کریستال مایع

کریستال مایع با اینکه مایعات معمولاً همسانگرد (ایزوتروپ) هستند، حدود ۲۰۰ ماده شناخته شده‌اند که در حالت مایع و در دماهایی بالاتر از دمای ذوبشان خواص ناهمسانگرد دارند. معمولاً به این مواد کریستال‌ها(بلورها)ی مایع گفته می‌شود.

مایعات ناهمسانگرد

اصطلاح کریستال مایع یک پارادوکس است. زیرا واژهٔ کریستال به وجود یک شبکهٔ فضایی خاص اشاره می‌کند اما تشکیل شبکه بلوری در مایعات امکان‌پذیر نیست. در این نوع مواد، جهت‌گیری مولکولی خاصی در شرایط مشخص اتفاق می‌افتد بنابراین بهتر است آنها را مایعات ناهمسانگرد بنامیم.

تاریخچه

در سال ۱۸۸۸، یک گیاه‌شناس اتریشی به نام فردریک رینیتزر هنگام کار در دانشگاه آلمانی پراگ، کلسترول را از هویج استخراج می‌کرد تا فرمول شیمیایی آن را بدست آورد. راینیتزر خواص شیمی-فیزیکی مشتقات مختلف کلسترول را آزمایش کرد. چند تن از محققان و همکاران وی تا پیش از آن، اثرات رنگی متمایزی را هنگام سرد کردن مشتقات کلسترول، دقیقاً بالای نقطه انجماد مشاهده کرده بودند. راینیتزر خودش پدیده‌ای مشابه را در بنزوات کلسترول یافت. ولی رنگ‌ها در نزدیکی نقطه انجماد بنزوات کلسترول، در ویژه‌ترین شکلشان نبودند. راینیتزر دریافت که بنزوات کلسترول مانند سایر ترکیبات ذوب نمی‌شود، بلکه بطور واضح دو نقطه ذوب دارد. در ۱۴۵٫۵ درجه سانتیگراد ذوب شده و تبدیل به یک مایع کدر می‌شود، و در ۱۷۸٫۵ درجه سانتیگراد دوباره ذوب شده، و مایع کدر به یکباره شفاف می‌شود. بعلاوه، این پدیده برگشت پذیر بود. راینیتزر برای کمک گرفتن از یک فیزیکدان، در ۱۴ مارس ۱۸۸۸، نامه‌ای به اوتو لهمان نوشت. آنها نامه‌هایی با هم مبادله کردند. لهمان هم بر روی شاره کدر حالت میانی آزمایشاتی انجام داد و گزارش کرد که بلوری شدن را دیده است. راینیتزر هم به همین نتایج دست یافت. مبادله نامه با لهمان در ۲۴ آوریل با انبوهی از سؤالات بی پاسخ به پایان رسید. راینیتزر نتایج خودش را که با نتایج لهمان مطابقت داشت، در۳ مه ۱۸۸۸، در یک نشست در انجمن شیمی وین ارائه داد. تا این زمان راینیتزر سه سیمای متفاوت از کریستال‌های مایع کلستریک را کشف کرده بود. (این نام، بعدها در سال ۱۹۲۲ توسط جرج فریدل به آنها اطلاق شد.)

لهمان فوراً یک مطالعه سیستماتیک را شروع کرد.در ابتدا با بنزوات کلسترول و سپس با ترکیبات مرتبط که آنها هم پدیده دو ذوبی را بطور مشخص نشان می‌دادند.او با میکروسکوپش هم پلاریزاسیون نور را در این ترکیبات دید و هم رفتار این مواد را در دمای بالا مشاهده کرد. فاز میانی کدر که او دیده بود، یک شاره بود و جاری می‌شد ولی سایر فازها، حالت جامد داشتند. در پایان اوت ۱۸۸۹ او مقاله خودش را برای یک نشریه آلمانی ارائه داد. در ابتدای قرن ۲۰، کریستالهای مایع، بین دانشمندان شناخته شده نبودند. در سال ۱۹۶۹ هانس کلکر موفق شد ماده‌ای را که فاز نماتیک دارد،BBA p-Methoxybenzyliden-p'-n-butylanilin))در دمای اتاق سنتز کند. قدم بعدی برای تجاری کردن نمایشگرهای کریستال مایع، سنتز کردن یک ماده شیمیایی پایدار دیگر (cyanobiphenyls) با دمای ذوب پایین توسط جرج گری بود. در سال ۱۹۹۱، زمانی که استفاده از نمایشگرهای کریستال مایع در زندگی روزمره نسبتاً رواج یافته بود، پیر ژیل دوژانس جایزه نوبل فیزیک را برای «کشف روش‌های گسترده برای مطالعه پدیده‌های نظم در سیستم‌های ساده‌ای که می‌تواند به شکل‌های پیچیده‌تری از ماده، بخصوص کریستالهای مایع و پلیمرها، تعمیم داده شود» از آن خود کرد.

نمونه‌هایی از کریستال‌های مایع

• پی-آزوکسی آنیزول
• سدیم استئارات
• آمونیوم اولئات

جستارهای وابسته

• کریستالهای مایع ستونی
• ساختار مواد

منبع

Wikipedia contributors، "Liquid crystal،" Wikipedia، The Free Encyclopedia، http://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Liquid_crystal&oldid=164332990 (accessed October ۱۸، ۲۰۰۷). ۱.مقدمه

  بافت درخشنده ی فاز نماتیک بلور مایع

بلورهای مایع (LCs) حالتی از ماده هستند که ویژگی های مربوط به یک مایع انتخابی و نیز ویژگی های مربوط به یک بلور جامد را هم زمان دارا باشند. برای مثال، یک LC می تواند مانند یک مایع جاری شود، اما مولکول های آن به صورت بلور-گونه جهت یافته اند. انواع بسیار متفاوتی از فاز LC وجود دارد، که می توان آن ها را با ویژگی های اپتیکی شان (مانند بای ریفرانژ (پراش دوتایی)) از هم تمیز داد. زمانی که از زیر میکروسکوپ با استفاده از منبع نور پلاریزه نگاه کنیم، فازهای متفاوت بلور مایع بافت متفاوتی را نشان می دهند. ناحیه ی تفکیک در بافت بور، بستگی به محدوده ای دارد که در آن مولکول های LC در جهت های متفاوتی سوگیری نموده اند. گرچه درون یک ناحیه، مولکول ها همگی هم سو و هم راستا هستند. مواد LC ممکن است همیشه در یک فاز LC نباشند (همان طور که آب ممکن است به یخ یا بخار تبدیل شود). بلورهای مایع را می توان به فازهای ترموتروپیک، لیوتروپیک و متالوتروپیک تقسیم بندی نمود. LC های ترموتروپیک و لیروتروپیک شامل مولکول های ارگانیک می شوند . LC های ترموتروپیک، زمانی که دما تغییر می کند، گذار فازی را به فاز LC نشان می دهند. LC های لیروتروپیک گذار فازی را به شکل تابعی از دما و غلظت مولکول های LC در یک محلول ( نوعا آب) نشان می دهند. LCهای متالوتروپیک از مولکول های آلی و غیر آلی ، تشکیل می شوند؛ گذار LC آن ها نه تنها به دما و غلظت ، بلکه هم چنین به نسبت ترکیب غیرآلی/آلی بستگی دارد. مثال هایی از بلورهای مایع را می توان در جهان طبیعت و نیز در کاربردهای فن آوری مشاهده نمود. بخش اعظم نمایشگرهای الکترونیکی بر پایه ی بلورهای مایع قرار دارند. فازهای لیوتروپیک بلورهای کریستالی در سیستم های زنده فراوان است. برای مثال، بسیاری از پروتئین ها و غشای سلولی از نوع LC هستند. مثال های شناخته شده ی دیگر LC، محلول های صابون وپاک کننده های متنوع دیگر، و نیز ویروس موزاییک تنباکو هستند.

