Fenomenologia Propriedades SínteseFotografia Mini-controlador de Aquecimento Controle de...

���� Cristais Líquidos

���� Fenomenologia

���� Propriedades

���� Síntese

Prof. Dr. Aloir A. Merlo

Instituto de Química-UFRGS

���� Cristais Líquidos

Merlo - Toledo-2008

Histórico

Friedrich Reinitzer Otto Lehmann

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Merlo - Toledo-2008

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Em 1922 Georges Friedel publica um trabalho em que descreve as diferentes fases de um cristal líquido. Aparece então a classificação dos cristais líquidos como nemáticos, esméticos ou colestéricos. Friedel explica igualmente a razão pela existência de linhas na observação de cristais líquidos em microscopia polarizante, sendo estas correspondentes a bruscas variações da orientação das moléculas. Também pela observação destas linhas, conclui que para o caso de cristais líquidos esméticos existe uma estrutura de camadas. É pela primeira vez observada a orientação provocada por um campo eléctrico num cristal líquido.

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1888 - Cristais Líquidos - Frederich Reinitzer e Otto Lehmann na virada do século XXI.1922 – Trabalho sistemático de Georges Friedel

1958 - Chemical Reviews sobre CL por G. H. Brown é o ressurgimento do tema.

1965 - Primeira conferência internacional sobre Cristal Líquido em Kent, Ohio; 2ª/68.1967 - Display de CLNT é construída. Patenteada em 1971. Com profundo impacto no

setor de eletroeletrônica.

1970s - Década do uso em larga escala de mostradores de CLN em diversos itens de consumo. Surgem também CLF - uma nova série de CL.

1980s - "Supertwist" (STN) e matriz ativa aparecem em monitores, TV e laptops. 1990s - Uso em grandes companhias da tecnologia de displays de Cristais Líquidos

1991 - Pierre-Gilles de Gennes - College de France foi agraciado pelo Nobel Prize.Futuro - Informações mais rápidas totalmente acessível via imagens digitalizada em

qualquer lugar e em qualquer tempo. Material eletrônico substituirá as versões

impressas com forte impacto em custos e ambiental.

Histórico

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Instrumentação Analítica

Sistema de Microscopia-LP

Sistema de Vídeo

Sistema deFotografia

Mini-controlador de Aquecimento

Controle de aquecimento

Forno de aquecimento

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O

O

C 146 N* 178 I

Benzoato de Colesterila

1888 - Friedrich Reinitzer - Dupla Fusão

Otto Lehmann - Microscopia Óptica

� Termo Líquido-Cristalino ou Cristal Líquido

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� Características estruturais e eletrônicas

~ 25 a 40 Å

~ 5Å

� Polaridade e Polarizabilidade

N

C10H21O

O

O

DOBAMBC

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Parâmetro de Ordem - Variável em CL relacionado com o alinhamento molecular com respeito ao diretor.

<> Indica um valor médio dependente de T, e θ é o ângulo entre cada molécula e o diretor. Propriedade macroscópica e escalar que define a orientação média das moléculas no estado líquido-cristalino relativo ao diretor da fase (n). Assim, Quanto maior é o valor de S, maior é grau de ordem da fase.

Sólido S=1, Isotrópico S=0, Mesofase 0<S<1

S = 1/2 ⟨⟨⟨⟨ 3 cos2 θθθθ - 1 ⟩⟩⟩⟩

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� Diretor ( n ) - Propriedades do meio

� Ordem Posicional e Orientacional

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Ordenamento Molecular nas diferentes fases da matéria.

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Visualização do comportamento L-C em diferentes escalas

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Texturas observadas via Microscopia

Um par de defeito de ponto natextura Schlieren - 4 dobras

Cruz de Malta

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Texturas observadas via Microscopia

Linhas de Descontinuidades da

textura Schlieren - 4 dobras

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Homeotrópico

Mesofase Esmética A.Regiões homeotrópicas (pretas).

Regiões focal cônica.

