लिक्विड-क्रिस्टल बहुलक

तरल स्फ़टिक पॉलिमर (एलसीपी) लिक्विड क्रिस्टल के गुण वाले पॉलिमर होते हैं, जिनमें आमतौर पर  मध्यम आयु  के रूप में सुगंधित छल्ले होते हैं। अनक्रॉसलिंक्ड एलसीपी के बावजूद, लिक्विड क्रिस्टल elastomer (LCEs) और लिक्विड क्रिस्टल नेटवर्क (LCNs) जैसी पॉलिमर सामग्री लिक्विड क्रिस्टलीयता भी प्रदर्शित कर सकती हैं। वे दोनों क्रॉसलिंक्ड एलसीपी हैं लेकिन अलग क्रॉस लिंक घनत्व है। वे डिजिटल डिस्प्ले मार्केट में व्यापक रूप से उपयोग किए जाते हैं। इसके अलावा, एलसीपी में थर्मल एक्चुएशन, अनिसोट्रोपिक सूजन और सॉफ्ट इलास्टिसिटी जैसे अद्वितीय गुण होते हैं। इसलिए, वे अच्छे एक्चुएटर और सेंसर हो सकते हैं। एलसीपी के लिए सबसे प्रसिद्ध और शास्त्रीय अनुप्रयोगों में से एक केवलर है, व्यापक अनुप्रयोगों के साथ एक मजबूत लेकिन हल्का फाइबर, विशेष रूप से  बुलेटप्रूफ जैकेट ।

पृष्ठभूमि
पॉलिमर में तरल क्रिस्टलीयता या तो एक विलायक (लियोट्रोपिक लिक्विड-क्रिस्टल पॉलिमर) में एक बहुलक को भंग करके या उसके ग्लास के ऊपर एक बहुलक को गर्म करके या संक्रमण बिंदु (थर्मोट्रोपिक लिक्विड-क्रिस्टल पॉलिमर) को पिघलाकर हो सकती है। लिक्विड-क्रिस्टल पॉलिमर पिघले/तरल या ठोस रूप में मौजूद होते हैं। ठोस रूप में लियोट्रोपिक एलसीपी का मुख्य उदाहरण केवलर के रूप में जाना जाने वाला वाणिज्यिक धातु है। इस aramid की रासायनिक संरचना में एमाइड समूहों द्वारा जुड़े रैखिक रूप से प्रतिस्थापित सुगंधित वलय होते हैं। इसी तरह, कई कंपनियों (जैसे, वेक्ट्रा (प्लास्टिक) / Celanese ) द्वारा थर्मोट्रोपिक एलसीपी की कई श्रृंखलाओं का व्यावसायिक रूप से उत्पादन किया गया है।

1980 के दशक में उत्पादित एलसीपी की एक उच्च संख्या, गैर-पॉलीमेरिक तरल क्रिस्टल द्वारा प्रदर्शित पिघल चरण के समान क्रम प्रदर्शित करती है। लिक्विड-क्रिस्टल चरणों (या मेसोफ़ेज़ ) से एलसीपी का प्रसंस्करण, मेसोफेज में मैक्रोमोलेक्यूलर ओरिएंटेशन से प्राप्त आत्म-मजबूत गुणों के परिणामस्वरूप उच्च यांत्रिक गुणों वाले फाइबर और इंजेक्शन सामग्री को जन्म देता है।

आज, एलसीपी को पारंपरिक उपकरणों पर उच्च गति पर मोल्ड विवरण की उत्कृष्ट प्रतिकृति के साथ पिघल-संसाधित किया जा सकता है। वास्तव में, एलसीपी के गठन की उच्च आसानी अन्य प्लास्टिक के मुकाबले एक महत्वपूर्ण प्रतिस्पर्धात्मक लाभ है, क्योंकि यह उच्च कच्चे माल की लागत को ऑफसेट करता है। अद्वितीय गुणों और महत्वपूर्ण संभावित अनुप्रयोगों के साथ ध्रुवीय और बॉलिक एलसीपी के वर्ग का दोहन किया जाना बाकी है।