۲.تاریخچه در ۱۸۸۸، فردریش رینتیزر، فزیولوژیست و گیاهشناس اتریشی ، زمانی که به کار در دانشگاه چارلز در پراگ مشغول بود، ویژگی های فیزیو-شیمیایی مشتقات متنوعی از کلسترول را مورد آزمایش قرار داد، که تحت عنوان بلورهای مایع کلستریک شناخته می شوند. پیش از آن، محققان دیگری نیز اثرات رنگی منفکی را حین سرد نمودن مشتقات کلسترول درست بالای نقطه ی انجماد مشاهده نموده بودند، اما این مطلب را به پدیده ی جدیدی ربط نداده بودند. رنیتزر مشاهده نمود که تغییرات رنگ در یک مشتق بنزوات کلسترول، عجیب ترین ویژگی ممکن نبود. او دریافت که بنزوات کلسترول به شیوه ی دیگر ترکیبات ذوب نمی شود، بلکه دو نقطه ی ذوب دارد. در دمای ۵/۱۴۵ درجه سانتی گراد (۹/۲۹۳ درجه فارانهایت) به مایع ابرمانند استحاله می شود، و در ۵/۱۷۸ درجه سانتی گراد (۳/۳۵۳ درجه فارانهایت) مایع ابرمانند شفاف می شود. این پدیده برگشت پذیر است. به دنبال کمک از یک فیزیکدان، در ۱۴ مارچ ۱۸۸۸، به اوتو لهمان که در آن زمان در آتن یک سخنران خصوصی بود، نامه نوشت. آن ها نامه ها و نمونه هایی را رد و بدل نمودند. لهمان مایع بینابینی ابرمانند را مورد آزمایش قرار داد، و مشاهده ی کریستالیت (بلور) را گزارش نمود. ون زفاروویچ از کالج رنیتزر ونیز نیز خاطر نشان کرد که "مایع" بینابینی یک بلور مایع است. تبادل نامه ها با لهمان در ۲۴ آوریل، به همرا بسیاری پرسش های بدون پاسخ، به انتها رسید. رنیتزر نتایج خود را با استناداتی به لهمان و ون زفاروویچف در همایش جامعه ی شیمی وین در سوم ماه می ۱۸۸۸، ارائه داد. در آن زمان، رنیتزر سه ویژگی مهم بلورهای مایع کلسترولیک (نام توسط اوتو لهمان ابداع شد) را کشف و تشریح نموده بود: وجود دو نقطه ی ذوب، انعکاس نور پلاریزه ی چرخشی، و امکان چرخش جهت پلاریزاسیون نور. نیتزر پس از کشف ناگهانی اش، به مطالعه ی بلورهای مایع ادامه نداد. تحقیقات توسط لهمان ادامه یافت. لهمان دریافت که با یک پدیده ی جدید روبرو شده است و در موقعیتی بود که می بایست روی آن تحقیق و بررسی کند. او سال های در پست دکترا در کریستالوگرافی و میکروسکوپی مهارت کافی کسب کرده بود. لهمان یک مطالعه ی سیستماتیک را ابتدا بر روی بنزوات کلسترول و سپس روی ترکیبات مرتبطی آغاز نمود که پدیده ی نقطه ی ذوب دوتایی را نشان می دادند. او قادر بود مشاهداتی با نور پلاریزه انجام دهد، و میکروسکوپ وی به یک پایه ی داغ (نگه دارنده ی نمونه با گرم کن) مجهز بود که مشاهدات دمای بالا را امکان پذیر می ساخت. فاز بینابینی ابرمانند به وضوح سیلان داشت، اما دیگر ویژگی ها، به ویژه شکل ماده در زیر میکروسکوپ، لهمان را متقاعد ساخت که او با یک جامد سروکار داشت. در انتهای آگوست ۱۸۸۹ او نتایج خود را در Zeitschrift fur Physikalische Chemie منتشر ساخت. کار لهمان ادامه یافت و به طرز چشمگیری توسط شیمیدان آلمانی دانیل ورلندر گسترش یافت. ورلندر از ابتدای قرن ۲۰ ام تا زمان بازنشستگی اش در ۱۹۳۵، بیش تر بلورهای مایع شناخته شده را سنتز نموده بود. اگرچه، بلورهای مایع در بین دانشمندان مشهور نبودند و این دسته از مواد برای مدت ۸۰ سال به مانند یک کنجکاوی علمی محض باقی ماند.

ساختار شیمیایی مولکول N-(۴-متوکسی بنزیلدن)-۴-بوتیلانیلین (MBBA)

