लिक्विड-क्रिस्टल बहुलक

तरल स्फ़टिक पॉलिमर (एलसीपी) ये पॉलिमर होते हैं जो तरल क्रिस्टल की गुणवत्ता रखते हैं, सामान्यतः मध्यम आयु के रूप में एरोमेटिक छलकों को समाविष्ट करते हैं। यद्यपि अक्रॉसलिंक्ड एलसीपी के विपरीत, पॉलिमेरिक सामग्री जैसे तरल क्रिस्टल इलास्टोमर (एलसीई) और तरल क्रिस्टल नेटवर्क (एलसीएन) भी तरल क्रिस्टलता प्रदर्शित कर सकते हैं। ये दोनों क्रॉसलिंक्ड एलसीपी हैं किन्तु उनकी क्रॉस लिंक घनत्व में अंतर होता है। ये विदिकी प्रदर्शन बाजार में व्यापक रूप से प्रयोग किए जाते हैं। साथ ही, एलसीपी के अनूठे गुण होते हैं जैसे कि थर्मल एक्टुएशन, अनिसोट्रोपिक सुजान, और मुलायम प्राकृति। इसलिए, वे अच्छे एक्चुएटर और संवेदक हो सकते हैं। एलसीपी के लिए सबसे प्रसिद्ध और मौलिक अनुप्रयोगों में से एक केवलर है, व्यापक अनुप्रयोगों के साथ एक मजबूत किन्तु हल्का फाइबर, विशेष रूप से बुलेटप्रूफ जैकेट है।

पृष्ठभूमि
पॉलिमर में तरल क्रिस्टलता दो प्रणाली से हो सकती है, या तो पॉलिमर को एक सॉल्वेंट में घुलाकर (लियोट्रोपिक तरल क्रिस्टल पॉलिमर) या एक पॉलिमर को उसके काँच या पिघलाने वाले संक्रमण बिंदु से ऊपर गर्म करके (थर्मोट्रोपिक तरल क्रिस्टल पॉलिमर)।। तरल क्रिस्टल पॉलिमर गलते / तरल या ठोस रूप में सम्मलित होते हैं। ठोस रूप में लायोट्रोपिक एलसीपी का प्रमुख उदाहरण केवलर के रूप में जाना जाता है जो वाणिज्यिक रूप से एक अरामिड है। इस अरामिड की रासायनिक संरचना में एमाइड समूहों के माध्यम से जुड़े रैखिक रूप से प्रतिस्थापित सुगंधित वलय होते हैं। इसी प्रकार, कई कंपनियों (जैसे, वेक्ट्रा (प्लास्टिक) / सेलानीज़) के माध्यम से थर्मोट्रोपिक एलसीपी की कई श्रृंखलाओं का व्यावसायिक रूप से उत्पादन किया गया है।

1980 के दशक में उत्पन्न एक उच्च संख्या वाले एलसीपी ने मेल्ट चरण में क्रमबद्धता प्रदर्शित की थी, जो गैर पॉलिमेरिक तरल क्रिस्टलों की समानता में थी। तरल-क्रिस्टल चरण (या मेसोफ़ेज़) से एलसीपी की प्रसंस्करण ने फाइबर और प्रविष्टि के उत्पादों को उच्च यांत्रिक गुणों के साथ उत्पन्न किया, जो मेसोफेज़ में मैक्रोमोलिक्यूलर ओरिएंटेशन से प्राप्त स्व-पुनर्गठन गुणों की परिणामस्वरूप है।

आज, एलसीपी को उच्च गति में सामान्य उपकरण पर मेल्ट प्रसंस्करण किया जा सकता है, जिसमें मोल्ड विवरण की उत्कृष्ट प्रतिरूपण होती है। वास्तव में, एलसीपी की उच्च सजगता का आसान रूप से रचना करना अन्य प्लास्टिक के खिलाफ महत्वपूर्ण प्रतिस्पर्धात्मक लाभ है, क्योंकि इसके मूल वस्त्र की महंगी कीमत का संतुलन कर देता है।