मेसोफ़ेज़
छोटे आणविक लिक्विड क्रिस्टल के समान, लिक्विड क्रिस्टल पॉलिमर में भी अलग-अलग मेसोफेज होते हैं। पॉलिमर के मेसोजेन कोर अलग-अलग मेसोफेज में एकत्र होंगे: लिक्विड क्रिस्टल # नेमैटिक चरण, कोलेस्टेरिक लिक्विड क्रिस्टल, लिक्विड क्रिस्टल # स्मेक्टिक चरण और अत्यधिक ध्रुवीय अंत समूहों वाले यौगिक। मेसोफेज के बारे में अधिक जानकारी लिक्विड क्रिस्टल पेज पर पाई जा सकती है।

वर्गीकरण
एलसीपी को लिक्विड क्रिस्टल कोर के स्थान द्वारा वर्गीकृत किया जाता है। मुख्य श्रृंखला लिक्विड क्रिस्टल पॉलिमर (MCएलसीपी), जैसा कि नाम से संकेत मिलता है, मुख्य श्रृंखला में लिक्विड क्रिस्टल कोर होते हैं। इसके विपरीत, साइड चेन लिक्विड क्रिस्टल पॉलिमर (SCएलसीपी) में लिक्विड क्रिस्टल कोर वाली पेंडेंट साइड चेन होती हैं। इन दो प्रकार के एलसीपी के लिए बुनियादी संरचनाएं चित्र में दिखाई गई हैं।

मुख्य श्रृंखला एलसीपी
मुख्य श्रृंखला एलसीपी में बहुलक रीढ़ की हड्डी में कठोर, रॉड-जैसे मेसोजेन होते हैं, जो अप्रत्यक्ष रूप से इस प्रकार के एलसीपी के उच्च पिघलने वाले तापमान की ओर ले जाते हैं। इस तरह के बहुलक को प्रक्रिया में आसान बनाने के लिए, संक्रमण तापमान को कम करने के लिए विभिन्न तरीकों को लागू किया जाता है: (1) लचीले अनुक्रमों का परिचय; (2) मोड़ या किंक का परिचय देना; (3) सुगंधित मेसोजेन में स्थानापन्न समूहों को जोड़ना ...

=== साइड चेन एलसीपी === साइड चेन एलसीपी में, मेसोजेंस पॉलीमर साइड चेन में होते हैं। मेसोजेंस आमतौर पर लचीले स्पेसर्स के माध्यम से रीढ़ की हड्डी से जुड़े होते हैं (हालांकि कुछ एलसीपी के लिए, साइड चेन सीधे रीढ़ की हड्डी से जुड़ते हैं)। यदि मेसोजेन सीधे रीढ़ की हड्डी से जुड़े होते हैं, तो रीढ़ की हड्डी की तरह की संरचना मेसोजेन को एक ओरिएंटल स्ट्रक्चर बनाने से रोक देगी। हालांकि, बैकबोन और मेसोजेंस के बीच लचीले स्पेसर्स को पेश करके, मेसोजेन्स के क्रम को रीढ़ की हड्डी के गठन से अलग किया जा सकता है।

शोधकर्ता के प्रयास के कारण, विभिन्न संरचनाओं के अधिक से अधिक एलसीपी संश्लेषित होते हैं। इसलिए, एलसीपी के वर्गीकरण में सहायता के लिए लैटिन अक्षरों का उपयोग किया जाता है।

तंत्र
एलसीपी में मेसोजेंस विभिन्न स्थितियों में लिक्विड क्रिस्टल क्षेत्र बनाने के लिए स्व-संगठित हो सकते हैं। एकत्रीकरण और आदेश देने के तंत्र के आधार पर, एलसीपी को मोटे तौर पर दो उपश्रेणियों में विभाजित किया जा सकता है जैसा कि नीचे दिखाया गया है। हालाँकि, भेद को कठोरता से परिभाषित नहीं किया गया है। एलसीपी को एक से अधिक तरीकों से लिक्विड क्रिस्टल में बदला जा सकता है।

