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Auteur(s)
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Philippe BAROIS : Docteur ès sciences - Directeur de Recherche au Centre National de la Recherche scientifique
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L’étude des cristaux liquides a commencé entre 1850 et 1880 avec l’observation de substances étranges, d’origine biologique pour la plupart, présentant plusieurs points de fusion. Leur véritable découverte est toutefois attribuée au botaniste autrichien F. Reinitzer qui fut le premier, en 1888, à reconnaître dans l’état fluide opalescent d’un dérivé du cholestérol un nouvel état de la matière. Le physicien allemand O. Lehmann, concepteur du premier microscope polarisant à platine chauffante, proposa le nom de cristal liquide en 1890 et c’est en 1922 que le Français G. Friedel établit la classification et la nomenclature des phases les plus usuelles : états nématique, smectique et cholestérique.
Très active jusqu’en 1930, la recherche sur les cristaux liquides connut un relatif sommeil jusqu’en 1958. Le renouveau et l’essor de la discipline à partir de 1960 sont dus à l’apparition de nouveaux cristaux liquides de synthèse, à l’intérêt théorique suscité par leurs propriétés critiques et structurales variées et surtout à leurs applications technologiques parmi lesquelles les plus réussies sont les affichages.
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Propriétés structurales
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1. État cristal liquide
1.1 Définitions
La physique de base nous enseigne que la matière se présente sous trois états : solide, liquide ou gazeux. Cette classification est en fait incomplète : de nombreuses substances organiques ne présentent pas un changement d’état (ou transition de phase) unique entre le cristal et le liquide, mais une série de transitions faisant apparaître des états, dont les propriétés physiques sont intermédiaires entre le cristal et le liquide. Ces états baptisés cristaux liquides par Lehmann sont dits aussi mésomorphes (du grec : de forme intermédiaire) ou mésophases.
Un cristal se caractérise par un empilement régulier d’unités de base (atomes, ions ou molécules) sur un réseau périodique dans les trois dimensions de l’espace. La définition du motif de base (ou maille) suffit à déterminer la position de tous les atomes, ions ou molécules d’un cristal parfait : les corrélations de position sont dites à longue portée.
Dans un liquide au contraire, de possibles corrélations de position s’amortissent exponentiellement avec une portée finie ξ appelée longueur de corrélation.
Les cristaux liquides sont les états intermédiaires possédant un ordre de position ou d’orientation à longue portée, mais pour lesquels le désordre de type liquide subsiste dans une direction spatiale au moins.
Une conséquence immédiate est l’anisotropie des propriétés tensorielles des cristaux liquides (optiques, diélectriques, magnétiques, mécaniques, etc.). Cette anisotropie est généralement plus élevée que dans les cristaux : une biréfringence optique de 0,1 à 0,2 par exemple est courante dans les cristaux liquides. L’existence d’un ordre liquide garantit par ailleurs le caractère fluide des mésophases et dans une certaine mesure le basculement facile des axes optiques. Cette propriété est évidemment essentielle pour l’application aux affichages et plus généralement aux dispositifs électrooptiques.
HAUT DE PAGE1.2 Différents types d’ordre cristal liquide
Les structures mésomorphes se caractérisent par l’ordre d’orientation et de position des unités qui les composent (mésogènes, § ...
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État cristal liquide
BIBLIOGRAPHIE
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(5) - JANNING (J.L.) - * - Appl. Phys. Lett. 21 (1973) 173. URBACH (W.), BOIX (M.) ET GUYON (E.). – Appl. Phys. Lett. 25, 479 (1974).
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(6) - RENN (S.R.), LUBENSKY (T.C.) - * - Phys. Rev. A38, 2132 (1988).
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