La diffraction des rayons X par les cristaux liquides - Tome 2, livre ebook

Les cristaux liquides sont des substances qui présentent un ou plusieurs états de la matière intermédiaires entrele solide cristallin et le liquide usuel. Ces états cristaux-liquides se caractérisent par les organisations spécifiquesà l’échelle microscopique de leurs constituants : molécules, polymères, nanoparticules… Les cristaux liquides seretrouvent fréquemment dans la vie courante, par exemple dans les dispositifs d’affichage, détergents, matériauxcomposites, structures biologiques. Ils font l’objet d’une recherche active dont l’un des buts est de déterminer leurstructure pour les identifier. Ces études structurales sont le plus souvent effectuées par diffusion de rayonnements,en particulier de rayons X. C’est cette diffusion de rayons X qui fait l’objet de cet ouvrage, qui comporte deux tomes.Le premier tome présentait une introduction aux notions fondamentales de diffusion de rayonnement et décrivaiten détail l’état cristal-liquide le plus courant, appelé « nématique ».Ce second tome est consacré à des états cristaux-liquides plus ordonnés dans lesquels les constituants possèdent, outre l’ordre d’orientation, un ordre de position. Suivant que cet ordre de position se développe dans une, deux ou trois dimensions de l’espace, ces états cristaux-liquides sont respectivement appelés « smectiques », « colonnaires » ou « réseaux tridimensionnels de défauts ». Une première partie (la troisième de l’ouvrage) traite des états smectiques, des plus organisés, très proches des cristaux usuels, aux plus désordonnés, appelés smectiques liquides, éventuellement chiraux, en passant par les smectiques hexatiques. Cette partie décrit aussi les cristaux liquides colonnaires. La dernière partie expose l’étude structurale de réseaux tridimensionnels de défauts : cristaux d’interfaces et réseaux spécifiques des molécules chirales. Enfin, une annexe récapitule l’identification par diffusion des rayons X des nombreuses structures des cristaux liquides et une autre en propose une classification uniquement basée sur les propriétés de symétrie.

Table des matières du tome II

Partie III Périodicité des structures mésomorphes . . . . . . . . . . . . . . . . . 1

Chapitre 6 Smectiques tridimensionnels et désordre moléculaire . . . . 5

6.1 Richesse du polymorphisme smectique . . . . . . . . . . . . . 8

6.2 Les diagrammes de diffraction et les symétries des phases smectiques organisées à trois dimensions 14

6.3 Ordre local dans les phases smectiques organisées à trois dimensions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28

6.4 Conclusions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38

Chapitre 7 L'ordre bidimensionnel dans les smectiques . . . . . . . . . . . 43

7.1 Définitions des réseaux dans les mésophases bidimensionnelles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46

7.2 L'ordre bidimensionnel : définition et fonction de corrélation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53

7.3 Les phases smectiques bidimensionnelles sont elles cristallines ou hexatiques ? . . . . . . . . . . . . . . 59

7.4 Généralisation du concept de mésophase ordonnée . . 64

7.5 Conclusions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82

Chapitre 8 Les phases lamellaires fluides . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85

8.1 Contenu moyen de chaque couche . . . . . . . . . . . . . . . . 90

8.2 Nature de l'ordre lamellaire . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 123

8.3 Les transitions de phases dans les systèmes lamellaires fluides . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 131

8.4 Conclusions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 147

Chapitre 9 Propriétés de symétrie de la molécule et des mésophases lamellaires fluides . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 149

9.1 Composés métallomésogènes, complexes à transfert de charge et sels organiques . . . . . . . . . . . . . 151

9.2 La phase smectique C et les molécules chirales . . . . . 158

9.3 Les molécules arquées et les phases smectiques fluides . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 189

9.4 Conclusions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 195

Chapitre 10 Réseaux bidimensionnels de cylindres ou de colonnes . 199

10.1 La phase hexagonale simple . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 201

10.2 Les différentes symétries des mésophases colonnaires . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 227

10.3 Organisation des molécules dans une colonne . . . . . 248

10.4 Fluctuations et défauts des réseaux de colonnes . . . . 273

10.5 Conclusions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 290

Bibliographie de la partie III . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 293

Partie IV Réseaux tridimensionnels de défauts . . . . . . . . . . . . . . . . . . 327

Chapitre 11 Les cristaux de films (interfaces) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 331

11.1 Groupes de symétrie et topologie des cristaux de films . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 332

11.2 Les phases cubiques micellaires . . . . . . . . . . . . . . . . . . 345

11.3 Les phases cubiques bicontinues . . . . . . . . . . . . . . . . . 352

11.4 Les phases cubiques : cristal et liquide en même temps ? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 367

11.5 Conclusions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 375

Chapitre 12 Réseaux périodiques 3D spécifiques des molécules chirales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 377

12.1 Joints de grains de torsion dans les phases smectiques fluides : phases TGB . . . . . . . . . . . . . . . . . 383

12.2 Modulation tridimensionnelle de l'ordre orientationnel : les phases bleues . . . . . . . . . . . . . . . . . 397

12.3 Ordre périodique tridimensionnel et organisation en couches smectiques . . . . . . . . . . . . . . 408

12.4 Conclusions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 431

Bibliographie de la partie IV . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 435

Conclusions et perspectives . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 457

1 Passage du solide cristallin au liquide anisotrope . . . 459

2 Les mésophases fluides des molécules calamitiques 460

3 Les cristaux de films ou d'interfaces . . . . . . . . . . . . . . 464

4 Les mésophases de molécules discoïdes . . . . . . . . . . . 465

Bibliographie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 467

Annexe A Revue des structures . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 481

A.1 Ordre positionnel périodique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 481

A.2 Ordre orientationnel uniforme : la phase nématique 490

A.3 Torsion spontanée du champ des directeurs . . . . . . . 491

A.4 Réseaux de défauts topologiques engendrés par la tendance à la torsion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 492

Bibliographie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 494

Annexe B Classement des phases et mésophases . . . . . . . . . . . . . . . 497

Index des phases et mésophases . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 513

Liste des séquences de phases . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 517

Index des éléments et composés . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 519

Index des sujets . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 529

Index des noms . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 541

Liste des figures . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 557

Liste des tableaux . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 563