لقد ظهرت نظريات عدة لتفسير ظاهرة نشوء الأطوار الوسطية للبلورات السائلة منها نظرية (Born)⁽¹⁾ عزا فيها إلى وجود اللاايزوتروبية (Anisotropy) أي التباين في الصفات الفيزيائية في القوى بين الجزيئات الناتجة عن وجود تجاذب بين المزدوجات القطبية للجزيئات، وهذه ميزة ُمهمة في البلورات السائلة من خلال عرضها لسلوك ثنائي القطب الدائمي وإمكانية أنْ تتأثر بوساطة المجال الكهربائي الخارجي.

     إنّ التأثير النهائي هو استقامة البلورة السائلة مع المجال الكهربائي المسلط^{( 2)}. كما هو موضح في الشكل الآتي:

لكنّ هذه النظرية عجزت عن تفسير ظاهرة نشوء الأطوار الوسطية في المركبات البلورية السائلة ذات الجزيئات غير القطبية.فقد افترض العالمان (Maier and Saupe)⁽³⁾ بأنّ السبب الرئيسي لنشوء الأطوار الوسطية هو وجود خاصية اللاايزوتروبية في قوى لندن للتشتت (London dispersion forces) للتداخلات الجزيئية حيث ينتج عنه ثنائي القطب الكهربائي المحتث في الجزيئة عند المجال الكهربائي الخارجي.

     وقد كان الاعتقاد سابقا بأنّ عملية تحول الصلب إلى سائل يتم مباشرة" بخطوة واحدة دون المرور بحالة وسطية لكنّ الدراسات أثبتت بأنّ هناك العديد من المركبات العضوية تُظهر طورا وسطيا على الأقل في المدى الواقع بين حالة الانتظام العالي (الطور الصلب) وحالة عدم الانتظام (الطور السائل) من خلال العديد من الدراسات

^{(4 ,5)} التي توضح الأطوار الوسطية والتي تبين بأن هناك تباينا" في الشكل الهندسي لهذه المركبات، وهذا يفسر عدم تساوي القوى الجزيئية الضمنية (Inter molecular Forces) في الاتجاهات جميعها بسبب استطالة الجزيئات والترتيب المتوازي لها⁽⁶⁾، ويمكن الحصول على الطور الوسطي من خلال تحطيم هذه القوى ويتم ذلك بطريقتين⁽⁷⁾:

1- إضافة حجوم معينة من مذيبات قطبية إلى المركبات العضوية فتقوم هذه المذيبات بتحطيم القوى الجزيئية الرابطة لهذه المركبات مُعطية الطور البلوري السائل.

2- التكسير الحراري المرحلي لهذه القوى الجزيئية الضمنية حيث أنّ الارتفاع التدريجي لدرجة الحرارة يؤدي إلى تكسير (قوى فاندرفال) القوى الضعيفة أولا، أمّا القوى القوية فتحتاج إلى درجات حرارة أعلى لذا عند التسخين تتحطم قوى أحد الأبعاد الثلاثة للشبكية البلورية مؤدية إلى الطور السمكتي (Smectic phase) (ايّ نظام ذو بعدين)، وعند الاستمرار بالتسخين فأما أن يتحطم أحد البعدين عندئذ يظهر نظام ذو بعد واحد هو الطور النيماتي (Nematic phase)، أو تتحطم القوى الجزيئية الضمنية جميعها للبعدين المتبقيين في آن واحد مؤديا إلى تكوين الطور الايزوتروبي(Isotropic phase )⁽⁸⁾، كما أنّه من الممكن أن تتحول الشبكية البلورية الصلبة مباشرة إلى الطور النيماتي دون المرور بالطور السمكتي كما مبين في المخطط الآتي:

إنّ جزيئات الطور الصلب تكون بشكل صفوف مرتبة الواحد تلو الآخر غير متحركةٍ وغير قابلةٍ للدوران أي تتميز بانتظام اتجاهي وموقعي ولهذا الانتظام علاقة عكسية مع درجة الحرارة⁽⁹⁾، أمّا الجزيئات في حالة الطور السائل هي متحركةُ في ثلاثة اتجاهات بإمكانها الدوران حول المحاور الثلاثة بصورة عمودية من واحد لآخر أي لا تمتلك أي درجة انتظام موقعية أو اتجاهية بسبب حركتها العشوائية كما في الشكل الآتي:

 لذلك يمكن أن نتصور بان الجزيئات في الحالات الوسطية (البلورات السائلة) تمتلك القابلية على الحركة والدوران بصورة متوازنة وسطية مابين الصلب والسائل. وإنّ تلك الأطوار الوسطية تمتلك درجات معينة من الترتيب، وتكوّن الطور البلوري السائل أو الميزوجين (Mesogenic Unit) وهو مُصطلحٌ يطلق على المركب الصلب الذي له القابلية على تكوين الطور البلوري السائل⁽¹⁰⁾.

