Mesógeno

Un mesógeno es un compuesto que presenta propiedades de cristal líquido . ^{[ 1 ] [ 2 ]} Los mesógenos pueden describirse como sólidos desordenados o líquidos ordenados porque surgen de un estado de la materia único que exhibe propiedades tanto de sólido como de líquido, llamado estado cristalino líquido. ^{[ 1 ]} Este estado cristalino líquido (LC) se llama mesofase y se produce entre el estado sólido cristalino (Cr) y el estado líquido isotrópico (Iso) en distintos rangos de temperatura. ^{[ 2 ]}

Las propiedades de cristal líquido surgen porque los compuestos mesogénicos 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 unidades mesógenas en una dirección y tienen formas distintivas que suelen encontrarse en forma de varilla o disco. ^{[ 2 ]} Los segmentos flexibles proporcionan movilidad a los mesógenos porque generalmente están formados por cadenas alquílicas, que dificultan la cristalización en cierta medida. ^{[ 2 ]} La combinación de cadenas rígidas y flexibles induce la alineación estructural y la fluidez entre las unidades de cristal líquido. ^{[ 2 ]}

Al hacerlo, los distintos grados de orden y movilidad dentro de los mesógenos dan lugar a diferentes tipos de fases de cristal líquido (Figura 1). La fase nemática (N) es el estado de cristal líquido o mesofase menos ordenado y más fluido, basado en el núcleo rígido de las unidades mesógenas. ^{[ 1 ] [ 2 ]} La fase nemática conduce a un orden orientacional de largo alcance y a 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 de 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 se inducen 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 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 bajo orden incluyen las fases esméctica A (SmA) y esméctica C (SmC), mientras que las fases esmécticas de orden superior incluyen las fases esméctica B, I, F, G y H (SmB/I/F/G/H). ^{[ 3 ]}

Un ejemplo de núcleo rígido de tipo mesógeno calamítico es una molécula en forma 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 curvada son mesógenos calamíticos especiales que contienen un núcleo rígido no lineal en forma de varilla o varilla curvada y se organizan para formar "fases de plátano". ^{[ 3 ]} Las unidades rígidas de estas fases se empaquetan de manera que se alcanza la mayor densidad y orden polar, típicamente con el vértice de la varilla curvada apuntando en una dirección. ^{[ 2 ]} Cuando una capa de varillas curvadas apunta en la misma dirección polar que sus capas adyacentes, la organización lamelar se conoce como fase PF esméctica (SmPF), donde el subíndice F indica conmutación ferroeléctrica . ^{[ 2 ]} PA esméctica (SmPA) es el término que se le da a una capa de varillas curvadas que apunta en la dirección polar opuesta a sus capas vecinas, donde A representa la conmutación antiferroeléctrica . ^{[ 2 ]}

Otras variaciones de las fases de cristal líquido de varilla curvada incluyen: fases esmécticas C antiferroeléctricas/ferroeléctricas (SmCPA/SmCPF) y fases esmécticas A antiferroeléctricas/ferroeléctricas (SmAPA/SmAPF), que tienen modos distintivos de inclinación y ortogonalidad de organización lamelar. ^{[ 2 ]}

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

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