Fenomenologia Propriedades SínteseFotografia Mini-controlador de Aquecimento Controle de aquecimento Forno de aquecimento. Cristais Líquidos Merlo-Toledo-2008 O O C 146 N* 178 I

�� Cristais Líquidos

�� Fenomenologia

�� Propriedades

�� Síntese

Prof. Dr. Aloir A. Merlo

Instituto de Química-UFRGS


Merlo - Toledo-2008

Histórico

Friedrich Reinitzer Otto Lehmann


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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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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Amarelo

MagentaCiano

Vermelho

AzulVerde


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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”


Merlo - Toledo-2008

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


Merlo - Toledo-2008

Gel Liquido-Cristalino

Nature, 2004, 3, 139


Merlo - Toledo-2008

Nature, 2004, 3, 177


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


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nn

P

P

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A

S

S

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L

I

C

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C2

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y

P = Px

Py

Pz

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Py

0

Px

Py

Pz

C2Px

Py

PzP =

Estrutura Helicoidal na Sc

Operação de Simetria na Sc*


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Quiralidade e ferroelectricidade


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O O

O O

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

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