     إنّ الأطوار الوسطية التي تظهر بعد الحالة الصلبة تكون أكثر ترتيبا" وتدعى بالأطوار السمكتية (Smectic phases) حيث تكون قادرة" على تكوين الطبقات بالإضافة إلى تعيينها بالاتجاه المفضل لها. حيث أنّ بعض الجزيئات أمّا أنْ تكون عمودية" على الجزيئات الأخرى أو قد تميل بزاوية معينة لكونها قادرة" على أنْ تمتلك درجات متنوعة من الترتب داخل الأنواع المختلفة لهذا الطور كما في الشكل الآتي:

أمّا في أبسط حالة وسطية يظهر طور وسطي يدعى الطور النيماتي  (nematic phase )، في هذا الطور الجزيئات تأخذ الاتجاه نفسه ولكنّها ما تزال تتحرك حول الجوانب من واحدة إلى أخرى كما هو متوقع في حالة السوائل⁽¹¹⁾ كما في الشكل الآتي:

إنّ الطبيعة الوسطية للبلورات السائلة جعلها تمتلك بعض خواص الطور السائل والطور الصلب، كما في خواص الجريان للسوائل و خاصية الانكسار المزدوج ( Birefringence ) للبلورات الصلبة، وإنّ الخاصية الأخيرة مهمة في التطبيقات الكهروضوئية المختلفة^13,12)) فضلا" عن ذلك هناك خاصية مهمة وهي (الخاصية الكهرومغناطيسية) ( Ferroelectricity ) وتكون متعلقة" بشكل كبير بالتراكيب البلورية والكيميائية للمواد⁽¹⁴⁾ ، حيث أنّ سعة الاستقطاب التلقائي والكهربائي تتغير عند حدوث تغير بدرجة الحرارة (تأثير كهروحراري)⁽¹⁵⁾، والتي تستخدم في وسائل العرض الكهروضوئية¹⁶⁾⁾.

-------------------------------------------------------------------

1-G.W.Smith, “Advances in Liquid Crystals” ,Ed.G.H.Brown and P.W. Winsor, Academic press,New York,1,ch.4,p.122,(1975).

2-“Polymers & Liquid Crystals” ,Case Western Reserve University, Cleveland,Ohio,(2001).                      

3-W.Maier and A.Saupe, “Z.Natur forech”,  149,822(1959),159,287, (1960),C.A.,54,5200,(1960).

4-S.Glastone and D.Lewis, “Elements of physical chemistry”,2^nd ed.,Mc Milland, London, (1965).

5-J.W.Emsley & J.C.Lindon, “NMR.Spectroscopy Using Liquid Crystals Solvent”, Pergamon press,oxford,Ch.1,(1975).

6-E.B.Brestly, “Introduction to Liquid Crystals”, Plenum press,New York,Ch.1,(1976).

7-G.H.Brown, “Advance in Liquid Crystals”, Academic press, London,(1976).

8-M.F.Ladd, “Structure and Bonding in Solid State Chemistry”,  Translated by Issam J.Sallami,Mousl university,(1983).

9-W.H.deJeu, “J.Phys.”, (paris), 38,1265,(1977).C.A.,87,175839d,(1977).

10-G.Friedel, “Ann.physique”, (paris),18,273,(1922).

11-Manchester University Liquid Crystal Group, “Liq.,Cryst.”, Academic press,Berl.,(2001).

12-S.T.Wu, “Phys.Rev.A.”,33,1270,(1986).

13-S.T.Wu,C.S.Hsu & K.F.Shyu, “Appl.Phys.Lett.”,74,344,(1998).

14-F.Jona & G.Shirane, “Ferroelectric Crystals,”Pergamon press, Oxford,10,(1962).

15-S.B.Lang, “Source book of pyroelectricity”, Gordon and Breach, New York,(1974).

16-D.Dunmur,A.Fukuda &G.Luckhurst., “Phys.Prop. of Liq.Cryst.:nematics”,Institution of Electrical Engineers,London,277,(2001).