Voici les images d'un nouveau type de cristal liquide appelé discotique par référence à la forme discoïdale de la molécule.

Un cristal liquide peut être cisaillé entre lame et lamelle, mettant ainsi clairement en évidence le caractère liquide de la phase.

Le cristal liquide est observé au microscope polarisant.

La biréfringence n'est pas due à l'écoulement.

Les couleurs de polarisation sont présentes dans une préparation statique telle que ces trois gouttes de matériau discotique déposées sur une lame de verre propre sans aucun lamelle.

Différentes orientations du cristal sont présentes dans le champ du microscope.

Il y a aussi des singularités qui sont entourées de déformations régulières.

L'idée des chimistes pour synthétiser des molécules présentant de telles phases était la suivante : généralement, un cristal liquide résulte de l'alignement de molécules allongées.

La question était alors : est-il possible d'obtenir une phase cristal liquide avec des molécules en forme de disques ?

Les cristaux liquides conventionnels sont formés de molécules en bâtonnets.

Chaque molécule comprend une partie centrale rigide constituée de deux noyaux de benzène et deux extrémités flexibles qui sont des chaînes paraffiniques.

Ces molécules en bâtonnets s'alignent et donnent naissance à des phases cristal liquide.

Des molécules en forme de disque ont été synthétisées.

Le composé présenté dans ce film est constitué d'une partie centrale à trois noyaux benzéniques qui est plate et rigide et d'un ensemble de six chaînes latérales flexibles.

Cette stucture moléculaire est donc le pendant à deux dimensions de la structure unidimensionnelle des molécules des cristaux liquides conventionnels.

Les molécules discoïdes de la phase discotique sont représentées par ces jetons qui forment un système de colonnes parallèles avec un empilement hexagonal compact.

Les distances entre les molécules présentent d'importantes variations avec la température et les colonnes peuvent se déplacer les unes par rapport aux autres.

De telles phases sont uniaxiales négatives.

Chaque colonne peut se courber en donnant naissance à un défaut de rotation comme le montre ce modèle.

Voici une disclinaison + standard.

La disclinaison opposée, -, est extrêmement rare dans ces matériaux.

La phase cristal liquide est présente dans un domaine limité par deux températures de transition : la transition isotrope/discotique a lieu à 122°C.

Maintenant, regardons à nouveau la phase isotrope à la transition discotique.

Entre lame et lamelle, les molécules s'alignent en général horizontalement d'elles-mêmes, parallèlement à la lame et au couvre objet, de sorte que l'axe d'isotropie soit vertical. Aucune couleur de polarisation n'apparaît.

Cette phase, cependant, présente des bandes colorées qui correspondent aux disclinaisons + que l'on voit ici par le haut.

La cristallisation s'établit après une importante surfusion.

La texture est observée à la surface libre d'une goutte où le liquide cristallise.

Voici une phase solide réchauffée qui n'est pas discotique et a conservé tous les défauts de la phase solide.

La trempe d'une goutte réchauffée d'un composé discotique nous permet d'observer la fusion de plusieurs domaines présentant de nombreux défauts.

Ils sont visibles pour différentes orientations du polariseur et de l'analyseur et de la lame à retard l.

Des vues similaires à plus fort grandissement montrent les changements d'orientation des molécules qui s'établissent dans les domaines après la transition.

La croissance discotique est observée ici plus lentement dans une goutte très fine et étendue.

La surface supérieure est libre.

Le contour de l'interface de la transition est régulier.

Cependant, de nombreux défauts se forment dans la phase discotique et les textures rappellent certaines feuilles avec de remarquables motifs.

Dans de telles gouttes, l'axe d'anisotropie est horizontal.

L'interface avec l'air oriente le cristal liquide.

Toutefois, il y a de nombreuses exceptions et l'on observe souvent des germes de nucléation et des domaines où l'axe d'anisotropie est vertical.

L'interface avec le verre et l'air ont des effets opposés sur l'orientation du liquide discotique.

L'énergie de surface de l'interface isotrope/discotique est extrêmement variable comme on le voit sur les vues qui suivent.

Ceci peut être dû à la surfusion plus ou moins prononcée du liquide isotrope et à la présence d'impuretés dans les préparations.

Dans certaines observations, la surface de transition semble minimale.