در ۱۹۶۹، هانس کلکر موفق به سنتز ماده ای شد که در دمای اتاق دارای یک فاز نماتیک بود، MBBA، که یکی از رایج ترین موارد تحقیق در بلورهای مایع است. قدم بعدی در تجاری سازی نمایش گرهای بلورهای مایع سنتز مواد مقاوم تر به لحاظ شیمیایی (سیانوبی فنیل ها) با دمای ذوب پایین توسط جورج گری بود. در ۱۹۹۱، زمانی که نمایش گرهای بلور مایع به خوبی فراگیر شده بودند، پیر-گیل دی جنس نوبل فیزیک را "برای کشف این که روش های توسعه یافته برای مطالعه ی پدیده های منظم (order phenomena) در سیسم های ساده را می توان به اشکال پیچیده تر ماده، به ویژه به بلورهای مایع و پلیمرها تعمیم داد" دریافت نمود. ۳.فازهای بلور مایع فازهای متعدد LC (که مزوفازها نامیده می شوند) را می توان با نوع ترتیب (ordering) تشخیص داد. می توان ترتیب قرارگیری را تمیز داد (آیا مولکول ها در ترکیب خاصی از یک بلور منظم آراسته شده اند) و نظم جهت گیری (آیا مولکول ها عمدتا در یک راستای خاص جهت یافته اند)، و افزون براین نظم می تواند کوتاهبرد (تنها در مولکول هایی که به هم نزدیک هستند) و یا بلند برد (که به ابعاد بالاتر، گاهی ماکروسکوپیک توسعه می یابد) باشد. بیش تر LCهای ترموتروپیک یک فاز ایزوتروپیک در دمای بالاتر خواهند داشت. به طوری که حرارت در نهایت آن ها را به یک فاز مایع قراردادی -که با نظم مولکولی ایزوتزوپیک و رندوم (نظم بلند برد کم تا فقدان نظم بلندبرد) و سیالیت سیال-مانند، مشخص می شود- سوق می دهد. تحت شرایط دیگر (برای مثال، دمای پایین تر)، یک LC ممکن است دارای دو یا تعداد بیشتری فاز با ساختار سوگیری آنیزوتروپیک چشمگیر و نطم جهتی کوتاه برد باشد، در حالی که همچنان قابلیت سیلان داشته باشد. نظم فازهای بلورهای مایع بر مقیاس مولکولی گسترده است. این نظم تا کل اندازه ی دامنه گسترش می یابد، که می تواند از مرتبه ی میکرومتر باشد، اما معمولا، همان طور که غالبا در جامدات بلوری کلاسیک روی می دهد، تا مقیاس ماکرسکوپی گسترش نمی یابد. اگرچه برخی تکنیک ها، مانند استفاده از کرانه ها یا میدان الکتریکی اعمالی، را می توان به منظور اعمال نیرو بر یک دامنه ی منطم تکین در یک نمونه ی بلور مایع ماکروسکوپی، به کار گرفت. نظم گیری در یک بلور مایع ممکن است تنها در امتداد یک بعد گسترش یابد، در حالی که ماده در دو راستای دیگر اساسا بی نظم باشد.

۳.۱ بلورهای مایع ترموتروپیک فازهای ترموتروپیک فارهایی هستند که در یک محدوده ی مشخص دمایی روی می دهند. اگر دما افزایش یابد، حرکت گرمایی نظم گروهی ظریف فاز LC را از بین خواهد برد، و ماده را به درون یک فاز مایع ایزوتروپیک قراردادی سوق خواهد داد. در دمای بسیار پایین، بیش تر مواد LC یک بلور قراردادی تشکیل خواهند داد. بسیاری LCهای ترموتروپیک، هم زمان با تغییرات دما، واریته هایی از فازها را نشان می دهند. برای مثال، یک نوع خاص از مولکول LC (مزوگن نامیده می شود) همراه با افزایش دما، فازهای متنوع سمتیک و نمتیک (و در نهایت ایزوتروپیک) را نشان می دهد. پارا-آزوکسیانیسول مثالی از یک ترکیب است که رفتار ترموتروپیک LC را نشان می دهد .

۳.۱.۱ فاز نماتیک

گذار فاز میان یک فاز نماتیک (چپ) و یک فاز سمتیک (راست) بین پلاریزورهای متقاطع مشاهده شد. یکی از رایج ترین فازهای LC، فاز نماتیک است. کلمه ی نماتیک از ریشه ی یونانی νημα (نما) مشتق می شود که به مفهوم "رشته" است. این واژه از نواقص توپولوژیکی رشته-مانند در نماتیک ها نشات می گیرد، که به طور قراردادی "دیسکلینیشن" نامیده می شود. نماتیک ها همچنین اثراتی تحت عنوان اثرات "توپولوژیکی خارپشتی" از خود نشان می دهند. در یک فاز نماتیک، مولکول های ارگانیک میله ای شکل یا کالامیتیک هیچ نظم مکانی ندارند، اما این مولکول ها خود به خود در یک راستا قرار می گیرند تا به این ترتیب، نظم جهتی بلندبردی با محور بلند خود که تقریبا به موازات آن قرار گرفته اند، داشته باشند. بیش تر نماتیک ها تک محور هستند: آن ها محوری دارند که بلندتر و مرجح است، و دو محور دیگر معادل هم هستند (تقریبا مانند سیلندر یا میله). اگرچه، برخی بلورهای مایع نماتیک های دومحوری هستند، به این معنا که افزون بر جهت گیری در راستای محور بلندشان، در راستای یک محور دوم نیز جهت می یابند. نماتیک ها سیالیتی شبیه به مایعات عادی (ایزوتریپیک) دارند، اما می تواند بوسیله ی یک میدان الکتریکی یا مغناطیسی خارجی هم خط شوند. نماتیک های هم راستا شده ویژگی های اپتیکی بلورهای تک محور را دارند و همین سبب می شود که در نمایش گرهای بلور مایع (LCD) بسیار بسیار مفید باشند.

۳.۱.۲ فازهای سمتیک

 طرح شماتیک همراستایی در فازهای سمتیک. فاز سمتیک A (چپ) مولکول هایی دارد که در لایه هایی ترتیب یافته اند. در فاز سمتیک C (راست)، مولکول ها درون لایه ها مورب شده اند.

فازهای سمتیک را که در دماهای پایین تر از دمای فاز نماتیک یافت می شوند، لایه های خوش-تعریفی تشکیل می دهند که می توانند به صورتی مشابه با آن چه در صابون روی می دهد، روی هم سر بخورند. بنابراین، سماتیک ها به لحاظ مکانی در امتداد یک جهت منظم می شوند. در فاز سمتیک A، مولکول ها در امتداد لایه ی عمود قرار گرفته اند، در حالی که در فاز سمتیک C، مولکول ها نسبت به لایه ی عمود به حالت مورب قرار گرفته اند. این فازها در میان لایه ها مایع-مانند هستند. فازهای سمتیک متنوعی وجود دارند، که همگی با انواع و درجات نظم جهتی و مکانی مشخص می شوند.

۳.۱.۳ فازهای چیرال

طرح شماتیک نظم در فازهای بلور مایع چیرال. فاز نماتیک چیرال (چپ)، که فاز کلستریک نیز نامیده می شود، و فاز C* سمتیک (راست).

فاز نمتیک چیرال میزان چیرال بودن (راست یا چپ دستی) را نشان می دهد. این فاز غالبا فاز کلستریک نامیده می شود، زیرا اولین مرتبه در مشتقات کلسترول مشاهده شد. تنها مولکول های چیرال (مولکول هایی که تقارن وارونی ندارند) می توانند به چنین فازی برسند. این فاز یک دوقلویی مولکول ها را عمود بر جهت شاخص، با محور مولکولی موازی با راستای شاخص، نشان می دهد. زاویه ی چرخش محدود میان مولکول های مجاور به واسطه ی انباشتگی نامتقارن آن ها است، که منجر به نطم چیرال بلندبرد می شود. در فاز سمتیک C* (یک آستریسک حاکی از یک فاز چیرال است)، مولکول ها دارای یک نطم مکانی در یک ساختار لایه ای (همانند دیگر فازهای سمتیک)، هستند، و مولکول ها به زاویه ی محدودی نسبت به لایه ی عمود مورب شده اند. میزان چیرال بودن پیچش آزیموتی محدودی را از یک لایه به لایه ی دیگر، القا می کند، و به این ترتیب سبب پیچش حلزونی محور مولکولی در امتداد لایه ی نرمال می شود.