अद्वितीय गुणों और महत्वपूर्ण संभावित अनुप्रयोगों के साथ ध्रुवीय और बॉलिक एलसीपी के वर्ग का दोहन किया जाना बाकी है।

मेसोफ़ेज़
छोटे मॉलिक्यूलर तरल क्रिस्टल की प्रकार, तरल क्रिस्टल पॉलिमर भी विभिन्न मेसोफेज़ होते हैं। पॉलिमर के मेसोजेन कोर विभिन्न मेसोफेज़ में एकत्रित हो जाते हैं: नेमैटिक्स, कोलेस्टेरिक 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
शीर्षक तरल क्रिस्टल कोर की स्थान के आधार पर एलसीपी को श्रेणीबद्ध करते हैं। मुख्य श्रृंखला तरल क्रिस्टल पॉलिमर (एमसीएलसीपी) मुख्य श्रृंखला में तरल क्रिस्टल कोर होते हैं। विपरीत रूप से, साइड श्रृंखला तरल क्रिस्टल पॉलिमर (एससीएलसीपी) में तरल क्रिस्टल कोर को धारीदार साइड श्रृंखलाएँ होती हैं। इन दो प्रकार के एलसीपी के मूल ढांचे चित्र में दिखाए गए हैं।

मुख्य श्रृंखला एलसीपी
मुख्य श्रृंखला तरल क्रिस्टल पॉलिमर में पॉलिमर की स्पीड की पीठ में कठोर, रॉड-जैसे मेसोजेन होते हैं, जो सीधे रूप से इस प्रकार के एलसीपी के उच्च गलनांक मान की ओर ले जाते हैं। इस प्रकार के पॉलिमर को संसाधित करने के लिए इसकी प्रक्रिया को सुविधाजनक बनाने के लिए विभिन्न विधियां लागू किए जाते हैं: (1) सुविधाजनक अनुक्रम के माध्यम से निर्मित; (2) कोने या किंक के माध्यम से निर्मित; (3) ऐरोमैटिक मेसोजेन्स को परिवर्तनशील समूह जोड़कर किया जाता है।

=== साइड चेन एलसीपी === साइड चेन तरल क्रिस्टल पॉलिमर में, मेसोजेन्स पॉलिमर के साइड चेनों में होते हैं। मेसोजेन्स सामान्यतः सक्रिय बैकबोन के माध्यम से संबद्ध होते हैं (चूंकि कुछ एलसीपी के लिए, साइड चेन बैकबोन को सीधे संबद्ध करते हैं)। यदि मेसोजेन्स सीधे बैकबोन से संबद्ध हों, तो बैकबोन के कोईले जैसे आकार की संरचना मेसोजेन्स को एक आयामिक संरचना बनाने से रोकेगी। चूंकि, बैकबोन और मेसोजेन्स के बीच लचीले स्थानक जोड़कर, मेसोजेन्स की क्रमबद्धता को बैकबोन की संरचना से अलग किया जा सकता है।

शोधकर्ताओं के प्रयास के कारण, विभिन्न संरचनाओं के अधिक से अधिक तरल क्रिस्टल पॉलिमर संश्लेषण किए गए हैं। इसलिए, लैटिन अक्षरों का उपयोग एलसीपी की श्रेणीकरण में सहायक रूप में किया जाता है।

तंत्र
एलसीपी में मेसोजेन्स स्वयं-संगठित होकर विभिन्न परिस्थितियों में तरल क्रिस्टल क्षेत्रों का गठन कर सकते हैं। संगठन और क्रमबद्धता के मैकेनिज़्म के आधार पर, एलसीपी को निम्नलिखित दो उपश्रेणियों में विभाजित किया जा सकता है। चूंकि, इस अंतर को कड़ाई से परिभाषित नहीं किया गया है। एलसीपी को एक से अधिक विधि से तरल क्रिस्टल में परिवर्तित किया जा सकता है।