=== लियोट्रोपिक सिस्टम === लियोट्रोपिक मुख्य श्रृंखला एलसीपी में रीढ़ की हड्डी में कठोर मेसोजेन कोर (सुगंधित छल्ले की तरह) होते हैं। इस तरह के एलसीपी अपनी कठोर श्रृंखला संरचना के कारण लिक्विड क्रिस्टल बनाते हैं, लेकिन न केवल मेसोजेन कोर के एकत्रीकरण के कारण। कठोर संरचना के कारण, लियोट्रोपिक मुख्य श्रृंखला पॉलिमर को भंग करने के लिए मजबूत विलायक की आवश्यकता होती है। जब पॉलिमर की सांद्रता महत्वपूर्ण सांद्रता तक पहुँच जाती है, तो मेसोफ़ेज़ बनने लगते हैं और बहुलक समाधान की चिपचिपाहट कम होने लगती है। लियोट्रोपिक मुख्य श्रृंखला एलसीपी का उपयोग मुख्य रूप से केवलर जैसे उच्च शक्ति वाले फाइबर उत्पन्न करने के लिए किया गया है।

साइड चेन एलसीपी में आमतौर पर हाइड्रोफोबिक और हाइड्रोफिलिक सेगमेंट दोनों होते हैं। आमतौर पर, साइड चेन के सिरे हाइड्रोफिलिक होते हैं। जब उन्हें पानी में घोला जाता है, तो हाइड्रोफोबिक बल के कारण मिसेल बनते हैं। यदि पॉलिमर का आयतन अंश महत्वपूर्ण आयतन अंश से अधिक हो जाता है, तो लिक्विड क्रिस्टल संरचना बनाने के लिए माइक्रेलर सेग्रेगेट्स को पैक किया जाएगा। चूंकि एकाग्रता महत्वपूर्ण मात्रा अंश से ऊपर भिन्न होती है, उत्पन्न तरल क्रिस्टल में अलग-अलग पैकिंग तरीके हो सकते हैं। तापमान, पॉलिमर की कठोरता, पॉलिमर का आणविक भार लिक्विड क्रिस्टल परिवर्तन को प्रभावित कर सकता है। पॉलीसिलोक्सेन पॉलिमर से जुड़े एल्काइल पॉलीऑक्सीएथिलीन सर्फेक्टेंट जैसे लियोट्रोपिक साइड चेन एलसीपी को व्यक्तिगत देखभाल उत्पादों जैसे तरल साबुन आदि पर लागू किया जा सकता है।

=== थर्मोट्रोपिक सिस्टम === थर्मोट्रोपिक एलसीपी का अध्ययन लियोट्रोपिक एलसीपी की सफलता से प्रेरित है। इस प्रकार के एलसीपी केवल तभी संसाधित हो सकते हैं जब पिघलने का तापमान अपघटन तापमान से काफी नीचे हो। पिघलने के तापमान और कांच के संक्रमण तापमान के ऊपर और समाशोधन बिंदु के नीचे, थर्मोट्रोपिक एलसीपी तरल क्रिस्टल का निर्माण करेंगे। समाशोधन बिंदु के बाद, पिघल आइसोट्रोपिक और फिर से साफ हो जाएगा। छोटे आणविक तरल क्रिस्टल से अलग क्या है कि हम ग्लास संक्रमण तापमान के नीचे तरल क्रिस्टल पॉलिमर को बुझाकर जमे हुए तरल क्रिस्टल प्राप्त कर सकते हैं। इसके अलावा, हम पिघलने के तापमान और मेसोफेज तापमान को समायोजित करने के लिए कॉपोलिमराइजेशन का उपयोग कर सकते हैं।

फोटोट्रोपिक सिस्टम जैसी अन्य प्रणालियां हैं।

लिक्विड क्रिस्टल इलास्टोमर्स (एलसीई)
फिंकेलमैन ने पहली बार 1981 में एलसीई का प्रस्ताव रखा था। एलसीई ने शोधकर्ताओं और उद्योग का ध्यान आकर्षित किया। एलसीई को पॉलिमरिक अग्रदूतों और मोनोमर्स दोनों से संश्लेषित किया जा सकता है। एलसीई गर्मी, प्रकाश और चुंबकीय क्षेत्र का जवाब दे सकता है। नैनो सामग्री को एलसीई मेट्रिसेस (एलसीई-आधारित कंपोजिट) ​​में पेश किया जा सकता है ताकि विभिन्न गुण प्रदान किए जा सकें और विभिन्न उत्तेजनाओं का जवाब देने के लिए एलसीई की क्षमता दर्ज की जा सके।