فاز نماتیک چیرال؛

P به درجه ی چیرال بودن بازمی گردد

درجه ی چیرال بودن، به فاصله ای اشاره دارد که مولکول های LC تحت آن یک تاب کامل ۳۶۰ درجه را پشت سر می گذارند (اما توجه کنید که ساختار فاز نماتیک چیرال خودش را در هر نیم درجه تکرار می کند زیرا این شاخص های فاز در ۰ و ۱۸۰ درجه معادل هستند). درجه، p، نوعا زمانی که دما تغییر می یابد و یا زمانی که دیگر مولکول ها به LC میزبان اضافه می شوند (یک ماده ی LC میزبان آچیرال، یک فاز چیرال تشکیل خواهد داد اگر با یک ماده ی چیرال دوپ شود)، که سبب می شود درجه ی (pitch) یک ماده ی داده شده به تناسب تنظیم شود. در برخی سیستم های بلور مایع، P از مرتبه ی طول موج نورمرئی است. این سبب می شود که این سیسم ها ویژگی های اپتیکی یکسانی را نشان دهند، مانند بازتاب براگ و تابش لیزری با تریشلد پایین، و این ویژگی ها در تعدادی از کاربردهای اپتیکی مورد استفاده قرار می گیرند. برای مورد بازتاب براگ، اگر نور در راستای محور هلیکال بتابد، تنها بازتاب با کم ترین مرتبه امکان پذیر است، در حالی که برای تابش حاده، تابش های با مرتبه های بالاتر نیز امکان پذیر می گردد. بلورهای مایع کلستریک همچنین این ویژگی یکتا را نشان می دهند که نور پلاریزه ی چرخشی را زمانی بازتاب می کنند که نور در امتداد زاویه ی هلیکال و با قطبش بیضوی بتابد، تنها اگر به صورت حاده بتابد.

۳.۱.۴ فازهای آبی فازهای آبی انواع خاصی از فازهای بلور مایع هستند که در محدوده ی دمایی میان یک فاز نماتیک چیرال و یک فاز مایع ایزوتروپیک نمایان می شوند. فازهای آبی یک ساختار سه بعدی مکعبی از نواقص با دوره تناوب بلور با ابعاد چندصد نانومتر دارند، و بنابراین بازتاب های براگ انتخابی در محدوده ی نور مرئی (بخش مرئی طیف الکترومغناطیس) نشان می دهند، که متناسب با بلور ۳بعدی است. اگرچه فازهای آبی برای مدولاتورهای نور سریع یا کریستال های فوتونیک قابل تنظیم مورد توجه هستند، محدوده ی بسیار باریک دمایی که در آن فازهای آبی وجود دارند، معمولا کم تر از چند کلوین، همواره به صورت یک مشکل باقی مانده است. اخیرا، تثبیت فازهای آبی روی محدوده ی دمایی بیش تر از ۶۰ کلوین مشتمل بر دمای اتاق (۳۲۶-۲۶۰ کلوین) به اثبات رسیده است. افزون براین، سوییچ الکترو-اپتیکی با زمان های پاسخ از مرتبه ی ۱/۰ میلی ثانیه برای فازهای تثبیت شده ی آبی در دمای اتاق نشان داده شده است. در ماه می ۲۰۰۸، اعلام شد که نخستین پنل فاز ابی مد LCD به بازار آمد. ۳.۱.۵ فازهای دیسکوتیک مولکول های LC دیسک شکل می توانند خودشان را در یک طرح لایه مانند شناخته شده تحت عنوان فاز نمتیک دیسکوتیک بازآرایی کنند. اگر دیسک ها روی هم توده شوند، فاز حاصل ستونی دیسکوتیک نامیده می شود. خود ستون ها را می توان به آرایه های هگزاگونال یا مستطیلی طبقه بندی نمود. فازهای دیسکوتیک چیرال، مشابه با فاز نماتیک چیرال، نیز به خوبی شناخته شده است.

۳.۲ بلورهای مایع لیوتروپیک

ساختار بلور لیوتروپیک. سرهای قرمزرنگ مولکول های سورفاکتانت در تماس با آب هستند، در حالی که دنباله ها در روغن فرورفته اند (آبی): دولایه (چپ) و میسل (راست) یک بلور مایع لیوتروپیک از دو یا تعداد بیش تری اجزا تشکیل می شود که ویژگی های مایع-بلوری را در محدوده های غلظتی خاصی نشان می دهد. در فازهای لیوتروپیک، مولکول های محلول فضای اطراف ترکیبات را پر می کنند تا به این ترتیب سیالیت لازم را برای سیستم را ایجاد کنند. برخلاف بلورهای مایع ترموتروپیک، این بلورهای لیوتروپیک درجه ی آزادی دیگری نیز دارند که مربوط به غلظت است و آن ها را قادر به ایجاد واریته ای از فازهای متفاوت می نماید. یک ترکیب، که دو بخش مخلوط نشدنی آب دوست و آب گریز درون یک مولکول دارد، یک مولکول دوگانه دوست نامیده می شود. بسیاری مولکول های دوگانه دوست بسته به حجمی که میان بخش آب دوست و آب گریز تعادل ایجاد می کند، دنباله های فاز مایع-بلوری لیوتروپیک نشان می دهند. این ساختارها از طریق افتراق میکر-فاز دو ترکیب ناسازگار در مقیاس نانو، تشکیل می شوند. صابون یک مثال هرروزه از بلور مایع لیوتروپیک است. محتوای آب یا هر مولکول محلول دیگر، ساختارهای خود-اتصال را تغییر می دهد. در غلظت بسیار پایین دوگانه دوست، مولکول ها به طور تصادفی و بدون هیچ نظمی پراکنده خواهند شد. در غلظت های کمی بالاتر (اما هم چنان پایین)، مولکول های دوگانه دوست به طور لحظه ای به صورت میسل ها یا وزیکول ها تجمع می یابند. این فرآیند به نحوی صورت می گیرد که دنباله های آب گریز مولکول دوگانه دوست درون هسته ی میسل "پنهان" می شوند، و یک سطح آب دوست (محلول در آب) در معرض محلول قرار می گیرد. اگرچه، این اجسام کروی خودشان را در محلول منظم نمی کنند. در غلظت های بالاتر، اجتماع مولکول های دوگانه دوست نظم خواهند یافت. این فاز نوعی، فاز ستونی هگزاگونال است، که در آن مولکول های دوگانه دوست سیلندرهای طویل تشکیل می دهند (مجددا با یک سطح آب دوست) که خودشان را در یک بلور هگزاگونال تقریبی منظم می کنند. این فاز صابونی بینابینی نامیده می شود. در غلظت های بالاتر، یک فاز لایه لایه (فاز صابونی مرتب) می تواند شکل بگیرد، که درون آن صفحات ممتدی از مولکول های دوگانه دوست توسط لایه های نازک آب از هم جدا شده اند. برای برخی سیستم ها، یک فاز مکعبی (همچنین ایزوتروپیک ویسکوز نامیده می شود) ممکن است میان فازهای لایه لایه و هگزاگونال موجود باشد، که درون آن کره هایی تشکیل می شوند که یک شبکه ی مکعبی چگال را ایجاد می کنند. این کره ها ممکن است همچنین به یکدیگر متصل شوند و یک فاز مکعبی به هم پیوسته را ایجاد کنند. اجسامی که توسط دوگانه دوست ها ایجاد می شوند معمولا کروی هستند (همانند مورد میسل)، اما همچنین ممکن است دیسک شکل (بای سل ها)، میله ای شکل، و یا دو محوری (هرسه محور میسل تمیز پذیر هستند) نیز باشند. این نانوساختارهای خوداجتماعی آنیزوتروپیک می توانند خودشان را تا حد زیادی شبیه آن چه در بلورهای مایع ترموتروپیک روی می دهد، نظم ببخشند.(مانند یک فاز نماتیک از میسل های لوله ای شکل). برای برخی سیستم ها، در غلظت های بالا، فازهای معکوس مشاهده می شوند. به طوری که، می توان فاز ستونی هگزاگونال معکوسی (ستون های آب محصور شده درون مولکول های دوگانه دوست) و یا یک فاز میسلی معکوس (یک نمونه بلور مایع بالک با حفره های آب) تولید نمود. یک روند پیشروی کلی فازها، از غلظت پایین دوگانه دوست تا غلظت بالا، به صورت زیر است: - فاز مکعبی ناپیوسته (فاز مکعبی میسلی) - فاز هگزاگونال (فاز ستونی هگزاگونال) (فاز بینابینی) - فاز لایه لایه - فاز مکعبی پیوسته - فاز ستونی هگزاگونال معکوس - فاز مکعبی معکوس (فاز میسلی معکوس)

