Põhiline erinevus nemaatiliste smektiliste ja kolesteeriliste vedelkristallide vahel on nende struktuur. Nemaatilistel vedelkristallidel pole järjestatud molekulide struktuuri ja smektilistel vedelkristallidel on kihiline molekulaarstruktuur, samas kui kolesteerilistel vedelkristallidel on molekulid keerdunud ja kiraalses paigutuses.
Vedelkristallide mõistet võib määratleda kui aine faasi, mille omadused jäävad tavaliste vedelike ja tahkete kristallide omaduste vahele. Näiteks vedelkristall võib voolata nagu vedelik, kuid vedelkristalli molekulid kipuvad orienteeruma kristallilaadselt. Vedelkristallid võivad esineda kolmes peamises faasis: termotroopsed vedelkristallid, lüotroopsed vedelkristallid ja metallotroopsed vedelkristallid. Samuti on mitut tüüpi termotroopseid vedelkristalle. Nende tüüpide hulka kuuluvad nemaatilised kristallid, smektilised kristallid, kiraalne faas või keerdunud nematika, diskootiline faas ja koonusefaasid.
Mis on nemaatilised vedelkristallid?
Nemaatilised vedelkristallid on üks levinumaid vedelkristallide liike. Mõiste "nemaatiline" pärineb kreeka päritolust, kus see tähendab "niit". Selle põhjuseks on asjaolu, et see termin pärineb topoloogilistest defektidest, mis ilmnevad niitidena. Tavaliselt nimetatakse neid nemaatika topoloogilisi defekte disklinatsioonideks. Veelgi enam, nemaatika kipub ilmutama teatud tüüpi defekte, mida nimetatakse "siili" topoloogilisteks defektideks.
Tavaliselt on nemaatilises faasis kalamiitsed või vardakujulised orgaanilised molekulid, millel puudub positsiooniline järjestus. Kuid need molekulid kalduvad isejoonduma, et saavutada pikamaasuunaline järjestus, millel on pikad teljed, mis on üksteisega ligikaudu paralleelsed. Seetõttu on selles faasis olevad molekulid vab alt voolavad ja nende molekulide massikese kipub jaotuma juhuslikult, sarnaselt vedelikule. Siiski kipuvad need molekulid säilitama tahke faasiga sarnase pikamaasuunalise järjestuse.
Enamasti on nemaatilised faasid üheteljelised. See tähendab, et nendel molekulidel on üks telg (seda nimetatakse "directrix"), mis on pikk. See on eelistatud telg ja ülejäänud kaks telge on üksteisega samaväärsed ja me saame neid ligikaudselt hinnata silindrite või varrastena. Lisaks võib esineda kaheteljelisi nemaatika, mille orientatsioon ei ole mitte ainult nende pikiteljel sarnane, vaid kaldub ka orienteeruma piki sekundaarset telge.
Nemaatilise faasi molekulid näitavad voolavust, mis on sarnane tavalise isotroopse vedeliku voolavusega. Siiski saame selles faasis molekule hõlps alt joondada välise magnet- või elektrivälja rakendamisega. Kui need molekulid on järjestatud, näitab nemaatiline faas üheteljeliste kristallide optilisi omadusi ja seetõttu on need faasid vedelkristallkuvarites väga kasulikud.
Mis on Smectic vedelkristallid?
Smektilised vedelkristallid on teatud tüüpi vedelkristallid, millel on täpselt määratletud molekulide kihid, mis on võimelised üksteise kohal libisema. See käitumine sarnaneb seebi libisemisefektidega. Lisaks tekivad smektilised vedelkristallid temperatuuril, mis on madalam kui nemaatiliste vedelkristallide oma. Mõiste smektik pärineb ladinakeelsest sõnast "smectius", mis tähendab "puhastamist"; teisisõnu tähendab see seebitaoliste omaduste olemasolu. Seetõttu on smektiline faas paigutatud järjestikku ühes suunas.
Joonis 01: Smektiline A-faas vasakul ja smektiline C-faas paremal
Saame jälgida kahte erinevat smektilist faasi kui smektilist A-faasi ja smektilist C-faasi. Smektilise A faasi molekulid on orienteeritud koos normaalse kihiga, samas kui smektilise C faasi molekulid on sellest eemale kallutatud. Veelgi enam, seda tüüpi faas ilmub kihtides vedelikuna. Siiski võib olla palju erinevat tüüpi smektilisi faase, mis erinevad üksteisest vastav alt asendi- ja orientatsioonijärjekorra tüübile ja astmele.
Mis on kolesteerilised vedelkristallid?
Kolesterilised vedelkristallid on teatud tüüpi vedelkristallid, mis koosnevad ainult kiraalsetest molekulidest. Seda tüüpi faas näitab kiraalsust. Sageli nimetame seda faasi kiraalseks faasiks või keerdunud nemaatiliseks faasiks selle kiraalsuse tõttu. Mõiste kolesterool pärineb selle esimesest vaatlusest, kus see ainefaas ilmus esmakordselt kolesterooli derivaatides. Me võime täheldada seda tüüpi faasi, mis näitab molekulide keerdumist, mis on risti suunajaga, kus molekulaarne telg on suunajaga paralleelne.
Joonis 02: Kolesteeriline faas
Molekulide asümmeetrilise pakkimise tõttu on selles faasis külgnevate molekulide vahel piiratud pöördenurk. Seda tüüpi pakkimine põhjustab pikemaajalise kiraalse järjestuse. Tavaliselt defineerime kiraalset helikõrgust või "p" seoses kolesteeriliste vedelkristallide omadustega, kui see viitab kaugusele, mille jooksul vedelkristalli molekulid läbivad täisringi (360-kraadine keerdumine).
Mis vahe on nemaatilistel smektilistel ja kolesteroolsetel vedelkristallidel?
Nemaatilised, smektilised ja kolesteerilised faasid on kolm erinevat ainefaasi, mis kuuluvad termotroopsete vedelkristallide alla. Peamine erinevus nemaatiliste smektiliste ja kolesteeriliste vedelkristallide vahel on see, et nemaatilistel vedelkristallidel pole molekulide järjestatud struktuuri ja smektilistel vedelkristallidel on kihiline molekulaarstruktuur, samas kui kolesteerilistel vedelkristallidel on molekulid keerdunud ja kiraalses paigutuses.
Allpool on tabelina toodud kokkuvõte erinevustest nemaatiliste smektiliste ja kolesterooliliste vedelkristallide vahel.
Kokkuvõte – nemaatilised smektilised vs kolesteerilised vedelkristallid
Nemaatilised, smektilised ja kolesteerilised faasid on kolm erinevat ainefaasi, mis kuuluvad termotroopsete vedelkristallide alla. Peamine erinevus nemaatiliste, smektiliste ja kolesteeriliste vedelkristallide vahel on see, et nemaatilistel vedelkristallidel pole järjestatud molekulide struktuuri ja smektilistel vedelkristallidel on kihiline molekulaarstruktuur, samas kui kolesteerilistel vedelkristallidel on molekulid keerdunud ja kiraalses paigutuses.
