Brevet FR2462725A1 — publié le 19810213

La présente invention a IX;LIL. objet un système ll(alL anisotrope dont les propriétés en particulier optiques varient sous l'action d'un champ magnétique faible. De façon plus précise, elle concerne un systeme liquide anisotrope comprenant une phase liquide cristalline du type nématique lyotrope. On rappelle que des liquides anisotropes peuvent être constitués par des cristaux liquides du type thermotrope ou lyotrope. Les cristaux liquides du type thermotrope sont obtenus a partir de corps qui, dans certaines zones de températures, se présentent sous une forme intermédiaire (forme mésamorphe, ou mésophase) entre la forme cristalline propre a certains corps solides et la forme désordonnée caractéristique de l'état liquide et leurs propriétés d'anisotropie sont dues a une orientation préférentielle des molécules qui les constituent, orientation qui peut varier sous l'influence d'agents extérieur- tels qu'un champ électrique ou magnétique. Les lyotropes sont constitués par un mélange d'eau et de composes choisis de façon à former dans la phase aqueuse une dispersion de micelles, et leurs propriétés anisotropes résultent de la présence de cette structure micellaire qui correspond au regroupement en agrégats de certaines molécules entrant dans leur composition. Parmi eux, les liquides nématiques lyotropes sont obtenus en choisissant de façon appropriée la nature et les concentrations respectives de leurs constituants QI en distingue actuellement deux types, I et II, les agrégats de molécules pourraient être des cylindres allongés (type I) OU des cylindres aplatis. (type II) suivant les modèles de structures existants mais susceptibles d'évoluer.Ces phases nématiques peuvent être ordonnées par un écoulement, par un traitement en surface ou sous l'action d'un champ magnétique extérieur. De tels liquides nématiques lyotropes présentent toutefois linconve- nient de nécessiter l'application d'un champ magnétique de l'ordre de plusieurs kilogauss pour obtenir une orientation satisfaisante des agrégats de molécules, correspondant par exemple 9 une biré tringence du liquide de l'ordre de 4.10 3. La présente invention a précisément pour objet un système liquide anisotrope qui pallie l'inconvénient précite. Le système liquide anisotrope, selon l'invention, se caractérise en ce qu'il comprend un liquide nématique lyotrope oontenant une dispersion oolloldale de particules magnétiques. Le système liquide anisotrope tel que caractérisé cidessus présente notamnent l'avantage d'être sensible a l'action d'un champ magnétique faible, par exemple, de l'ordre du Gauss. Eh effet, grâce a la présence des particules magnétiques dispersées dans le liquide nématique lyotrope, on obtient lors de l'application d'un champ magnétique, une orientation des particules magnétiques puis, sous l'effet d'un couplage des particules magnétiques avec les agrégats de molécules de la phase nématique lyotrope, une orientation des agrégats, même lorsque le champ magnétique appliqué est très faible, par exemple, de l'ordre de quelques Gauss. On dispose ainsi d'un système liquide anisotrope dont les propriétés physiques,nar exemplerles propriétés électriques telles que la conductivité, les propriétés mécaniques telles que la viscosité et les propriétés optiques peuvent varier sous l'action d'un champ magnétique faible. Aussi, un tel système liquide anisotrope se révèle très avantageux pour de nombreuses applications, en particulier dans des dispositifs d'affichage du type a cristaux liquides ou encore dans des dispositifs de mesure de champs magnétiques faibles ou de contrôle de l'inhomo généité spatiale d'un champ magnétique. Selon 11 invention, le liquide nématique lyotrope est avantageusement constitue par un mélange d'eau, de molécules amphiphiles et d'au moins un composé choisi dans le groupe comprenant les alcools et les sels minéraux de métaux alcalins. A titre de molécules amphiphiles susceptibles d'être utilisées, on peut citer les molécules de savon ou d'agents tensio-actifs, par exemple, les sels d'acides gras à longue chaîne hydrocarbonée ou fluorocarbonée, les sels d'amines a longue chaîne, les phospholipides. Dans un liquide nématique lyotrope constitué par un mélange du type précité, les alcools utilisés sont de préférence des alcools aliphatiques en C5 a C20 par exemple du décanol. lorsque le mélange comprend un sel minéral on utilise avantageusement du chlorure de potassium ou du sulfate de sodium. Dans des mélanges de ce type, les concentrations en eau, en molécules amphiphiles, en alcool et/ou en sel minéral, sont choisis de façon telle que les molécules amphiphiles se regroupent pour former dans la phase aqueuse des agrégats qui constituent la phase du type nématique. Selon l'invention, les particules magnétiques sont avantageusement choisies dans le groupe comprenant les particules de fer, d'oxyde ferrique Fe203, de magnétite Tue304, de bioxyde de chrome, de cobalt, de nickel, de composés des métaux de terres rares, d'alliages de platine et de rhénium, et de ferrites, telles que les ferrites de baryum, de strontium, de manganèse et zinc, de nickel et zinc, de nickel et cobalt, de manganèse. De préférence, on utilise des particules de magnétite Fe304 ou des particules de oobalt. Selon l'invention, les particules magnétiques ont avanta o geusement une dimension de grain comprise entre 30 et 300 A, et o de préférence une dimension de grain comprise entre 50 et 200 A. Par ailleurs, il est avantageux que les particules présentent une forme allongée, par exemple, sensiblement la forme de batonnets ayant une largeur de 20 