حتی در میان فازهای یکسان، ساختارهای خود آن ها به وسیله ی غلظت قابل تنظیم است: برای مثال در فاز لایه لایه، فاصله ی میان لایه ها با حجم محلول افزایش می یابد. از آن جا که بلورهای مایع لیوتروپیک بر پایه ی تعادل ظریفی میان برهم کنش های بین مولکولی قرار دارند، تحلیل ساختارها و ویژگی هایشان نسبت به بلورهای مایع ترموتروپیک مشکل تر است.فازها و مشخصه های مشابه را می توان در کوپلیمرهای دیسبلاک مخلوط ناشدنی مشاهده نمود.

۳.۳ بلورهای مایع متالوتروپیک فازهای بلوری مایع همچنین می توانند بر مبنای فازهای غیر ارگانیک با دمای ذوب پایین مانند ZnCl۲ قرار گیرند، که که ساختاری متشکل از تتراهدرال و به سهولت تشکیل شیشه می دهند. افزودن مولکول های صابون مانند زنجیره ای به سری هایی از فازهای جدید منتهی می شود که واریته ای از رفتار بلوری مایع را، هم به صورت تابعی از نسبت ترکیب غیر ارگانیک به ارگانیک و نیز دما، هردو، نشان می دهد. این دسته از مواد متالوتروپیک نامیده می شوند.

۴.بلورهای مایع بیولوژیکی فازهای بلورمایع لیوتروپیک در سیستم های زنده فراوان هستند، که مطالعه ی آن ها تحت عنوان پلی مورفیسم شناخته می شود. بنابراین، بلورهای مایع لیوتروپیک توجه خاصی را در زمینه ی شیمی بیومیمتیک به خود جذب کرده است. به طور ویژه، غشاهای بیولوژیکی و غشاهای سلولی شکلی از بلور مایع هستند. مولکول های تشکیل دهنده ی آن ها (برای مثال فسفولیپیدها) به سطح غشا عمود هستند، و با این حال غشا انعطاف پذیر است. این لیپیدها در شکل متنوع هستند. مولکول های تشکیل دهنده را به سهولت در هم ممزوج می شوند، اما تمایل به ترک کردن غشا ندارند زیرا فرآیند ترک غشا به انرژی بالایی نیاز دارد. مولکول های لیپید می توانند از یک سمت غشا به سمت دیگر حرکت فلیپ انجام دهند، که این فرآیند توسط فلیپازها و فلوپازها (بسته جهت چرخش) انجام می شود. این فاز غشای بلور مایع همچنین میزبان پروتئین های مهمی مانند گیرنده هایی است که به آزادی درون غشا "شناور" هستند، و یا پروتئین هایی که بخشی از انها بیرون از غشا قرار می گیرد مانند CCT. بسیاری ساختارهای بیولوژیکی رفتار LC از خود نشان می دهند. برای مثال، محلول پروتئینی غلیظی که عنکبوت برای ساختن تار دفع می کند، در حقیقت، یک فاز بلور مایع است. نظم دقیق مولکول های درون تار عنکبوت برای استحکام معروف آن حیاتی است. DNA و بسیاری پلی پپتیدها هم چنین می توانند فاز LC تشکیل دهند و همین مطلب نیز بخش عمده ای از پژوهش آکادمیک حاضر را تشکیل می دهد

.

۵.تشکیل الگو در بلورهای مایع ناهمسان گردی بلورهای مایع ویژگی ای است که در سیالات دیگر مشاهده نمی شود. این ناهمسان گردی سبب می شود سیلان بلورهای مایع با اختلاف بیش تری نسبت به سیالات معمولی رفتار کند. برای مثال، تزریق شاری از یک بلور مایع میان دو صفحه ی نزدیک موازی (پنجه گذاری ویسکوز (viscous fingering))، منجر به جهت گیری مولکول ها برای جفت شدن با مایع، با واگرایی حاصل از الگوهای دندریتیک می شود. این ناهمسان گردی هم چنین در انرژی صفحه ی میانی (کشش سطحی) بین فازهای بلور مایع مختلف نیز آشکار می شود. این ناهمسان گردی شکل تعادل را در دمای هم زیستی تعیین می کند، و چنان قوی است که معمولا در سطوح کوچک پدیدار می گردند. زمانی که دما تغییر می یابد، یکی از فازها رشد می کند، و مورفولوژی های متفاوتی را بسته به تغییر دما تشکیل می دهد. از ان جا که رشد توسط انتشار کنترل می شود، ناهمسان گردی در رسانش گرمایی تمایل به رشد در برخی جهات خاص دارد، که همچنین اثری بر شکل نهایی دارد.