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Homeotrópico

����

Schlieren

Focal cônica

Sa ���� Sc

Resfriamento da mesofaseSa para Sc.

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Bastonetes

Fan-Focal

cônica

(leque)

Mesofase Sa Fan-focal cônica.

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Luz e Cristais Líquidos

Fenômeno da polarização da Luz

• Fotografias

• Óculos Solar

• Relógios

• Laptops

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Topologia Molecular Linear

Bastão � Rod-like

Posições moleculares aleatórias-Líquido.

Orientações Moleculares controladas num padrão repetitivo � Ordem

Dualidade das Propriedades

Sólido: Birrefringência, 3D

Líquido: Tensão Superficial, Fluidez

Diretor da Fase (n)

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Luz naturalnão polarizada

Luz Polarizada

Dispositivos de polarização“Filtros”

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Componentes daLuz Natural

Planos da Luz natural e anteparos - Filtros

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Esquema de Nemático Torcido (Schadt, Helfrich e Fergason, 1971).

Nesta arquiquetura, o CL está confinado entre dois polarizadores.

Birrefringência é controlada eletricamente.

Mostradores de Nemático Torcido

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Twisted Nematic Liquid Crystal Cells

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Mostrador ou Display

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Mostrador ou Display

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Viscosidade Rotacional

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Física dos Cristais Líquidos

���� Deformações elásticas K11 - K22 - K33���� Função da sua energia livre. A densidade de energia

livre F é obtida a partir do estado liquido-cristalino deformado e não-deformado.

Splay Twist Bend

Afunilamento Torção Flexão

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Mostrador ou Display

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Mostrador ou Display

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Mostrador ou Display

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Amarelo

MagentaCiano

Vermelho

AzulVerde

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Mostrador ou Display

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Mostrador ou Display

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Mostrador ou Display

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Design arrojado; Preço e versatilidade

Economia de Espaço; Efeito Flicker - cintilação

Consumo de 60% menos em energia 40W/hora

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Efeitos de Superfície - Ancoramento

���� Comportamento molecular do CL com relação àsuperfície.

���� Alinhamento molecular perpendicular e paralelo

Radial Axial Bipolar Concêntrica

Configuração

Perpendicular

Configuração

Paralela

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Polymer Dispersed Liquid Crystals - PDLC

• 1983 - Kent State University.

• Janelas de transparência variável e sistemas de projeção de imagens.

• Princípio - Controle elétrico da Birrefringência na mesofase nemática.

• Célula - gota de CL nemática dispersa numa matriz polimérica sólida, isótropo e transparente (resina epóxi) Efeitos de contornos.

• Mostrador - película de 25µm; Gota - ~ 1.0 µm.

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Polymer Dispersed Liquid Crystals - PDLC

“On”Ligado

“Off”

Desligado

Janelas de transparência variável

“Switchable Windows”

Mostrador de Cristal Líquido

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Display - PDLC

IoLuz

Espalhada Io

V

Estado DesligadoOpaco

Estado LigadoTransparente

Luz Transmitida

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Ely F. et al, Química Nova, 2007, 30, 1776“Cholesteric Liquid Crystals: Chirality shows its colors”

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Ely F. et al, Química Nova, 2007, 30, 1776“Cholesteric Liquid Crystals: Chirality shows its colors”

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Gel Liquido-Cristalino

Nature, 2004, 3, 139

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Nature, 2004, 3, 177

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Merlo - Toledo-2008J. Mater. Chem. 2002, 12, 2197.

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nn

P

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A

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P = Px

Py

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C2Px

Py

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Estrutura Helicoidal na Sc

Operação de Simetria na Sc*

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Quiralidade e ferroelectricidade

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O O

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NN

ORRO

Compostos Bananas

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Notícias Culturais

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Migração Suprafacial

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Migração Antarafacial

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O Ciclopropano andarilho

Reações Pericíclicas. Uma Sinfonia de

Moléculas & Elétrons

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O Gigante da Beira-

Rio!!!

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Agradecimentos

CAPES