अनुप्रयोग
एलसीई के कई अनुप्रयोग हैं। उदाहरण के लिए, एलसीई फिल्मों को उनकी एनिसोट्रॉपिक संरचना के कारण ऑप्टिकल रिटार्डर्स के रूप में इस्तेमाल किया जा सकता है। क्योंकि वे प्रेषित प्रकाश के ध्रुवीकरण की स्थिति को नियंत्रित कर सकते हैं, वे आमतौर पर 3 डी ग्लास, ट्रांसफ़्लेक्टिव डिस्प्ले के लिए पैटर्न वाले रिटार्डर्स और फ्लैट पैनल एलसी डिस्प्ले में उपयोग किए जाते हैं। azobenzene  के साथ एलसीई को संशोधित करना, इसे प्रकाश प्रतिक्रिया गुण दिखाने की अनुमति देता है। इसे नियंत्रित वेटेबिलिटी, स्वायत्त लेंस और हैप्टिक सतहों के लिए लागू किया जा सकता है। प्रदर्शन अनुप्रयोग के अलावा, अनुसंधान ने अन्य दिलचस्प गुणों पर ध्यान केंद्रित किया है जैसे कि इसकी विशेष थर्मली और फोटोजेनरेटेड मैक्रोस्केल मैकेनिकल प्रतिक्रियाएं, जिसका अर्थ है कि वे अच्छे एक्ट्यूएटर हो सकते हैं।

रोबोटिक्स के लिए एक्ट्यूएटर्स और कृत्रिम मांसपेशियां बनाने के लिए एलसीई का उपयोग किया जाता है। हल्के ऊर्जा अवशोषक के रूप में उपयोग के लिए उनका अध्ययन किया गया है, जिसमें हेलमेट, बॉडी आर्मर, वाहन बंपर में संभावित अनुप्रयोगों के साथ, एलसीई के बहु-स्तरित, झुके हुए बीम का उपयोग करके, कठोर सहायक संरचनाओं के बीच सैंडविच किया गया है।

पॉलिमर अग्रदूत
बहुलक अग्रदूतों से संश्लेषित एलसीई को दो उपश्रेणियों में विभाजित किया जा सकता है:

पॉली (हाइड्रोसिलोक्सेन): पॉली (हाइड्रोसिलोक्सेन) से एलसीई प्राप्त करने के लिए दो-चरणीय क्रॉसलिंकिंग तकनीक लागू की जाती है। पॉली (डायड्रोसिलोक्सेन) को एक मोनोविनाइल-फंक्शनल लिक्विड क्रिस्टलीय मोनोमर, एक बहुक्रियाशील विनाइल क्रॉसलिंकर और उत्प्रेरक के साथ मिलाया जाता है। इस मिश्रण का उपयोग कमजोर रूप से क्रॉसलिंक्ड जेल उत्पन्न करने के लिए किया जाता है, जिसमें मोनोमर्स पॉली (डायड्रोसिलोक्सेन) बैकबोन से जुड़े होते हैं। पहले क्रॉसलिंकिंग चरण के दौरान या उसके तुरंत बाद, यांत्रिक संरेखण विधियों के साथ जेल के मेसोजेन कोर में अभिविन्यास पेश किया जाता है। उसके बाद, जेल निर्जलित हो जाता है और क्रॉसलिंकिंग प्रतिक्रिया पूरी हो जाती है। इसलिए, क्रॉसलिंकिंग द्वारा ओरिएंटेशन को इलास्टोमेर में रखा जाता है। इस तरह, अत्यधिक ऑर्डर वाली साइड चेन एलसीई का उत्पादन किया जा सकता है, जिसे सिंगल-क्रिस्टल या मोनोडोमेन एलसीई भी कहा जाता है।