=== लियोट्रोपिक सिस्टम === लायोट्रोपिक मुख्य श्रृंखला लिक्विड क्रिस्टल पॉलिमर (एलसीपी) में सख्त मेसोजन कोर (जैसे कि एरोमैटिक छल्ले) होते हैं। इस प्रकार के एलसीपी ठोस श्रृंखला आकार बनाने के कारण लिक्विड क्रिस्टल बनाते हैं, किन्तु एकमात्र मेसोजन कोर के समागमन से नहीं। सख्त संरचना के कारण, लायोट्रोपिक मुख्य श्रृंखला पॉलिमर को विलयनीय वसा की आवश्यकता होती है। जब पॉलिमर की आपूर्ति घटक की सामरिक गतिरिक्तता पर पहुंचती है, तब मेसोफेज़ बनाना प्रारंभ होते हैं और पॉलिमर समाधान की चिपचिपाहट कम होती है। लायोट्रोपिक मुख्य श्रृंखला एलसीपी का प्रमुख उपयोग उच्च-शक्ति रेशों (जैसे कि केवलर) को उत्पन्न करने के लिए किया गया है।

साइड चेन लिक्विड क्रिस्टल पॉलिमर (एलसीपी) सामान्यतः हाइड्रोफोबिक और हाइड्रोफिलिक सेगमेंट से मिलकर बने होते हैं। आमतौर पर साइड चेन के अंत हाइड्रोफिलिक होते हैं। जब ये पानी में विलय होते हैं, तो हाइड्रोफोबिक बल के कारण माइसेल बनेगी। अगर पॉलिमर की आपूर्ति सामरिक आपूर्ति से अधिक हो जाती है, तो माइसेल सेग्रेगेट्स पैक करने के लिए पैक किए जाएंगे जो एक तरल क्रिस्टल संरचना बना सकते हैं। जब आपूर्ति सामरिक आपूर्ति से अधिक होती है, तब लिक्विड क्रिस्टल की पैकिंग के विधियां बदल सकते हैं। तापमान, पॉलिमर की कठोरता, पॉलिमर का आणविक वजन लिक्विड क्रिस्टल परिवर्तन को प्रभावित कर सकते हैं। लायोट्रोपिक साइड चेन एलसीपी जैसे कि पॉलीसिलॉक्सेन पॉलिमर पर अटैच किए गए एल्काइल पॉलिऑक्सीथिलीन सर्फैक्टेंट्स व्यक्तिगत देखभाल उत्पादों में उपयोग किए जा सकते हैं, जैसे कि तरल साबुन आदि।

=== थर्मोट्रोपिक सिस्टम === थर्मोट्रोपिक एलसीपी (एलसीपी) का अध्ययन लायोट्रोपिक एलसीपी की सफलता से प्रेरित है। इस प्रकार के एलसीपी को एकमात्र उस समय प्रसंस्करण किया जा सकता है जब पिघलाने का तापमान अस्थायी रूप से उत्तीर्ण तापमान से बहुत कम हो। पिघलाने के तापमान और कांची पराध्याय तापमान के ऊपर और साफ करने वाले बिंदु से नीचे, थर्मोट्रोपिक एलसीपी क्रिस्टल संरचना बनाएंगे। साफ करने के बाद, गलनी बिंदु के बाद, मेल्ट असमान्य रूप से समतल और स्पष्ट हो जाएगा। छोटे आणविक तरल क्रिस्टलों से यह अलग है कि हम इन एलसीपी को ग्लास पराध्याय तापमान से नीचे तापमान पर ठंडा करके फ्रोज़न तरल क्रिस्टल प्राप्त कर सकते हैं। इसके अतिरिक्त, हम मेल्टिंग तापमान और मेसोफेज तापमान को समायोजित करने के लिए सहसंयोजन का उपयोग कर सकते हैं।