۶.رفتار تئوری بلورهای مایع رفتار تئوری میکروسکوپی فازهای سیال می توانند کاملا پیچیده باشند، به طوری که چگالی بالای ماده، به این معنی است که برهم کنش های قوی، دافعه های سخت-هسته، و اثرات متقابل بس ذره ای (Many body) را نمی توان نادیده گرفت. در مورد بلورهای مایع، ناهمسان گردی در تمامی این برهم کنش ها تحلیل را پیچیده تر می کند. تعدادی تئوری های انصافاً ساده وجود دارند، اگرچه، این تئوری ها دست کم می توانند رفتار کلی گذار فازها را در سیستم های بلور مایع پیش بینی کنند. ۶.۱ شاخص همان طور که در بالا دیدیم، بلورهای مایع نماتیک متشکل از مولکول های میله ای شکلی با محور بلند مولکول های مجاور هستند که تقریبا با هم هم راستا شده اند. برای ایجاد امکان تشکیل چنین ساختار ناهمسان گردی، یک بردار یکه ی بدون بعد n که هادی نامیده می شود، برای نمایش راستای جهت گیری مرجح مولکول ها در همسایگی هرنقطه وارد می شود. از آنجا که هیچ قطبیت فیزیکی در راستای محور هادی وجود ندارد، n و –n کاملا معادل هستند.

۶.۲ پارامتر نظم

هادی نماتیک موضعی، که محور اپتیکی موضعی نیز هست،

توسط میانگین فضایی و دمایی محور مولکولی بلند داده شده است.

توصیف بلورهای مایع مشتمل بر تحلیلی از نظم است. یک پارامتر نظم تانسور برای توصیف نظم جهتی یک بلور مایع به کارمی رود، اگرچه، یک پارامتر نظم اسکالر معمولا برای توصیف بلور مایع نماتیک کافی است. به منظور کمی نمودن آن، یک پارامتر نظم جهتی معمولا بر مبنای میانگین دومین چندجمله ای لژاندر تعریف می شود:

که در آن تتا زاویه ی میان محور مولکول LC و هادی موضعی است (که "جهت مرجح" در یک المان حجم از یک نمونه بلور مایع است، هم چنین محور اپتیکی موضعی آن را نشان می دهد). براکت ها نشان نهنده ی میانگین دمایی و فضایی هردو می باشند. این تعریف مناسب است، زیرا برای یک نمونه ی ایزوتروپیک و کاملا تصادفی، S=0 است، در حالی که برای یک نمونه ی کاملا هم راستا شده، S=1 است. برای یک نمونه ی مایع نوعی، S از مرتبه ی ۳/۰ تا ۸/۰ است، و به طور کلی با افزایش دما کاهش می یابد. در حالت خاص، یک کاهش تند مرتبه ی پارامتر به ۰ زمانی مشاهده می شود که سیستم گذار فازی را از فاز LC به فاز ایزوتروپیک پشت سر می گذارد. پارامتر نظم را می توان به طور تجربی به چند روش اندازه گرفت. برای مثال، روش های دیامغناطیس، بای ریفرانژ، پراش رامان، NMR و EPR را می توان برای تعیین S به کار گرفت. نظم یک بلور مایع را نیز می توان با استفاده از دیگر چند جمله ای های زوج لژاندر مشخص نمود (تمام چند جمله ای های فرد میانگین کلی صفر دارند، زیرا هادی می تواند به هریک از دو جهت پادموازی نشانه رود). این میانگین های مرتبه ی بالاتر سخت تر اندازه گیری می شوند، اما می توانند اطلاعات اضافی در مورد نظم مولکولی در بر داشته یاشند.

یک پارامتر نظم مکانی، هم چنین برای توصیف نظم یک بلور مایع به کار می رود. این پارامتر با تغییر دانسیته ی مرکز جرم مولکول های بلور مایع در امتداد یک بردار داده شده مشخص می شود. در مورد تغییرات مکانی در راستای محور Z، دانسیته P(Z) غالبا با رابطه ی ذیل داده می شود:

پارامتر نظم مکانی کمپلکس به صورت و P دانسیته ی میانگین، تعریف می شود. نوعاً ، تنها دو جمله ی نخست نگه داشته می شوند و از جملات مرتبه ی بالاتر صرف نظر می شود، زیرا بیش تر فازها را می توان به خوبی با استفاده از توابع سینوسی توصیف نمود. برای یک فاز نماتیک تمام عیار، w=0 است و برای یک فاز سمتیک W مقادیر مختلط می گیرد. ماهیت مختلط این پارامتر نظم امکان توازی های بسیار میان گذارهای فاز سمتیک و نماتیک و گذارهای رسانا به ابررسانا را امکان پذیر می کند. ۶.۳ مدل سخت-میله اُنساگِر مدل سخت-میله یک مدل ساده است که گذارهای فاز لیوتروپیک را پیش بینی می کند، که توسط لارس انساگر پیشنهاد شد. این نظریه حجم خارج شده از مرکز جرم یک استوانه ی ایده آل را هم چنان که به استوانه ی دیگری نزدیک می شود، در نظر می گیرد. به طور ویژه، اگر استوانه ها موازی با هم قرار گرفته باشند، حجم بسیار کمی وجود دارد که از مرکز جرم استوانه ی نزدیک شونده خارج می شود (استوانه ی مزبور می تواند کاملاً به استوانه ی دیگر نزدیک شود). گرچه، اگر سیلندرها در زاویه ی یکسانی نسبت به هم باشند، آن گاه حجم بزرگی وجود دارد که استوانه ای را در برمی گیرد که مرکز جرم استوانه ی نزدیک شونده نمی تواند وارد آن شود (به دلیل دافعه ی سخت-میله میان دو جسم ایده آل). بنابراین، این ترکیب بندی زاویه ای با کاهشی در آنتروپی مکانی شبکه ی استوانه ی نزدیک شونده روبرو می شود (حالت های قابل دسترس کم تری وجود دارند). بینش اصلی در این جا این است که، در حالی که ترکیب بندی موازی اجسام آنیزوتروپ منجر به کاهش در آنتروپی جهتی می شود، افزایشی در آنتروپی مکانی وجود دارد. بنابرین، در برخی موارد، نظم مکانی بالاتر به لحاظ انتروپی مطلوب تر است. بنابراین این نظریه پیش بینی می کند که محلولی از اجسام میله ای شکل گذار فازی را به فاز نمتیک، در غلظت کافی، پشت سر خواهند گذاشت. گرچه این مدل به لحاظ مفهومی کمک کننده است، فرمول بندی ریاضی آن فرض های بسیاری را در نظر می گیرد که کاربرد ان را در مورد سیستم های واقعی محدود می کند. ۶.۴ نظریه ی میدان میانگین میر-سواپ این نظریه ی آماری، که توسط آلفرد سواپ و ویلهلم میر پیشنهاد شد، شامل مشارکت هایی از یک پتانسیل بین مولکولی جاذب حاصل از یک ممان دوقطبی میان مولکول های بلور مایع است. این جاذبه ی آن ایزوتروپ هم خطی موازی مولکول های مجاور را تثبیت می کند، و سپس نطریه یک میدان میانگین از برهم کنش را در نظر می گیرد. با حل خودسازگار، این نظریه گذارهای فازی نمتیک-ایزوتروپیک ترموتروپیک را پیش بینی می کند که با تجربه سازگار است. ۶.۵ مدل مک میلان مدل مک میلن که توسط ویلیام مک میلان پیشنهاد شد، بسطی از نطریه ی میدان میانگین میر-سواپ است که برای توصیف گذار فاز یک بلور مایع از فاز نمتیک به یک فاز سمتیک A به کار می رود. این مدل پیش بینی می کند که گذار فاز می تواند بسته به شدت برهم کنش کوتاه برد میان مولکول ها، پیوسته یا ناپیوسته باشد. در نتیجه، این مدل نقطه ی بحرانی سه گانه ای را مجاز می دارد که در آن هر سه فاز نمتیک، ایزوتروپیک و سمتیک A برخورد می کنند. اگرچه این نظریه وجود یک نقطه ی بحرانی سه گانه را پیش بینی می کند، مقدار آن را با موفقیت پیش بینی نمی کند. این مدل دو پارامتر نظم را به کار می گیرد که نظم مکانی و جهتی بلور را توصیف می کنند. اولین پارامتر، میانگین دومین چند جمله ای لژاندر است و دومین پارامتر توسط رابطه ی ذیل داده می شود:

