液晶

液晶：液体と結晶の中間相

液晶は、液体のような流動性と結晶のような異方性を併せ持つ物質です。その特異な性質は、構成分子の配列にあります。細長い棒状分子や円盤状分子が、規則的な方向を保ちつつ、位置は液体のように不規則に配置されている状態を指します。この状態は、結晶と液体の間の「中間相」と位置付けられ、物質の温度や濃度によって発現します。

液晶の種類

液晶は、分子の配列の規則性によって様々な種類に分類されます。代表的なものとして、以下の種類が挙げられます。

1. ネマチック液晶 (N液晶):

分子の向きは揃っていますが、位置はランダムに分布しています。最も単純な液晶であり、流動性が高く、容易に配向を変化させられます。電場を加えると分子の配向が変化する性質を利用して、液晶ディスプレイに広く用いられています。円盤状分子からなるディスコチックネマチック相も存在します。

*2. カイラルネマチック液晶 (N液晶):

コレステリック液晶とも呼ばれ、分子配向の方向が螺旋状に変化する構造を持ちます。この螺旋構造によって特定の波長の光を選択的に反射する性質（選択反射）があり、液晶温度計などに利用されています。

3. スメクチック液晶 (Sm液晶):*

分子は層状に配列し、層構造を形成しています。層内での分子の配置によって、SmA、SmB、SmCなど、さらに多くの種類に細分化されます。SmA相やSmC相は層状構造を持ちながらも、流動性のある相です。SmB相やSmF相などはより規則的な層状構造をもち、結晶に近い性質を示します。CryB、CryG、CryH相などは、IUPACの勧告以降、Cry相と呼ばれるようになり、結晶に近い性質を示します。また、不斉構造を持つSmA相や、層構造が螺旋状にねじれたTGB相なども存在します。SmC相は、分極を示す強誘電性液晶として知られています。

4. カラムナー液晶:

円盤状分子がカラム状に集合し、カラムが二次元的に配列した構造を持ちます。カラムの配列の仕方によって、ヘキサチックカラムナー相、レクタンギュラーカラムナー相、カラムナーオブリーク相などに分類されます。

液晶の歴史と応用

液晶は1888年、オーストリアの植物生理学者フリードリヒ・ライニッツァーによって発見されました。その後、1920年代にはジョルジュ・フリーデルによってネマチック、スメクチック、コレステリックの3分類が提唱され、基礎研究が進められてきました。1960年代後半からは、液晶ディスプレイの開発を契機に、応用研究が急速に発展しました。

液晶ディスプレイ以外にも、示温剤、繊維強化プラスチックなど、様々な分野への応用が期待されています。

液晶に関する都市伝説

「液晶ディスプレイの材料にイカが使われている」という話や「最初の液晶ディスプレイは新人の失敗から生まれた」という話は、事実に反する都市伝説です。イカの肝油からコレステリック液晶が製造販売されていたことは事実ですが、液晶ディスプレイに使用されていたわけではありません。また、液晶ディスプレイの発明も、既存研究に基づいた開発であり、新人の失敗が直接の原因ではありませんでした。

参考文献

de Gennes, P. G.; Prost, J. (2002-05-02) (英語). The Physics Of Liquid Crystals. International Series Of Monographs On Physics (Second ed.). Oxford University Press, U.S.A..
福田敦夫、竹添秀男『強誘電性液晶の構造と物性』コロナ社〈フォトニクスシリーズ 9〉、1990年4月。
S. チャンドラセカール『液晶の物理学』翻訳：木村初男、山下護（第2版）、吉岡書店〈物理学叢書 72〉、1995年9月。
折原宏『液晶の物理』内田老鶴圃〈材料学シリーズ〉、2004年4月。
竹添秀男、渡辺順次『液晶・高分子入門』裳華房〈物性科学入門シリーズ〉、2004年11月25日。

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