La diffraction des rayons X par les cristaux liquides - Tome 1 , livre ebook

Les cristaux liquides sont des substances qui présentent un ou plusieurs états de la matière intermédiaires entre le solide cristallin et le liquide usuel. Ces états cristaux-liquides se caractérisent par les organisations spécifiques à l’échelle microscopique de leurs constituants : molécules, polymères, nanoparticules… Les cristaux liquides se retrouvent fréquemment dans la vie courante, par exemple dans les dispositifs d’affichage, détergents, matériaux composites, structures biologiques. Ils font l’objet d’une recherche active dont l’un des buts est de déterminer leur structure pour les identifier. Ces études structurales sont le plus souvent effectuées par diffusion de rayonnements, en particulier de rayons X. C’est cette diffusion de rayons X qui fait l’objet de cet ouvrage, qui comporte deux tomes.
Ce premier tome présente dans une première partie une introduction au sujet, puis un chapitre rappelant toutes les connaissances de base en diffusion de rayonnement nécessaires à ce type d’études. Un chapitre suivant dresse un panorama des états cristaux liquides et de leurs clichés de diffusion des rayons X. Une seconde partie décrit beaucoup plus en détail, outre l’état liquide usuel, l’état cristal-liquide le plus courant, appelé « nématique », dans lequel les constituants possèdent un ordre d’orientation mais pas d’ordre de position.
Le second tome sera consacré à des états cristaux-liquides plus ordonnés appelés « smectiques », « colonnaires » et « réseaux tridimensionnels de défauts »
Cet ouvrage s’adresse aux étudiants de master, aux chercheurs et enseignants-chercheurs, ainsi qu’aux ingénieurs de l’industrie, physiciens et chimistes, concernés par les systèmes partiellement désordonnés communément regroupés sous le terme de « matière molle ».

Table des matières du tome I

Préface . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . i

Bibliographie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . v

Avant propos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . vii

Bibliographie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ix

Remerciements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . xi

Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1

Bibliographie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12

Partie I Structure de la matière : propriétés générales et méthodes d'investigation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17

Chapitre 1 Le cristal liquide : un état de la matière intermédiaire entre liquide et cristal . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21

1.1 Ordre de position et ordre d'orientation . . . . . . . . . . . . 21

1.2 Les mésophases : classification et symétrie . . . . . . . . . 39

1.3 Les objets mésogènes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56

Chapitre 2 Méthodes d'investigation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65

2.1 Détermination de la nature d'une mésophase . . . . . . . 65

2.2 Interaction rayonnement–matière . . . . . . . . . . . . . . . . . 67

2.3 Diffraction par un réseau périodique . . . . . . . . . . . . . . 78

2.4 Distribution non périodique et diffraction . . . . . . . . . 101

2.5 Effets de taille finie, fluctuations de densité à grande échelle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 117

2.6 Méthodes expérimentales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 127

Chapitre 3 Le polymorphisme des substances mésogènes : une première approche . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 149

3.1 Résumé de quelques notions importantes . . . . . . . . . 149

3.2 L'apparition progressive du désordre, diversité des phases smectiques . . . . . . . . . . . . . . . . . . 152

3.3 Désordre dans les mésogènes calamitiques . . . . . . . . 160

3.4 Mésomorphisme et courbure des interfaces . . . . . . . . 171

3.5 Diversité des composés mésogènes . . . . . . . . . . . . . . . 180

3.6 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 187

Bibliographie de la partie I . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 189

Partie II L'état liquide . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 201

Chapitre 4 Le fluide isotrope : quelques exemples . . . . . . . . . . . . . . . 203

4.1 Quelques fluides simples . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 203

4.2 Les liquides de chaînes hydrocarbonées . . . . . . . . . . . 209

4.3 Liquide isotrope de mésogènes thermotropes . . . . . . 213

4.4 La phase micellaire . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 214

4.5 Conclusions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 217

Chapitre 5 Les phases nématiques et cholestérique . . . . . . . . . . . . . . 219

5.1 Propriétés de symétrie de la phase nématique . . . . . 219

5.2 La phase nématique uniaxe de molécules allongées . 223

5.3 L'analyse structurale de la phase nématique . . . . . . . 246

5.4 Les polymères nématiques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 277

Bibliographie de la partie II . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 287

Index des phases et mésophases . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 301

Liste des séquences des phases . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 303

Index des éléments et composés . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 305

Index des sujets . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 315

Index des noms . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 327

Liste des figures . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 343

Liste des tableaux . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 349