Mesógeno

Un mesógeno es un compuesto que muestra propiedades de cristal líquido. Los mesógenos pueden describirse como sólidos desordenados o líquidos ordenados porque surgen de un estado único de la materia que exhibe propiedades tanto sólidas como líquidas llamado estado líquido cristalino. Este estado líquido cristalino (LC) se llama mesofase y ocurre entre el estado sólido cristalino (Cr) y el estado líquido isotrópico (Iso) en distintos rangos de temperatura.

Las propiedades del cristal líquido surgen porque los compuestos mesógenos están compuestos por partes rígidas y flexibles, que ayudan a caracterizar el orden y la movilidad de su estructura. Los componentes rígidos alinean restos mesógenos en una dirección y tienen formas distintivas que normalmente se encuentran en forma de varillas o discos. Los segmentos flexibles proporcionan movilidad a los mesógenos porque suelen estar formados por cadenas alquílicas, que dificultan hasta cierto punto la cristalización. La combinación de cadenas rígidas y flexibles induce la alineación estructural y la fluidez entre restos de cristal líquido.

Al hacerlo, los distintos grados de orden y movilidad dentro de los mesógenos dan como resultado diferentes tipos de fases de cristal líquido, Figura 1. La fase nemática (N) es el estado o mesofase cristalino líquido menos ordenado y más fluido que se basa en la Núcleo rígido de restos mesógenos. La fase nemática conduce a un orden orientacional de largo alcance y un orden posicional de corto alcance de los mesógenos. Las fases esméctica (Sm) y columnar (Col) son más ordenadas y menos fluidas que sus fases nemáticas y demuestran un orden de orientación de largo alcance de núcleos rígidos en forma de varilla y de disco, respectivamente.

Ejemplos

Figura 1 – Organización de núcleos rígidos en forma de varilla y de disco en fases de cristal líquido de mesógenos, donde Iso es el estado líquido isotrópico; N es la fase nemática del estado de cristal líquido; SmA es la fase A esméctica; SmC es la fase C esméctica; y Col es la fase columnar.

mesógenos termotrópicos son cristales líquidos que son inducidos por la temperatura y existen dos tipos clásicos, que incluyen los mesógenos discóticos y los mesógenos calamíticos.

mesógenos discóticos contienen un núcleo rígido en forma de disco y tienden a organizarse en columnas, formando fases de cristal líquido columnares (Col) de orden posicional de largo alcance.

Un ejemplo de un núcleo rígido de tipo mesógeno discótico es una molécula de disco basada en trifenileno, donde la fase de cristal líquido columnar hexagonal existe entre 66 °C (cristal) y 122 °C (fase líquida isotrópica).

mesógenos calamíticos contienen un núcleo rígido en forma de varilla y tienden a organizarse en capas distintivas, formando fases de cristal líquido (Sm) laminares o esmécticas de orden posicional de largo alcance. Las fases esmécticas de orden inferior incluyen las fases esmécticas A (SmA) y C (SmC), mientras que las fases esmécticas de orden superior incluyen las fases esmécticas B, I, F, G y H (SmB/I/F/G/H).

Un ejemplo de un núcleo rígido de tipo mesógeno calamítico es una molécula de varilla a base de cianuro de bencilo, donde la fase de cristal líquido esméctico A existe entre el rango de temperatura de 60 °C (cristal) y 62 °C (fase líquida isotrópica).

mesógenos de varilla doblada son mesógenos calamíticos especiales que contienen un núcleo rígido con forma de varilla no lineal o con forma de varilla doblada y se organizan para formar "fases de plátano". Las unidades rígidas de estas fases se empaquetan de manera que se logra la mayor densidad y orden polar, generalmente con el vértice de la varilla doblada apuntando en una dirección. Cuando una capa de varillas dobladas apunta en la misma dirección polar que sus capas adyacentes, la organización laminar se conoce como fase esméctica PF (SmPF), donde el subíndice F indica conmutación ferroeléctrica. Smectic PA (SmPA) es el término dado a una capa de varillas dobladas que apunta en la dirección polar opuesta a sus capas vecinas, donde A significa conmutación antiferroeléctrica.

Otras variaciones de las fases de cristal líquido de varilla doblada incluyen: fases antiferroeléctricas/ferroeléctricas esmécticas C (SmCPA/SmCPF) y fases antiferroeléctricas/ferroeléctricas esmécticas A (SmAPA/SmAPF), que tienen modos distintivos de inclinación y ortogonales de organización laminar.

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  Mesógenos calamíticos y discoticos basados en cianuro benzyl y triphenylene, respectivamente.
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  Lamellar (capa) organización de mesógenos calamiticos de bajo orden. La fase smectic A (izquierda) tiene moléculas organizadas en capas. En la fase C (derecha), las moléculas se inclinan dentro de las capas
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  2D lattices of columnar mesogens; Col_Hex, Col_Squ, Col_rec and Col_ob soporte para hexagonal, cuadrado, rectangular y oblicuo.

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  Lamellar (capa) organización de mesógenos calamiticos bent-rod, incluyendo las fases de PF y PA
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  A bent-rod (calamitic) mesógeno, donde existe la fase C esmectica antiferroeléctrica entre 145 °C (crystal) y 162 °C (líquido isótrópico).