Cependant, pour d'autres échantillons, la croissance est dendritique.

Des branches et des fleurs apparaissent çà et là.

Maintenant, nous observons la transition isotrope/discotique entre lame et lamelle.

La présence des deux interfaces avec le verre favorise la nucléation de germes discotiques homéotropes.

Les disques sont empilés normalement au plan de la préparation.

L'arrangement hexagonal des colonnes parallèles se manifeste dans la forme des germes de nucléation de la phase discotique.

Parfois, les germes ont des orientations différentes et montrent des couleurs de polarisation.

Les noyaux étoilés ressemblent à des flocons de neige.

La formation des germes homéotropes de la phase discotique est exothermique.

Quand les deux noyaux discotiques sont sur le point de coalescer, la croissance s'arrête et ceci semble relié au dégagement de chaleur.

Des hexagones de ce type et des étoiles sont souvent observés dans des gouttes à surface supérieure libre.

Ceci conduit également à la formation de germes présentant des couleurs de polarisation.

Dans ces gouttes, on suit la croissance de régions non homéotropes.

Des disclinaisons se forment à l'interface.

Des bâtonnets se forment qui présentent des éventails latéraux qui peuvent se rejoindre pour former des disclinaisons.

On remarquera que la fusion des noyaux donne une succession de formes qui diffère de celle observée lors du refroidissement.

A la fusion, on observe que le réchauffement conduit à des bâtonnets allongés et même à la fomation d'aiguilles en fin de transition.

Des domaines à l'orientation homéotropique mais présentant deux défauts peuvent être soumis à un cisaillement par un déplacement horizontal du couvre objet.

Les colonnes de molécules cessent d'être normales à la préparation.

Des couleurs de polarisation apparaissent.

Les domaines sont déformés et des séries de disclinaisons forment chaque domaine.

Lee non-parallélisme est probablement relié aux différences d'orientation des réseaux hexagonaux présentes avant le cisaillement.

La présence de certaines particules étrangères dures ou d'impuretés peut perturber la formation régulière de ces structures comme on peut le constater sur l'écran.

Les domaines de cisaillement s'étalent sur de grandes surfaces.

L'orientation moyenne des bandes est normale à la direction du cisaillement.

Le cisaillement n'est pas très régulier.

Ceci correspond à des domaines qui ne sont pas homéotropes avant le cisaillement.

On voit également que certains domaines sont ceux pour lesquels les disclinaisons ont été préservées pendant le cisaillement.

La dernière séquence est un résumé du film.

Des textures très complexes apparaissent dans des gouttes ayant la surface supérieure libre.

Ceci est dû à l'influence antagoniste des interfaces avec l'air et avec le verre.

Dans une goutte de la phase isotrope, nous observons la croissance d'étoiles à six branches et de textures présentant des couleurs de polarisation.

Il est connu depuis longtemps que certains goudrons de houille donnent à des températures de 400°C un mélange de liquides biréfringents.

Ces cristaux liquides organiques sont très importants dans la préparation du graphite, une forme conductrice de l'électricité du carbone.

L'obtention de composants purs présentant des phases discotiques représente un grand pas dans la compréhension des propriétés des mésophases organiques.

Ces étonnants cristaux liquides justifient de nouvelles recherches et fourniront très probablement, comme d'autres mésophases, de très intéressantes applications.

Les composés discotiques ont été synthétisés pour la première fois par le groupe du Professeur Chandrasekhar en Inde et en France par les recherches des Laboratoires Thomson-CSF et le groupe des cristaux liquides de Bordeaux.

Les cristaux liquides présentent une mésophase dans un domaine de température situé entre l'état solide et l'état liquide isotrope. Dans cette phase intermédiaire liquide, ils présentent un ordre d'orientation sans conserver d'ordre de position des molécules. Cela leur confère une forte biréfringence qui permet d'observer facilement entre polarisueus croisés les textures qui se forment et les défauts caractéristiques de ces matériaux.

Les cristaux liquides discotiques sont constitués de molécules en forme de disques contrairement aux cristaux liquides habituels (nématiques, cholestériques, smectiques) pour lesquels les molécules sont allongées en forme de bâtonnets.

Ces matériaux sont potentiellement intéressants pour les applications dans le domaine de l'optique et de l'affichage.