UNIVERSITI MALAYA UNIVERSITY OF MALAYA PEPERIKSAAN IJAZAH SARJANA MUDA SAINS EXAMINATION FOR THE DEGREE OF BACHELOR OF SCIENCE SESI AKADEMIK 2015/2016 : SEMESTER 1 ACADEMIC SESSION 2015/2016 : SEMESTER 1 SCES3336 : CECAIR HABLUR LIQUID CRYSTALS Dis 2015/Jan 2016 Dec 2015/Jan 2016 Masa: 2 jam Time: 2 hours ARAHAN KEPADA CALON: INSTRUCTIONS TO CANDIDATES: Kertas soalan ini mengandungi Bahagian A dan B. This paper consists of Section A and B. Jawab soalan mengikut arahan yang diberikan di dalam setiap bahagian. Question should be answered according to the instructions given in each section. (Kertas soalan ini mengandungi 5 soalan dalam 7 halaman yang bercetak) (This question paper consists of 5 questions on 7 printed pages)
BAHAGIAN A (50 MARKAH) SECTION A (50 MARKS) Jawab SEMUA soalan. Answer ALL questions. 1. (a) Cecair hablur mempunyai sifat-sifat yang mencirikan cecair dan hablur (pepejal). Cecair hablur juga mempunyai beberapa ciri unik yang tidak terdapat pada cecair atau hablur. Berikan dua sifat-sifat unik cecair hablur tersebut. Liquid crystals possess properties characteristics of both liquid and crystal (solid). Liquid crystals also possess some unique properties which are not found in either liquid or crystal. Give two of these unique properties of liquid crystals. (4 markah/marks) Jangka suhu cecair hablur dibuat daripada bahan yang mempunyai fasa kolesterik (nematik kiral). Berdasarkan organisasi molekul cecair hablur kolesterik, terangkan bagaimana cecair hablur tersebut bertukar warna dengan suhu dan bagaimana jangka suhu cecair hablur tersebut berfungsi. A liquid crystal thermometer is made of a substance which has a cholesteric (chiral nematic) phase. Based on the molecular organization of the cholesteric liquid crystals, explain how the liquid crystals change colour with temperature and how the liquid crystal thermometer works. Persandaran suhu yang biasa bagi parameter tertib, P 2 untuk fasa nematik ditunjukkan di bawah, di mana T/T NI adalah suhu berkurangan dan T NI adalah suhu peralihan bagi nematik-isotropik. Tulis nota ringkas untuk menerangkan plot ini. A typical temperature dependence of the order parameter, P 2 for a nematic phase is shown below, in which T/T NI is the reduced temperature and T NI is the nematic-isotropic transition temperature. Write a short note to describe this plot. 2/7
(5 markah/marks) (d) Parameter tertib orientasi kuantitatif selalunya didefinisikan berdasarkan kepada purata polinomial Legendre yang kedua. Tuliskan persamaan ini dan terangkan mengapakah polinomial-polinomial ganjil tidak digunakan untuk mendefinisikan parameter tertib. A quantitative orientational order parameter is usually defined based on the average of the second Legendre polynomial. Write down the equation and explain why odd polynomials are not used to define the order parameter. (5 markah/marks) 2. (a) Di dalam kajian medan permukaan pada direktor cecair hablur, bezakan di antara penjajaran satah seragam dan homeotropik. Lakarkan gambarajah yang sesuai untuk menyokong jawapan anda. In the surface field study of liquid crystal directors, distinguish between uniform planar and homeotropic alignment. Sketch appropriate diagrams to support your answer. Jelaskan bagaimana bahan paramagnetik dan dimagnetik akan terkesan apabila dipengaruhi oleh medan magnet. Explain how paramagnetic and diamagnetic materials are affected by magnetic field. (4 markah/marks) Terdapat tiga deformasi asas yang ditemui di dalam direktor-direktor nematik. There are three fundamental deformations found in the nematic directors. 3/7
