagde moleculaire structuur hebben, terwijl cholesterische vloeibare kristallen moleculen hebben in een gedraaide en chirale rangschikking.
Hieronder is een samenvatting van het verschil tussen nematische smectische en cholesterische vloeibare kristallen in tabelvorm.
Samenvatting – Nematic Smectic vs Cholesteric Liquid Crystals
Nematische, smectische en cholesterische fasen zijn drie verschillende fasen van materie die onder thermotrope vloeibare kristallen vallen. Het belangrijkste verschil tussen nematische, smectische en cholesterische vloeibare kristallen is dat nematische vloeibare kristallen geen geordende structuur van moleculen hebben, en smectische vloeibare kristallen een gelaagde moleculaire structuur hebben, terwijl cholesterische vloeibare kristallen de moleculen in een gedraaide en chirale rangschikking hebben.
