Fenomenologia Propriedades SínteseFotografia Mini-controlador de Aquecimento Controle de...
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���� Cristais Líquidos
���� Fenomenologia
���� Propriedades
���� Síntese
Prof. Dr. Aloir A. Merlo
Instituto de Química-UFRGS
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���� Cristais Líquidos
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Histórico
Friedrich Reinitzer Otto Lehmann
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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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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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���� Cristais Líquidos
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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
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PzP =
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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ORRO
Compostos Bananas
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Notícias Culturais
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Hückel
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Migração Suprafacial
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O Ciclopropano andarilho
Reações Pericíclicas. Uma Sinfonia de
Moléculas & Elétrons
cÜÉyA TÄÉ|Ü TÇàÉÇ|É `xÜÄÉ
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O Gigante da Beira-
Rio!!!
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CAPES