à 30 A et une longueur d'environ 150 A. Le système liquide anisotrope, selon l'invention, peut être obtenu en ajoutant à un liquide nématique lyotrope une dispers ion aqueuse colloïdale de particules magnétiques dans laquelle les particules sont stabilisées par un agent tensioactif ou un dispersant approprié. Cette dispersion est ajoutée en quantité telle que la oencentration en particules magnétiques du système liquide aniso trope obtenu soit suffisante pour obtenir sous l'action d'un champ magnétique un effet de couplage entre les particules et les agrégats de molécules présents dans le liquide nématique lyotrope. Cependant, cette quantité de particules ne doit pas être trop importante dans le cas d'utilisations optiques du système en raison du pouvoir absorbant des particules. A titre d'exemple, on obtient des résultats satisfaisants lorsque la concentration en particules magnétiques du système liquide anisotrope est d'environ 3.10 4 en volume. L'invention sera mieux comprise à la lecture des exemples suivants donnés bien entendu a titre illustratif et non limitatif. EXEMPLE 1 On prépare un liquide nématique lyotrope en mélangeant de l'eau, du décylsulfate de sodium et du décanol de façon à obtenir un mélange contenant 54,4% en poids d'eau, 38,1% en poids-de décylsulfate de sodium et 7,5% en poids de décanol, ce qui correspond à un liquide nématique lyotrope de type II à température ambiante. On ajoute au mélange ainsi obtenu 1% en volume d'une dispersion aqueuse colloïdale de particules de magnétite Fe3O4 d'une dimension de particules d'environ 150 A, vendue par la Société EERROFLUIDICS, sous la référence AOI et présentant un champ magnétique de saturation de 200 GaussXom3, ce qui correspond à une concentration en particule de 3.10 On obtient ainsi un système liquide anisotrope ayant une concentration en volume de particule de magnétite de 3.10 4 On contrôle les proprietés du système obtenu sur un échantillon en le soumettant à un champ magnétique et en observant les variations de l'intensité lumineuse transmise entre un polari- seur et un analyseur croisés. A titre comparatif, on soumet au même essai un autre échantillon de liquide comprenant le même liquide nématique lyotrope sans addition de particules magnétiques. On constate que pour obtenir la même orientation dans les deux échantillons, le champ magnétique appliqué est 103 plus faible dans le cas du système liquide comprenant des particules magnétiques. EXEMPLE 2 On prépare un liquide nématique lyotrope en mélangeant de l'eau, du laurate de potassium et du chlorure de potassium de façon à obtenir un mélange comportant 36,8% en poids de laurate de potassium, 61% en poids d'eau et 2,2% en poids de chlorure de potassium. On obtient ainsi un liquide nématique lyotrope type I à température ambiante. On ajoute à ce liquide 1% en volume de la marne dispersion aqueuse colloïdale de particules magnétiques que celle utilisée dans l'exemple 1, ce qui conduit à un système liquide anisotrope présentant la même concentration en particules magnétiques que le système obtenu dans l'exemple 1. On contrdle les propriétés optiques du systeme obtenu de la même façon que dans l'exemple 1, et on constate également que le champ magnétique nécessaire pour obtenir la même orienta 3 tion dans chacun des échantillons est 103 plus faible dans le cas du système comprenant des particules magnétiques REVEND IC AT IONS 1. Système liquide anisotrope dont les propriétés varient sous l'action d'un champ magnétique, caractérisé en ce qu'il comprend un liquide nématique lyotrope contenant une dispersion colloidale de particules magnétiques. 2. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que le liquide nématique lyotrope est constitué par un mélange d'eau, de molécules amphiphiles et d'au moins un composé choisi dans le groupe comprenant les alcools aliphatiques et les sels minéraux de métaux alcalins. 3. Système selon la revendication 2, caractérisé en ce que les molécules amphiphiles sont des molécules de savon ou des molécules d'agent tensio-actif. 4. Système selon la revendication 2, caractérisé en ce que les molécules amphiphiles sont des molécules d'un composé choisi dans le groupe comprenant les sels d'acides gras à longue chaîne hydrocarbonée ou fluorocarbonée, les sels d'amines à longue chaîne, les phospholipides. 5. Système selon la revendication 2, caractérisé en ce que les alcools aliphatiques sont des alcools en C5 à C20. 6. Système selon la revendication 2, caractérisé en ce que le sel minéral est le chlorure de potassium ou le sulfate de sodium. 7. Système selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que les particules magnétiques sont choisies dans le groupe comprenant les particules de fer, d'oxyde ferrique Fe203, de magnétite Fe304, de bioxyde de chrome, de cobalt, de nickel, de composés des métaux de terres rares, d'alliages de platine et de rhénium, et de ferrites. 8. Système selon l'une quelconque des revendications 1 a 7, caractérisé en ce que les particules magnétiques ont une o dimension de grain comprise entre 30 et 300 A 9. Système selon la revendication 8, caractérisé en ce que les particules ont une dimension de grain comprise entre 50 o et 200 A 10. Système selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'il est constitué par un mélange d'eau, de décylsulfate de sodium et de décanol, contenant une dispersion colloïdale de particules de magnétite. 11. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il est constitue par un mélange d'eau de laurate de potassium et de chlorure de potassium, contenant une dispersion colloïdale de particules de magnétite.