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RÉSUMÉ
Découverts à la fin du dix-neuvième siècle, les cristaux liquides possèdent la mobilité des liquides avec les propriétés optiques des cristaux. Outre les applications en affichage de montre et de calculatrice, ces cristaux sont également utilisés pour mesurer des températures de surface. En effet, ces critaux ont la propriété de réfléchir des couleurs différentes lorsque la température varie. Cet article s'intéresse plus particulièrement sur deux phases de ces critaux, les phases cholestériques et nématiques.
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Michel DELISÉE : Ingénieur de Recherche au Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), URA 871 Orsay
INTRODUCTION
Ces substances étranges qui possèdent la mobilité des liquides et les propriétés optiques des cristaux furent découvertes par le chimiste allemand Reinitzer en 1888. En étudiant la fusion du benzoate de cholestéryle, il apparaît un liquide trouble à 145 oC qui ne devient clair qu’à 178 oC.
L’année suivante, Lehmann découvre l’anisotropie optique de la phase trouble et propose le nom de cristaux liquides.
Ensuite, les recherches s’estompent durant un demi-siècle, pour retrouver un intérêt spectaculaire au début des années soixante-dix.
Les applications les plus importantes furent les affichages de montres et de calculatrices, ainsi que la détermination des températures de surface.
Pendant ces vingt dernières années, les cristaux liquides ont suscité un grand intérêt du point de vue de la physique fondamentale [1] [2] et ont donné lieu à de nombreuses publications.
Cette phase intermédiaire entre solide et liquide se subdivise en trois familles distinctes suivant leur arrangement moléculaire 1. Notre intérêt portera principalement sur la phase dite cholestérique ou nématique chirale 2 car c’est celle qui a débouché sur la détermination des températures superficielles et les contrôles non destructifs dans des domaines variés (aérospatial, électronique, mécanique, écoulements fluides...).
La majorité des applications repose sur la propriété particulière de cette phase de réfléchir des couleurs différentes lorsque la température varie. C’est cette propriété qui sera analysée dans cette étude 3.
VERSIONS
- Version archivée 1 de oct. 1978 par Pierre LEYRAL
- Version archivée 2 de oct. 1988 par Pierre LEYRAL
DOI (Digital Object Identifier)
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2. Les cholestériques et les nématiques chiraux
2.1 Propriétés de la phase cholestérique
Cette phase est un état que présentent beaucoup de corps organiques. Certains sont dérivés du cholestérol (esters) ; toutefois, ils ne sont pas limités à ces composants. Ces molécules ont une partie centrale allongée et rigide (formée, par exemple, de plusieurs noyaux aromatiques), et prolongée par plusieurs liaisons (par exemple, liaisons carbone).
Une préparation cholestérique éclairée en lumière blanche réfléchit fortement un domaine spectral Δ λ autour d’une longueur d’onde λ et la lumière recueillie est polarisée circulairement (figure 4).
La longueur d’onde réfléchie λ dépend de la température et, dans une certaine mesure, des angles d’incidence et de réflexion [4].
Si l’on peut observer la lumière monochromatique réfléchie, le liquide cholestérique peut servir d’indicateur optique de température.
Pour expliquer cette réflexion sélective, il est nécessaire de considérer que la structure à plans se comporte comme une succession de plaques optiques biréfringentes dont les axes optiques tournent de manière continue d’une plaque à l’autre.
La réflexion sélective des couleurs présente une certaine analogie avec celle d’un film d’huile à la surface de l’eau, qui réfléchit les couleurs dont la longueur d’onde correspond à un multiple de la demi-épaisseur du film. Ce mécanisme du changement de couleur avec la température s’explique par une variation du pas de l’hélice [5]. Pour la plupart des substances cholestériques, une élévation de température correspond à une diminution du pas de...
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Les cholestériques et les nématiques chiraux
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - DE GENNES (P.G.) - The physic of liquid crystals. - International Series of Monographs on Physics. Oxford. Clarendon Press (1974).
-
(2) - CHANDRASEKHAR (S.) - Liquid crystals. - Cambridge Monographs on Physics. Cambridge University Press (1977).
-
(3) - SZYDLO (N.) - Écrans à cristal liquide. Technologies de fabrication, - E2520, traité Électronique, Techniques de l’Ingénieur, nov. 1997.
-
(4) - PINARD (P.), LEYRAL (P.) - Études fondamentales sur le comportement des cristaux liquides. - Cahier de la Thermique no 3, Températures de surface, mars 1973.
-
(5) - FERGASON (J.L.) - Liquid crystal in nondestructive testing. - Applied Optics volume 7, no 9, p. 1729, sept. 1968.
-
(6) - DE VRIES (H.L.) - Rotatory power and other optical properties of certain liquid crystals. - ...
ANNEXES
LEVEZAC (F.) - Mesure de température de surface par cristaux liquides thermochromiques. Application à la détermination de flux convectif - (1996).
HAUT DE PAGE
Cette liste n’est pas exhaustive
Merck-S.A. (produits de BDH Laboratory Supplies)
Ecofi racheté par les Laboratoires Théranol Deglaude S.A.
Euracli : http://www.euracli.fr
Image Therm Engineering http://www.imagetherm.com
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