Mesógeno

Un mesógeno es un compuesto que muestra propiedades de cristal líquido . ^{[1] [2]} 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 cristalino líquido. ^[1] Este estado cristalino líquido (LC) se llama mesofase y ocurre entre el estado sólido cristalino (Cr) y el estado líquido isotrópico (Iso) en rangos de temperatura distintos. ^[2]

Las propiedades de los cristales líquidos surgen porque los compuestos mesógenos están compuestos de partes rígidas y flexibles, que ayudan a caracterizar el orden y la movilidad de su estructura. ^[2] Los componentes rígidos alinean las fracciones mesógenas en una dirección y tienen formas distintivas que se encuentran típicamente en forma de varilla o disco. ^[2] Los segmentos flexibles proporcionan movilidad a los mesógenos porque generalmente están formados por cadenas de alquilo, que dificultan la cristalización hasta cierto punto. ^[2] La combinación de cadenas rígidas y flexibles induce la alineación estructural y la fluidez entre las fracciones de cristal líquido. ^[2]

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 cristalino líquido menos ordenado y más fluido o mesofase que se basa en el núcleo rígido de fracciones mesógenas. ^{[1] [2]} La fase nemática conduce a un orden orientacional de largo alcance y un orden posicional de corto alcance de los mesógenos. ^{[1] [2]} Las fases esméctica (Sm) y columnar (Col) son más ordenadas y menos fluidas que sus fases nemáticas y demuestran un orden orientacional de largo alcance de núcleos rígidos en forma de varilla y disco, respectivamente. ^{[1] [2]}

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 esméctica A; SmC es la fase esméctica C; y Col es la fase columnar. ^[2]

Los mesógenos termotrópicos son cristales líquidos que son inducidos por la temperatura ^[1] y existen dos tipos clásicos, que incluyen los mesógenos discóticos y los mesógenos calamíticos . ^[3]

Los 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. ^{[1] [2]}

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). ^[2]

Los mesógenos calamíticos contienen un núcleo rígido en forma de varilla y tienden a organizarse en capas distintivas, formando fases de cristal líquido lamelares o esmécticas (Sm) de orden posicional de largo alcance. ^{[1] [2]} Las fases esmécticas de orden bajo incluyen las fases esmécticas A (SmA) y esmécticas 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). ^[3]

Un ejemplo de un núcleo rígido de tipo mesógeno calamítico es una molécula de varilla basada en 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). ^[2]

Los mesógenos de varilla doblada son mesógenos calamíticos especiales que contienen un núcleo rígido no lineal en forma de varilla o de varilla doblada y se organizan para formar "fases banana". ^[3] Las unidades rígidas de estas fases se empaquetan de manera que se logra la mayor densidad y orden polar, típicamente con el vértice de la varilla doblada apuntando en una dirección. ^[2] Cuando una capa de varillas dobladas apunta en la misma dirección polar que sus capas adyacentes, la organización laminar se conoce como fase PF esméctica (SmPF), donde el subíndice F indica conmutación ferroeléctrica . ^[2] PA esméctica (SmPA) es el término dado a una capa de varillas dobladas que apunta en la dirección polar opuesta a sus capas vecinas, donde A representa conmutación antiferroeléctrica . ^[2]

Otras variaciones de 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 una inclinación distintiva y modos ortogonales de organización laminar. ^[2]

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  Mesógenos calamíticos y discóticos basados ​​en cianuro de bencilo y trifenileno , respectivamente. ^[2]
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  Organización laminar (en capas) de mesógenos calamíticos de orden inferior. La fase esméctica A (izquierda) tiene moléculas organizadas en capas. En la fase esméctica C (derecha), las moléculas están inclinadas dentro de las capas.
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  Redes 2D de mesógenos columnares; Col _hex , Col _squ , Col _rec y Col _ob representan hexagonal, cuadrado, rectangular y oblicuo. ^[2]

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  Organización laminar (en capas) de mesógenos calamíticos en forma de varilla doblada, incluidas las fases esmécticas PF y PA ^[2]
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  Un mesógeno de varilla doblada (calamítico), donde la fase C esméctica antiferroeléctrica existe entre 145 °C (cristal) y 162 °C (líquido isotrópico). ^{[2] [3]}