फोटोट्रोपिक प्रणालियाँ जैसे अन्य प्रणालियाँ भी हैं।

लिक्विड क्रिस्टल इलास्टोमर्स (एलसीई)
फिंकेलमैन ने 1981 में पहली बार लिक्विड क्रिस्टल एलास्टोमेर (एलसीई) की प्रस्तावना की थी। एलसीई ने शोधकर्ताओं और उद्योग से ध्यान आकर्षित किया। एलसीई को पॉलिमेरिक पूर्वावस्थितों से और मोनोमरसे उत्पन्न किया जा सकता है। एलसीई गर्मी, प्रकाश और चुंबकीय क्षेत्रों के प्रति प्रतिक्रिया कर सकते हैं। नैनो सामग्री को एलसीई मैट्रिक्स में प्रवेश कराया जा सकता है (एलसीई-आधारित संयुक्त द्रव्य) जो विभिन्न गुण प्रदान कर सकते हैं और एलसीई की विभिन्न प्रेरणा क्षमता को आदर्शित कर सकते हैं।

अनुप्रयोग
एलसीई के कई अनुप्रयोग हैं। उदाहरण के लिए, एलसीई फिल्मों को उनकी एनिसोट्रॉपिक संरचना के कारण ऑप्टिकल रिटार्डर्स के रूप में उपयोग किया जा सकता है। क्योंकि वे प्रेषित प्रकाश के ध्रुवीकरण की स्थिति को नियंत्रित कर सकते हैं, वे सामान्यतः 3 डी ग्लास, ट्रांसफ़्लेक्टिव डिस्प्ले के लिए पैटर्न वाले रिटार्डर्स और फ्लैट पैनल एलसी डिस्प्ले में उपयोग किए जाते हैं। एजोबेनजीन 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 अतिरिक्त, अनुसंधान ने अन्य रोचक 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।

एलसीई रोबोटिक्स के लिए क्रियाकलापक और कृत्रिम मांसपेशियां को बनाने के लिए उपयोग किए जाते हैं। वे हल्के वजन वाले ऊर्जा शोषक के रूप में भी अध्ययन किए गए हैं, जिनके पॉटेंशियल अनुप्रयोग हैं हेलमेट, बॉडी आर्मर, वाहन बम्पर में, जो एलसीई की बहु-ताक बीमों के मध्य में टिल्टेड संरचनाओं को संदर्भित करते हैं, के लिए संभव है।

पॉलिमर अग्रदूत
पॉलीमेरिक पूर्व संशोधकों से उत्पन्न एलसीई को दो उप-श्रेणियों में विभाजित किया जा सकता है:

पॉली (हाइड्रोसिलॉक्सेन): एलसीई को पॉली (हाइड्रोसिलॉक्सेन) से प्राप्त करने के लिए एक दो-स्टेप क्रॉसलिंकिंग तकनीक का उपयोग किया जाता है। पॉली (डाइड्रोसिलॉक्सेन) को एक मोनोविनाइल-संबंधित द्रव्यमानवैद्युतिनी मोनोमर, एक बहुक्रियाकारी विनाइल क्रॉसलिंकर, और कैटलिस्ट के साथ मिश्रित किया जाता है। इस मिश्रण का उपयोग एक कम क्रॉसलिंक हुए कमजोर जेल उत्पन्न करने के लिए किया जाता है, जिसमें मोनोमर पॉली (डाइड्रोसिलॉक्सेन) बैकबोन से लिंक होते हैं। पहले क्रॉसलिंकिंग चरण के समय या इसके बाद ही, गतिविधि-निर्देश गेल के मेसोजेन कोर में मेकेनिकल संरेखण विधियों के साथ परिचालन के माध्यम से प्रवेश किया जाता है। इसके बाद, जेल को निष्क्रिय किया जाता है और क्रॉसलिंकिंग प्रतिक्रिया पूर्ण की जाती है। इस प्रकार, क्रॉसलिंकिंग के माध्यम से एलास्टोमर में गतिविधि-निर्देश बनाए रखा जाता है। इस विधियां से, उच्च आदेशित साइड चेन वाली एलसीई उत्पन्न की जा सकती है, जिसे सिंगल-क्रिस्टल या मोनोडोमेन एलसीई भी कहा जाता है।