که در آن زی، تتا و دی مکان مولکول ها، زاویه ی میان محور مولکول و هادی و فضای لایه ای هستند. انرژی پتانسیل فرض شده برای یک مولکول تکین توسط رابطه ی زیر داده می شود:

در این جا ثابت آلفا شدت برهم کنش میان مولکول های مجاور را به لحاظ کمی به دست می دهد. پتانسیل برای به دست آوردن ویژگی های ترمودینامیکی سیستم با فرض تعادل گرمایی به کار می رود. این منجر به دو معادله ی خودسازگار می شود که باید به صورت عددی حل شوند، که حل آن ها سه فاز پایدار بلور مایع است. ۶.۶ نظریه ی پیوستگی الاستیک در این فرمالیسم، با یک ماده ی بلور مایع به مثابه ی یک پیوستار برخورد می شود؛ از جزییات مولکولی به کلی صرف نظر می شود. در عوض، این نظریه اختلال هایی را در نظر می گیرد که به یک نمونه ی جهت یافته ی فرضی وارد می شوند. اعوجاج های بلور مایع عموما توسط چگالی انرژی آزاد فرانک توصیف می شوند. می توان این سه نوع اعوجاج را سبب وارد آمدن انرژی زیادی می شوند. این اعوجاج ها توسط شرایط مرزی در دیواره ها ی دامنه و یا ظرف محتوی وارد می آیند. پاسخ ماده را می توان به اجزایی بر مبنای ضرایب الاستیک مربوط به سه نوع اعوجاج مزبور تجزیه نمود. نظریه ی پیوستار الاستیک ابزار ویژه ی قوی ای برای مدل سازی ابزارهای کریستال مایع است.

۷. اثر چیرالیتی پیش تر توضیح داده شد که مولکول های LC چیرال معمولا به مزوفازهای چیرال منتهی می شوند. این بدین معنی است که مولکول باید شکل بخصوصی از عدم تقارن، معمولا یک مرکز استروجنیک (stereogenic) داشته باشد. یک شرط اضافی آن است که سیستم راسمیک (racemic) نباشد. مخلوطی از مولکول های راست-دست و چپ-دست اثر چیرال را خنثی خواهند نمود. اگرچه، به واسطه ی ماهیت مشارکتی نظم گیری بلورهای مایع، حجم کوچکی از دوپانت در یک مزوفاز چیرال دیگر غالبا برای انتخاب راست/چپ دستی دامنه کافی است و همین سبب می شود سیستم به طور سرتاسر چیرال باشد. فازهای چیرال معمولا دارای یک پیچش حلزونی شکل در مولکول های می باشند. اگر گام این پیچش از مرتبه ی طول موج نور مرئی باشد، آن گاه اثرات تداخلی اپتیکی مطلوبی را می توان مشاهده نمود. پیچش چیرالی که در فازهای LC چیرال روی می دهد همچنین سبب می شود سیستم پاسخ های متفاوتی به نور قطبیده ی چرخشی راست دست و چپ دست بدهد. بنابراین این مواد را می توان به عنوان فیلترهای قطبیدگی مورد استفاده قرار داد. این امکان برای مولکول های LC وجود دارد مزوفازهای آچیرال تولید کنند. برای نمونه، در محدوده های مشخصی از غلظت و وزن مولکولی، DNA یک فاز هگزاتیک آچیرال تشکیل می دهد. یک مشاهده ی جالب اخیر در مورد تشکیل مزوفازهای چیرال از مولکول های LC آچیرال است. به طور ویژه، برای مولکول های مرکز-خمیده (bent-core) (گاهی بلورهای مایع موزی نامیده می شوند) نشان داده شده است که می توانند فازهای بلور مایع چیرال تشکیل دهند. در هر نمونه ی خاص، نظم چیرال قوی حضور دارد. مکانیسم ظاهری این چیرالیتی میکروسکوپی هنوز به طور کامل روشن نیست. روشن است که مولکول ها در لایه هایی توده می شوند و خودشان را در آرایشی مورب درون لایه ها جهت می دهند. این فازهای بلور مایع ممکن است فروالکتریک یا آنتی-فروالکتریک باشند، که هردو برای کاربردهایی مورد توجه می باشند. چیرالیتی را هم چنین می توان با افزودن یک دوپانت چیرال، به فازی تبدیل نمود که مولکول های LC به خودی خود نمی توانند. مخلوط های نمتیک-تابیده یا نمتیک-فوق تابیده غالبا شامل میزان کمی از چنین دوپانت هایی هستند.

۸.کاربردهای بلور مایع

ساختار بلور مایع نمایش دهنده ی : ۱- فیلتر قطبیدگی عمودی، ۲و۴- محفظه ی شیشه ای با الکترودها، ۳- بلورهای مایع، ۵- فیلتر قطبیدگی افقی، ۶- بازتابنده، است.