एलसीपी: एलसीपी के अग्रदूतों के रूप में, एक समान दो-चरणीय विधि लागू की जा सकती है। मल्टीफंक्शनल क्रॉसलिंकर्स के साथ मिश्रित संरेखित एलसीपी सीधे एलसीई उत्पन्न करते हैं। मिश्रण को पहले समस्थानिक तक गर्म किया जाता है। तंतुओं को मिश्रण से खींचा जाता है और फिर क्रॉसलिंक किया जाता है, इस प्रकार अभिविन्यास को LCE में फंसाया जा सकता है। हालांकि, यह प्रारंभिक सामग्री की उच्च चिपचिपाहट के कारण होने वाली प्रसंस्करण की कठिनाई से सीमित है।

कम दाढ़ जन मोनोमर्स
लिक्विड क्रिस्टल कम मोलर मास मोनोमर्स को क्रॉसलिंकर्स और उत्प्रेरक के साथ मिलाया जाता है। मोनोमर्स को संरेखित किया जा सकता है और फिर ओरिएंटेशन को बनाए रखने के लिए पोलीमराइज़ किया जा सकता है। इस पद्धति का एक फायदा यह है कि कम दाढ़ द्रव्यमान मोनोमर्स को न केवल यांत्रिक संरेखण द्वारा संरेखित किया जा सकता है, बल्कि प्रति-चुंबकीय, ढांकता हुआ, सतह संरेखण भी किया जा सकता है। उदाहरण के लिए, थिओल-एनी प्रतिक्रिया | थिओल-एनी रेडिकल स्टेप-ग्रोथ पोलीमराइज़ेशन और माइकल प्रतिक्रिया सुव्यवस्थित एलसीई का उत्पादन करते हैं। यह मध्यम से घनी क्रॉसलिंक्ड ग्लासी एलसीएन को संश्लेषित करने का भी एक अच्छा तरीका है।

एलसीई और एलसीएन के बीच मुख्य अंतर क्रॉस लिंक घनत्व है। एलसीएन मुख्य रूप से (मेथ) एक्रिलेट-आधारित मल्टीफंक्शनल मोनोमर्स से संश्लेषित होते हैं जबकि एलसीई आमतौर पर क्रॉसलिंक्ड पॉलीसिलोक्सेन से आते हैं।

गुण
पी-हाइड्रॉक्सीबेंजोइक एसिड और संबंधित मोनोमर्स पर आधारित आंशिक रूप से क्रिस्टलीय सुगंधित पॉलीस्टर्स का एक अनूठा वर्ग, लिक्विड-क्रिस्टल पॉलिमर तरल चरण में उच्च क्रम वाली संरचना के क्षेत्रों को बनाने में सक्षम हैं। हालांकि, क्रम की डिग्री एक नियमित ठोस क्रिस्टल की तुलना में कुछ कम है। आमतौर पर, एलसीपी में उच्च तापमान, अत्यधिक रासायनिक प्रतिरोध, अंतर्निहित ज्वाला मंदता और अच्छी मौसम क्षमता पर सामग्री की उच्च यांत्रिक शक्ति होती है। लिक्विड-क्रिस्टल पॉलिमर सिंटरिंग उच्च तापमान से अंतः क्षेपण ढलाई  यौगिकों तक विभिन्न रूपों में आते हैं। एलसीपी को वेल्ड किया जा सकता है, हालांकि वेल्डिंग द्वारा बनाई गई लाइनें परिणामी उत्पाद में एक कमजोर बिंदु हैं। एलसीपी में थर्मल विस्तार का उच्च Z-अक्ष गुणांक होता है।

एलसीपी असाधारण रूप से निष्क्रिय हैं। वे ऊंचे तापमान पर अधिकांश रसायनों की उपस्थिति में तनाव (भौतिकी) के टूटने का विरोध करते हैं, जिसमें सुगंधित या हैलोजेनेटेड हाइड्रोकार्बन, मजबूत एसिड, क्षार, कीटोन और अन्य आक्रामक औद्योगिक पदार्थ शामिल हैं। उबलते पानी में हाइड्रोलिसिस स्थिरता उत्कृष्ट है। पॉलिमर को खराब करने वाले वातावरण उच्च तापमान वाली भाप, केंद्रित सल्फ्यूरिक एसिड और उबलने वाले संक्षारक पदार्थ हैं।

