Etudes de cristaux liquides colonnaires en solution organique et en ...

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1.2. LES CRISTAUX LIQUIDESdes molécules pointe en moyenne dans la même direction repérée par le vecteur directeur ⃗n(figure 1.4). La phase nématique est fluide, car il n’y a pas de corrélation à longue portéedes centres de masses des molécules.Dans la vie courante, la phase nématique en hélice (“twisted nematic” T.N) est largementutilisée comme afficheurs dans les montres, les calculatrices, les écrans d’ordinateurs. . . Danscette configuration, les molécules sont ancrées avec une faible inclinaison sur chaque face dela cellule à cristaux liquides, dans des directions qui sont perpendiculaires l’une à l’autre.L’angle du directeur par rapport à la surface, et avec lui la transmission optique du dispositif,sont modulables avec un champ électrique.Fig. 1.4 – Phase nématique1.2.2.2 Les phases smectiquesLes phases smectiques possèdent un ordre orientationel, mais également un ordre deposition de type solide dans une direction spatiale (figure 1.5). L’existence d’un ordre deposition conduit à une structure en couche. Par conséquent, les phases smectiques sont engénéral beaucoup plus visqueuses que les phases nématiques.Il existe une multitude de phases smectiques répertoriées dans la littérature, mais nousnous limiterons ici à la description des phases smectiques A et C qui sont les plus simples.Dans la phase smectique A, les molécules sont en moyenne perpendiculaires au plan descouches. Il n’existe pas d’ordre de position à longue portée à l’intérieur des couches. Le milieuest alors uniaxe. Dans la phase smectique C, les molécules sont inclinées d’un angle Ψ parrapport à la normale des couches. Le milieu est alors optiquement biaxe et la période descouches est proche de a. cos Ψ, où a est la longueur moléculaire. C’est à partir de cette phase18
CHAPITRE 1. CELLULES SOLAIRES ET MATÉRIAUX ORGANIQUESque la ferroélectricité dans les cristaux liquides chiraux fut prévue puis démontrée en 1975par Meyer [33].Fig. 1.5 – Phase smectique A1.2.3 Les mésophases colonnaires, lyotropes et chromoniques1.2.3.1 Les mésophases colonnairesDans les phases colonnaires, les molécules sont le plus souvent composées d’un cœur aromatiquerigide relié par des fonctions dipolaires à des chaînes flexibles. Ce sont des moléculessouples, ce qui leur assure une bonne solubilité. Le recouvrement des orbitales π entre lescœurs ainsi que les fonctions dipolaires favorisent l’attraction entre les disques. Les moléculesdiscotiques s’empilent pour former des colonnes suivant un réseau bidimensionnel qui dansla plupart des cas est hexagonal (figure 1.6). L’ordre liquide est présent au sein des colonnespuisque les molécules sont irrégulièrement espacées, typiquement autour de 3.5 Å [34, 35].Cette faible distance assure un bon contact entre les cœurs aromatiques, ce qui donne lieuà une bonne mobilité de charges et d’excitons. Ainsi, les phases colonnaires peuvent êtreutilisées dans des dispositifs optoélectroniques, entre autres dans des cellules solaires.Dans le tableau 1.4, nous avons regroupé quelques uns des cœurs aromatiques utilisésdans les cristaux liquides colonnaires.19
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