एलसीपी: एलसीपी को पूर्व संशोधक के रूप में उपयोग करके, एक समान दो-स्टेप विधि का उपयोग किया जा सकता है। संरेखित एलसीपी को बहुक्रियाकारी क्रॉसलिंकर के साथ मिश्रित करके सीधे एलसीई उत्पन्न किए जा सकते हैं। मिश्रण को पहले आइसोट्रोपिक तक गर्म किया जाता है। फाइबर इस मिश्रण से खींची जाती है और फिर क्रॉसलिंक होती है, जिससे गतिविधि-निर्देश एलसीई में फंसा सकता है। चूंकि, इसकी प्रसंस्करण की कठिनाई को प्रारंभिक सामग्री की उच्च चिपचिपापन के कारण सीमित है।

कम दाढ़ जन मोनोमर्स
तरल क्रिस्टल कम मोलर दानाव मोनोमर क्रॉसलिंकर और कैटलिस्ट के साथ मिश्रित किए जाते हैं। मोनोमर को गतिविधि-निर्देशित किया जा सकता है और फिर पॉलिमरीकरण किया जा सकता है जिससे गतिविधि-निर्देश बना रहे। इस विधि का एक लाभ यह है कि कम मोलर दानाव मोनोमर को मैकेनिकल गतिविधि के अतिरिक्त डायमैग्नेटिक, डाईलेक्ट्रिक, सतह गतिविधि के माध्यम से भी गतिविधि-निर्देशित किया जा सकता है। उदाहरण के लिए थिओल-एनी प्रतिक्रिया स्टेप-ग्रोथ पॉलिमरीकरण और माइकल प्रतिक्रिया सुव्यवस्थित एलसीई का उत्पादन करते हैं। यह भी मध्यम से घने क्रॉसलिंक्ड काची एलसीएन उत्पन्न करने का एक अच्छा विधि है।

एलसीई और एलसीएन के मुख्य अंतर हैं क्रॉस लिंक घनत्व। एलसीएन प्राथमिक रूप से (मेथ) एक्रिलेट आधारित बहुक्रियात्मक मोनोमर से संश्लेषित किए जाते हैं जबकि एलसीई सामान्यतः क्रॉसलिंक्ड पॉलिसिलॉक्सेन से बने होते हैं।

गुण
पी-हाइड्रॉक्सीबेंजोइक एसिड और संबंधित मोनोमर 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। चूंकि, क्रम की डिग्री एक नियमित ठोस क्रिस्टल की समानता में कुछ कम है। सामान्यतः, 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, चूंकि वेल्डिंग के माध्यम से 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 सम्मलित 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 समानता 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 अधिक लागत पर होता है।

व्यापार नाम
एलसीपी निर्माताओं के माध्यम से विभिन्न व्यापारिक नामों के अनुसार बेचा जाता है। इसमे सम्मलित है:
 * जेनाइट
 * वेक्ट्रा (प्लास्टिक)
 * लेपेरोस
 * जेनाइट 5145L एक तरल क्रिस्टल पॉलिमर है जिसमें 45% ग्लास फाइबर का भरा होता है, जो पहले से ही डुपॉंट के माध्यम से विकसित किया गया था और जिसका उपयोग जटिल फीचर वाले इंजेक्शन ढाला किए गए पुर्जों के लिए होता है। इसका आम उपयोग इलेक्ट्रॉनिक पैकेजिंग, हाउसिंग आदि में होता है। यहां तक कि इसका ताप परिवर्तन तापमान 290 °C है। संबंधित तापमान सूचकांक (आरटीआई शक्ति को मान्यता देते हैं किन्तु प्रभाव या फ्लेक्सिंग को नहीं) 130 °C है। घनत्व अधिकतर 1.76 g/cm3 है। कमरे के तापमान पर आम तन्यता ताकत 130 मेगापास्कल (19 किलोसाइकलिप्स) है। पिघलाने का तापमान 319 °C है। लोड के अनुसार विकर्ण तापमान (डीटीयूएल) 275 °C है।

बाहरी संबंध

 * Prospector
 * Bowlic liquid crystal from San Jose State University

液晶ポリマー