ترجع تسمية هذا الطور إلى الكلمة الإغريقية (Nematose)(1) التي تعني ما يشبه الخيوط، وهي الصفة المميزة لتركيب هذا الطور، وجزيئاته مرتبة ٌ في اتجاه المحور الطولي إلا أنّ مراكز ثقل الجزيئات غير مرتبة ( لا تمتلك مرتبة موقعية" ) فبإمكانها الدوران حول المحور الطولي لها فقط، لكنّها تتحرك في ثلاثة اتجاهات وذلك لكونه نظاما" بسيطا" أحادي البعد وذا حرية عالية بشكل مشابه للحالة الايزوتروبية، لذلك يمتاز بسيولة عالية ولزوجة واطئة وبذلك تمتلك مدى" واسعا" من درجات حرارة الانتقال ونظرا" لتغير الموجّه (n) للمحاور الطولية للجزيئات بصورة مستمرة من منطقة إلى أخرى داخل التنظيم الجزيئي عند تعرض هذه الجزيئات إلى مجال كهربائي أو مغناطيسي فانّ اتجاه الجزيئات يحاول كما في الشكل(2) الآتي:
الاصطفاف والاستقامة مع هذا المجال داخل التنظيم(3)، وعند غياب قوى التوجيه الخارجي (الكهربائي والمغناطيسي) فان الموّجه (n) يتغير بشكل مستمر من منطقة إلى أخرى داخل التنظيم الجزيئي ممّا يجعل هذا الطور ذا سيولة عالية ولزوجة قليلة مقارنة بالطور السمكتي، ويظهر هذا الطور في نوعين اولهما، الطور النيماتي الاعتيادي وتمتاز المركبات المكونة لهذا الطور بأنّها غير فعالة ضوئيا أو تتكون من خليط راسيمي (Racemic mixture)(4) كما في المركب الآتي:
أما الآخر فهو الطور الكولستيري (Cholesteric phase)، سميّ بهذا الاسم لأنّه لوحظ لأول مرة في مركب (أسترات الكولسترول) من قبل العالم براون(5) عام (1879م) ويرمز له بالرمز (Ch)، ويسمى كذلك بالبلورات النيماتية-الكيرالية(7,6).
إذا كانت جزيئات البلورة السائلة تحتوي على ذرة كاربون كيرالية (فعالة بصريا) وكانت قادرة" على تكوين الطور النيماتي فأنّها ستكوّن تركيبا" حلزونيا" (helical structure) للطور النيماتي، لذلك أيضا يدعى بالطور النيماتي المظفور (Twisted nematic phase).
إنّ البلورات السائلة النيماتية المظفورة تتألف من تجمعات جزيئية بشكل قضبان من جزيئات عضوية كيرالية، وبسبب وجود تلك المراكز الكيرالية (مراكز غير متناظرة) فأن الجزيئات تتلولب. لذلك يؤدي إلى تكوين التركيب الذي يمكن أن يصوّر بأنّه تجمعُ من طبقاتٍ رقيقةٍ جدا" مرتبة، كلّ منها مظفورة (ملويّة ) مع جانب الجزيئة الأخرى التي تقع في الأعلى، وأيضا" التي تقع في الأسفل، وهكذا تعطي البلورة السائلة تركيبها الحلزوني(6).
ومن الأمثلة على هذا النوع من البلورات السائلة المركبات الآتية(7 ) على التوالي:
والجزيئات في هذا الطور تحاول كذلك صف محاورها بصورة موازية كما هو حال الجزيئات في الطور النيماتي، ويتغير اتجاه الموجة في هذا الطور بطريقة يجعل الشكل يتلولب حول المحور عموديا" على المحور الطولي للجزيئة بحيث تنتظم الجزيئات على شكل ألواح يتغير فيها اتجاه الموجة بزاوية ثابتة عند الانتقال من لوح لآخر مكونا" شكلا حلزونيا، وقد اثُبت الشكل الحلزوني من خلال دراسة الصفات الضوئية لطبقة رقيقة من الطور الكوليستيري(8).
ومن خواصه الفيزيائية المهمة هي ظاهرة الانعكاس الاختياري Selective Reflectance حيث يتميز بألوانه البراقة.