بلورهای مایع کاربرد گسترده ای در نمایش گرهای بلور مایع دارند، که بر مبنای ویژگی های اپتیکی مواد بلوری مایع بخصوصی در حضور یا غیاب یک میدان الکتریکی قرار دارند. در یک وسیله ی نوعی، یک لایه ی بلور مایع (نوعا با ضخامت ۱۰ میکرومتر) بین دو پلاریزور متقاطع (با زاویه ی ۹۰ درجه نسبت به هم) قرار دارد. راستای قرارگیری بلور مایع به نحوی انتخاب می شود که فاز در حال استراحت آن تابیده باشد. این فاز تابیده نوری را که از میان پلاریزور اول عبور کرده است منحرف می کند، و عبور آن را از میان یک پلاریزور دوم (و بازگشت به سمت مشاهده گر در صورت وجود بازتاب کننده) ممکن می سازد. بنابراین این دستگاه شفاف به نظر می رسد. زمانی که یک میدان الکتریکی به لایه ی LC اعمال شود، محور بلند مولکولی تمایل به موازی شدن با میدان الکتریکی و باز شدن آرام تاب آن در مرکز لایه ی بلور مایع را دارد. در این حالت، مولکول های LC نور را منحرف نمی سازند، بنابراین نور پلاریزه شده در پلاریزور اول در پلاریزور دوم جذب می شود، و شفافیت دستگاه با افزایش ولتاژ کاهش می یابد. در این مسیر، از میدان الکتریکی می توان برای ساختن یک سوییچ پیکسلی میان دکمه ی شفاف و مات استفاده کرد. سیتم های رنگی LCD از همین تکنیک، با فیلترهای رنگی برای تولید پیکسل های آبی، سبز و قرمز، استفاده می کنند. اصول مشابهی را می توان برای ساخت دیگر ابزارهای اپتیکی بر مبنای بلورهای مایع به کار برد. LCهای چیرال ترموتروپیک که گام آنها با دما به شدت تغییر می کند را می توان به عنوان ترمومترهای خام مورد استفاده قرار داد، زیرا رنگ ماده همراه با گام تغییر می کند. گذارهای رنگی بلور مایع در بسیاری ترمومترهای آبزیگاه ها (آکواریوم ها) و استخرها و نیز در ترمومترهای به کاررفته برای نوزادان یا حمام ها مورد استفاده قرار می گیرند. دیگر مواد بلور مایع با کشیده شدن یا فشرده شدن تغییر رنگ می دهند. بنابراین، ورقه های بلور مایع غالبا در صنعت برای جستجوی نقاط داغ (hot spots)، جریان گرمای نقشه، الگوهای اندازه گیری توزیع استرس و امثال آن به کار می رود. بلور مایع در شکل سیال برای آشکارسازی نقاط داغ تولید شده به صورت الکتریکی بریا تحلیل شکست در صنعت نیمه رسانا به کار می رود. واحدهای حافظه ی بلور مایع با ظرفیت گسترده در تجهیزات کشتیرانی شاتل فضای مورد استفاده قرار گرفت.

9. بلور مایع پخش شده در پلیمر
یک لایه بلور مایع پخش شده در پلیمر، از تعداد بسیار زیادی قطره بلور مایع تشکیل شده که در یک ماتریس پلیمری پخش شده‌اند. ایده‌ی مهم و متمایز کننده‌ PDLCها تشکیل سیستم‌هایی با نسبت سطح به حجم بالاست. قطعات بلور مایع سنتی از یک لایه‌ی نازک بین دو زیرلایه‌ی موازی تشکیل شده‌اند. زیرلایه‌ها طوری فراوری می‌شوند که آرایش منظمی از بلور مایع در هر سطح به‌ دست می‌آید. سیستم‌های PDLC از چند جنبه‌ی اساسی دیگر با قطعات بلور مایع متفاوت هستند.نخست این‌که در سیستم‌های PDLC افزایش زیادی در مساحت سطحی نسبی وجود دارد. مساحت سطح کل در یک سیستم PDLC دست‌کم یک مرتبه‌ی بزرگی بزرگ‌‌تر از این مقدار در نمونه‌هایی با زیرلایه‌های موازی است. بر خلاف هندسه‌ی صفحه‌ی موازی، سطوح داخلی در فیلم‌های PDLC انحنا دارند. سطوح منحنی منجر به جهت‌گیری‌ها و ساختارهای نقص می‌شود که در قطعات بلور مایع صفحه موازی یافت نمی‌شود. تنوع زیادی از ساختارهای پلیمری داخلی در مواد PDLC یافت می‌شود. بلورهای مایع هم می‌توانند به صورت قطره‌های ناپیوسته وجود داشته باشند و هم به صورت شبکه‌ای نافذ از پلیمر و یا چیزی بین این دو حالت. سیستم‌های بلور مایع پخش شده از جمله قطره‌های سیگاری شکل، ساختارهای گوی‌چه مانند، ساختار قطره‌ی دوقطبی، قطره‌های عدسی شکل شناور بر سطح آب و هم‌چنین ساختارهای بلور مایع نماتیک و اسمکتیک در لوله‌های مویین از نیمه‌ی قرن گذشته موضوع تحقیقات موردی بوده است.

10. بلور مایع پایدار شده با پلیمر
دومین رژیم مجزای ترکیبات بلور مایع و پلیمر، بلور مایع پایدار شده با پلیمر هستند. در مقابل PDLCها که غلظت بالایی از پلیمر(بیش از 30%)در آن‌ها به کار می‌رود و پلیمر یک ماتریس همسان‌گرد ایجاد می‌کند و بلورهای مایع در حوزه‌های کوچک قرار می‌گیرند، PDLCها شامل مقدار کمی پلیمر(کمتر از 10 %)هستند. فاز بلور مایع در PDLCها یک شاره‌ی پیوسته را تشکیل می‌دهد که یک شبکه‌ی پلیمری ناهمسان‌گرد در آن نفوذ کرده است. در سال 1990، Hikmat، در ازمایش‌گاه‌های تحقسقاتی فیلیپس یک ژل ناهمسان‌گرد را گزارش کرد که از مقدار کمی بلور مایع دی‌آکریلات یک شبکه‌ی ناهمسان‌گرد پلیمری در یک سلول با آرایش موازی ایجاد کرد و خواص الکترواپتیکی چنین ژلی را بررسی کرد و در آن‌ها پراکندگی قابل کنترل با میدان الکتریکی، سرعت پاسخ بالاتر و ولتاژ کاری کمی بالاتر نسبت به بلور مایع خالص مشاهده کرد. PDLCها در نمایش‌گرها به کار می‌روند.

11. HPDLC
سومین دسته از ترکیبات بلور مایع و پلیمر، HPDLCها هستند که به نوعی زیرمجموعه‌ی PDLCها هستند. PDLCهای شکل گرفته از طریق هولوگرافی، آخرین نسل از انواع PDLCها می‌باشند. در این نوع ساختارها بر خلاف پلیمرهای حل شده در پلیمر، قطره‌های بلور مایع در کنار یکدیگر تشکیل صفحات متناوب بلور مایع را می‌دهند که صفحات پلیمری در بین این صفحات قرار گرفته‌اند. اساس شکل‌گیری چنین ساختارهایی مبتنی بر واکنش فوتوپلیمریزاسیون مونومرها در ناحیه‌های تحت تابش لیزر یا UV و نفوذ بلورهای مایع به ناحیه‌های تاریک می‌باشد. چنین ساختارهایی را عمدتا تحت طرح تداخلی حاصل از دو باریکه‌ی لیزر و یا با استفاده از ماسک و پرتو لیزر یا UV می‌توان ایجاد کرد.