(i) Nyatakan tiga deformasi asas tersebut. State the three fundamental deformations. (3 markah/marks) (ii) Terangkan deformasi manakah yang paling mudah untuk dicapai? Explain which deformation is the easiest to achieve? (2 markah/marks) 3. (a) Dengan bantuan gambarajah, terangkan cara operasi bagi paparan dinamik berselerak. With the aid of a diagram, describe the operational mode of a dynamic scattering display. Bagi TN-LCD, voltan ambang diberikan sebagai: For a TN-LCD, the threshold voltage is given as: V th = [(4k 11 + k 33-2k 22 ) / ] 1/2 (i) Cadangkan satu nilai tipikal bagi nilai V th bagi TN-LCD ini. Suggest a typical recommended value for V th in TN-LCD. (2 markah/marks) (ii) Apakah nilai yang sesuai bagi di dalam mod LCD ini? Terangkan bagaimana dipengaruhi oleh struktur molekul. What should be the value of in this LCD mode? Describe how relates to the molecular structure. (3 markah/marks) Berikan empat jenis sensor yang biasa digunakan dalam teknologi skrin sentuh. Give four types of sensors that are commonly used in touchscreen technology. (4 markah/marks) 4/7
BAHAGIAN B (50 MARKAH) SECTION B (50 MARKS) Jawab SEMUA soalan. Answer ALL questions. 4. (a) Sila rujuk mesogen liotropik berikut:- Refer to the following lyotropic mesogen:- (i) Nyatakan jenis Molekul X mesogen liotropik bagi molekul X. Molecule X Berikan definisi mesogen liotropik tersebut. State the type of lyotropic mesogen for molecule X. Provide a definition for this lyotropic mesogen. (ii) Apakah daya pendorong bagi pembentukan fasa molekul X? What is the driving force for phase formation of molecule X? (iii) Nyatakan dan lakarkan fasa yang boleh dibentuk oleh molekul X. State and sketch the phases that molecule X can form. (11 markah/marks) Spektroskopi resonan magnetik nuklear deuterium ( 2 H-NMR) adalah antara teknik yang digunakan dalam penentuan fasa. Lakar dan jelaskan bentuk spektra 2 H-NMR bagi fasa lamellar, heksagonal dan kubik. 5/7
Deuterium nuclear magnetic resonance spectroscopy ( 2 H-NMR) is one of the techniques that can be used for phase identification. Sketch and explain the shape of 2 H-NMR spectra of lamellar, hexagonal and cubic phases. Pada suhu dan kepekatan tertentu, sistem liotropik molekul Y menunjukkan kewujudan bersama tiga mesofasa iaitu heksagonal, kubik dan lamellar. Tunjukkan dengan lakaran bagaimana anda dapat membezakan fasa-fasa ini daripada satu spektrum 2 H-NMR. At certain temperature and concentration, lyotropic system of molecule Y indicates co-existence of three mesophases which are hexagonal, cubic and lamellar. Show with a drawing, how you can differentiate these phases from single 2 H-NMR spectrum. (5 markah/marks) (d) Terangkan mengapa 2 H-NMR tidak sesuai digunakan untuk membezakan larutan misel dan fasa kubik. Explain why 2 H-NMR is not a suitable technique to differentiate between micellar solution and cubic phase. (3 markah/marks) 5. (a) Berikan perbezaan-perbezaan utama antara polimer cecair hablur rantai-utama (MCPLC) dan polimer cecair hablur rantai-sisi (SCPLC). Give the major differences between main-chain polymer liquid crystals (MCPLCs) and side-chain polymer liquid crystals (SCPLCs). (8 markah/marks) Diberikan di bawah adalah struktur bagi polimer cecair hablur rantai-sisi (SCPLC). Given below is the structure for a side-chain polymer liquid crystals (SCPLCs). 6/7
(i) Labelkan istilah yang betul bagi bahagian A, B dan C. Label the proper terms for regions A, B and C. SCES3336 (ii) (iii) (iv) Apakah pengaruh panjang B terhadap sifat mesomorfik? What is the influence of the length of B on the mesomorphic properties? Bagaimana sifat mesomorfik berubah jika dua gelang benzena dalam C ditukar kepada empat gelang? How does the mesomorphic properties change if the two benzene rings in C are changed to four rings? Bagaimana atom penghubung di antara B dan C bagi contoh di bawah mempengaruhi takat jernih? How does the atom linkage between B and C influence the clearing point for the following examples? 1 2 3 (11 markah/marks) Bincangkan secara ringkas kegunaan polimer cecair hablur rantai-sisi (SCPLC) untuk penyimpanan data optik. Briefly explain the application of side-chain polymer liquid crystals (SCPLCs) for optical information storage. TAMAT END 7/7