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Accueil du site > Phase cubique tri-continue : Détermination de la structure d’une phase cristal-liquide

Contributeurs : M. Impéror-Clerc, M. Veber, X. Zeng (maître de conférence invité)

Collaborateur : G. Ungar (Université de Sheffield, UK)

Certaines molécules de cristaux-liquides forment par auto-association moléculaire des structures périodiques tri-dimensionnelles, à l’échelle de quelques dizaines de nanomètres. Un exemple maintenant bien connu de ce type d’architecture est celui des phases cubiques dites bi-continues, car constituées de deux labyrinthes imbriqués et séparés par une surface périodique. En 2005, nous avons pu élucider la structure d’une autre phase cubique, qui constitue le premier exemple de phase tri-continue, formée cette fois-ci de trois labyrinthes imbriqués. Cette structure est l’une des plus complexes formées par des molécules mésogènes et le « pourquoi » d’une telle architecture est loin d’être compris. Au cours de ces dernières années, plusieurs exemples de molécules donnant cette phase ont été identifiés, grâce à une signature caractéristique des données de diffraction, sans que le contenu exact de la maille soit connu. Afin d’arriver à visualiser cette structure, des expériences de diffraction X ont tout d’abord été réalisées sur un monocristal de taille millimétrique. Puis, en utilisant les intensités des pics de Bragg (une dizaine), une reconstruction de la densité électronique a été réalisée, la difficulté étant de déterminer les phases des amplitudes de diffraction. Cette reconstruction montre trois labyrinthes enchevêtrés, d’où l’appellation de phase tri-continue. Ce résultat est remarquable, vu la complexité de la structure.


bi-continue Ia3d

tri-continue Im3m

La figure représente à gauche une phase cubique bi-continue (Ia3d), et à droite, la phase tri-continue (Im3m). La maille cubique de la phase tri-continue (de 18 nm de côté) contient environ 10000 molécules. Les trois labyrinthes sont représentés en jaune, violet et bleu. Les labyrinthes jaune et bleu sont identiques (réseau d’octaèdres), et le labyrinthe violet est différent (réseau de connexions trois par trois). Chaque molécule contient un cœur aromatique (en vert) et une ou plusieurs chaînes alkyls (en blanc). La structuration résulte de la ségrégation entre les cœurs et les chaînes alkyls. Les molécules sont en mouvement (caractère liquide) et se déplacent en respectant la nano-ségrégation entre les chaînes et les cœurs, ces derniers étant situés au niveau des labyrinthes (caractère cristallin).

Référence : A triple-network tricontinuous cubic liquid crystal, X. Zeng, G. Ungar, M. Impéror-Clerc Nature Materials 4, 562, 2005