ध्रुवीय और बाउलिक एलसीपी फेरोबिजली हैं, जिसमें पारंपरिक एलसी की तुलना में रिएक्शन टाइम ऑर्डर-ऑफ-परिमाण छोटा होता है और इसका उपयोग अल्ट्राफास्ट स्विच बनाने के लिए किया जा सकता है। बाउलिक कॉलमर पॉलीमर में लंबी, खोखली नलियां होती हैं; ट्यूब में जोड़े गए धातु या संक्रमण धातु परमाणुओं के साथ, वे संभावित रूप से अल्ट्राहाई-टीसी सुपरकंडक्टर्स बना सकते हैं।

उपयोग करता है
उनके विभिन्न गुणों के कारण, एलसीपी बिजली के लिए उपयोगी होते हैं और यांत्रिक भागों, खाद्य कंटेनरों, और किसी भी अन्य अनुप्रयोगों के लिए रासायनिक जड़ता और उच्च शक्ति की आवश्यकता होती है। एलसीपी माइक्रोवेव फ्रीक्वेंसी इलेक्ट्रॉनिक्स के लिए विशेष रूप से अच्छा है क्योंकि कम सापेक्ष ढांकता हुआ स्थिरांक, कम अपव्यय कारक और लैमिनेट्स की व्यावसायिक उपलब्धता। पैकेजिंग माइक्रोइलेक्ट्रॉनिक सिस्टम (एमईएमएस) एक अन्य क्षेत्र है जिस पर एलसीपी ने हाल ही में अधिक ध्यान दिया है। एलसीपी के बेहतर गुण उन्हें ऑटोमोटिव इग्निशन सिस्टम घटकों, हीटर प्लग कनेक्टर्स, लैंप सॉकेट्स, ट्रांसमिशन सिस्टम घटकों, पंप घटकों, कॉइल फॉर्म और कार सुरक्षा बेल्ट के लिए सनलाइट सेंसर और सेंसर के लिए विशेष रूप से उपयुक्त बनाते हैं। एलसीपी कंप्यूटर प्रशंसकों के लिए भी उपयुक्त हैं, जहां उनकी उच्च तन्यता ताकत और कठोरता सख्त डिजाइन सहनशीलता, उच्च प्रदर्शन, और कम शोर सक्षम करती है, यद्यपि काफी अधिक लागत पर।

व्यापार नाम
LCP निर्माताओं द्वारा विभिन्न व्यापारिक नामों के तहत बेचा जाता है। इसमे शामिल है:
 * जेनाइट
 * वेक्ट्रा (प्लास्टिक)
 * लेपेरोस
 * जेनाइट 5145L 45% ग्लास फाइबर भराव के साथ एक लिक्विड क्रिस्टल पॉलीमर है, जिसे मूल रूप से ड्यूपॉन्ट द्वारा विकसित किया गया है, जिसका उपयोग जटिल विशेषताओं वाले इंजेक्शन ढाला  भागों के लिए किया जाता है। विशिष्ट उपयोगों में इलेक्ट्रॉनिक पैकेजिंग, आवास शामिल हैं। आदि। गर्मी विक्षेपण तापमान 290 डिग्री सेल्सियस है। सापेक्ष तापमान सूचकांक (शक्ति पर विचार करने वाली आरटीआई लेकिन प्रभाव या फ्लेक्सिंग नहीं) 130 डिग्री सेल्सियस है। घनत्व लगभग 1.76 ग्राम/सेमी है 3। कमरे के तापमान पर विशिष्ट तन्यता ताकत 130 एमपीए (19 केएसआई) है। पिघलने का तापमान 319 डिग्री सेल्सियस। लोड के तहत विक्षेपण तापमान (डीटीयूएल) 275 डिग्री सेल्सियस है।

बाहरी संबंध

 * Prospector
 * Bowlic liquid crystal from San Jose State University

液晶ポリマー