الجزيئات في الطور النيماتي بشكل عام تكون ذات اتجاه موازٍ تقريبا" للمحور الطولي ولتوضيح ترتيب الجزيئات ضمن الشبكة البلورية في البلورات السائلة فانّه لابد من توضيح مفهومين أساسيين هما(9):
أولا"- الموجّه (Director) حيث يرمز له بالرمز (→n) وهي قيمة متجهة ويمثل محصلة اتجاهات الجزيئات في كل نقطة من نقاط الطور الوسطي الذي ينطبق مع المحور البصري للطور ويمكن أن يتخذ الموجّه اتجاهاتٍ معينة ويتغير من نقطة إلى أخرى ضمن الطور مسببا" نشوء المظهر العكر لهذه الأطوار.
ثانيا"- معامل الانتظام أو معامل الترتيب التوجيهي (S) Orientational Order Parameter
يمثل مقياس مدى انتظام الجزيئات نسبة إلى الموجّه ويرمز له بالرمز (S)، وقد مثّله العالم الروسي زويتكوف (Tsvetkov) عام (1942)(10) في معادلته الآتية:
حيثθ الزاوية المحصورة بين المحور الطولي والموّجه.
أمّا الأقواس الزاوية (<>) فتشير إلى المعدل حول كل الجزيئات، وتتأثر قيمة S تأثرا" كبيرا" بدرجات الحرارة فهي مساوية إلى الواحد الصحيح في الحالة الصلبة، في حين تكون مساوية للصفر في الحالة الايزوتروبية بسبب الحركة العشوائية للجزيئات، أمّا في حالة البلورات السائلة فتتراوح بين القيمتين السابقتين 1)>S>0) ويعتمد ذلك على نوع الطور الوسطي المتكوّن، وتقل قيمة S بارتفاع درجة الحرارة وقد وجد أنّ قيمة S تصل إلى نحو (0.45) عند نقطة التحول من الطور النيماتي إلى الطور الايزوتروبي في حين تصل قيمته إلى نحو (0.7) في الطور النيماتي عند درجات الحرارة المنخفضة، وبالاعتماد على نظرية (Maier and Saupe) تم رسم علاقة بين S (Order Parameter) ومدى درجة الحرارة للطور النيماتي (Tred)(11,12):
(2-1) Tred=T/TI
حيث T تمثل درجة حرارة التحول إلى الطور النيماتي، TI درجة حرارة التحول إلى الطور الايزوتروبي. حيث أمكن الحصول على مساحة شاملة للطور النيماتي كما في الشكل:
--------------------------------------------------------------------
1-G.Meir, H.Sackmann & J.G.Grabmair, “Applications of Liquid Crystals”,Berlin Heidelberg, New York,1, (1975).
2-G.R.Luckhurst, “Estratto Dacronach Dichimica”, 36, (1970).
3-“Polymers & Liquid Crystals” ,Case Western Reserve University, Cleveland,Ohio,(2001).
4-G.H.Heilmeier & W.Herfrich, “Appl.Phys.Lett.”, 16,155, (1970).
5-G.H.Brown & J.J.Wolken, “Liquid Crystals and Biological Structure”,Academic press,London,Ch.2,(1979).
6-News, “Chemical and Engineering”, January, 31, (1983).
7-G.W.Gray, “Liquid Crystals and Molecular Structure”,G.R. Luchurst & G.W.Gray eds., “The Molecular Physics of Liquid Crystals”, Academic press, London, Ch.1, (1979).
8-E.Sackmann, S.Meiboom & L.C.Synder, “J.Amer.Chem.Soc.”, 89, 5981, (1967).
9-Y.Z.Yousif, Adil.A.Othman & Wafi AL-Mosoadi, “Liq.Cryst.”,12,363, (1992).
10-R.Meyer, L.Liebert, L.Strzelecki, & P.Keller, “J.Phys.(paris)Lett.”, 36,69,(1975).
11-Ericksen Lesile, “Liquid Crystals”, Ed.s.Chandrasekhar, Camb. press, (1977).
12-V.Tsvetkov, “Acta Phys.Chim,”, U.R.S.S., 18,132, (1942).
