Реферат: Жидкие кристаллы

/>/>/>/>/>Саратовский ГосударственныйУниверситет имени Н.Г. Чернышевского

РЕФЕРАТ

Жидкиекристаллы.

Выполнила: студентка химического факультета, 3 курса, 312 группы,

Любименко Н.А.

Проверил: Ракитин С.А.

Саратов 2002

Содержание.

Введение

1.История открытия жидких кристаллов

2.Молекулярное строение и структура жидких кристаллов.

2.1. Термотропные жидкие кристаллы

2.2. Лиотропные жидкие кристаллы

3.Анизотропия физических свойств — основная особенность жидких кристаллов.

4. Как управлять жидкими кристаллами

5. Как управлять холестерической спиралью

Заключение

Введение

Необычное сочетание слов«жидкие кристаллы», вероятно, многим уже знакомо, хотя далеко не всесебе представляют, что же стоит за этим странным и, казалось бы противоречивымпонятием. Эти удивительные вещества удачно сочетают в себе анизотропныесвойства кристаллов и текучие свойства жидкостей.

В то же время, вероятно,каждый второй(ну, может быть третий!) человек носит при себе жидкокристаллические(ЖК)индикаторы и по несколько десятков раз в день посматривает на свои электронныечасы. ЖК-циферблат которых аккуратно отсчитывает часы, минуты, секунды, аиногда и доли секунд. Именно ЖК-индикаторы являются основой современныхкалькуляторов, портативных компьютеров «Notebooks», миниатюрныхплоских экранов телевизоров, словарей-переводчиков, пейджеров и многих другихсовременных электронных  технических и бытовых приборов и устройств.

Мировое производствоЖК-индикаторов и дисплеев исчисляется миллиардами и, по прогнозам будетувеличиваться и дальше. Уже сейчас без преувеличения можно сказать, чтопрогресс и развитие ряда отраслей науки и техники немыслимы без развитияисследований в области жидких кристаллов. Не меньший интерес представляют собойжидкие кристаллы с точки зрения биологии и  процессов жизнедеятельности.Функционирование клеточных мембран и ДНК, передача нервных импульсов, работамышц, формирование аттеросклеротических бляшек — вот далеко неполный переченьпроцессов, протекающих в ЖК-фазе, с присущими этой фазе особенностями —склонностью к самоорганизации и сохранении высокой молекулярной подвижности.

1. История открытияжидких кристаллов.

Со времени открытияжидких кристаллов прошло более 100 лет. Впервые их обнаружил австрийскийботаник Фридрих Рейнитцер, наблюдая две точки плавления сложного эфирахолестерина — холестерилбензоата (рис.1).

/>

Рис.1

ПервоеЖК-соединение — холестерилбензоат и диаграмма, иллюстрирующая температурнуюобласть существования ЖК-фазы.

При температуре плавления(Tпл), 1450C, кристаллическое вещество превращалось вмутную, сильно рассеивающую свет жидкость, которая при 1790Cстановилась прозрачной. В отличии от точки плавления температуру, при которойпроисходило просветление образца, Рейнитцер назвал точкой просветления (Tпр).Пораженный этим необычайным явление, свидетельствующим как будто о двойномплавлении, Рейнитцер отправил свои препараты немецкому кристаллографу ОттоЛеману с просьбой помочь разобраться в странном поведении холестерилбенозоата.Исследуя их при помощи поляризационного микроскопа, Леман установил, что мутнаяфаза, наблюдаемая Рейнитцером, является анизатропной. Поскольку свойства анизотропииприсуще твердому кристаллу, а вещество в мутной фазе было жидким, Леман назвалего жидким кристаллом.

С тех пор вещества,способные в определенном температурном интервале выше точки плавления сочетатьодновременно свойства жидкостей (текучесть, способность к образованию капель) исвойства кристаллических тел (анизотропии), стали называться жидкимикристаллами или жидкокристаллическими. ЖК-вещества часто называют мезоморфными,а образуемую ими ЖК-фазу — мезофазой (от греч. «мезос» —промежуточный). Такое состояние является термодинамически стабильным фазовымсостоянием и по праву на ряду с твердым, жидким и газообразным можетрассматриваться как четвертое состояние вещества.

Однако понимание природыЖК-состояния веществ установление и исследование их структурной организацииприходит значительно позднее. Серьезное недоверие к самому факту существованиятаких необычных соединений в 20 — 30-х годах сменилось их активнымисследованием. Работы Д. Форлендера в Германии во многом способствовали синтезуновых ЖК-соединений. Достаточно сказать, что под его руководством быловыполнено 85 диссертаций по жидким кристаллам. Французский ученый Ж. Фридельпредложил первую классификацию жидких кристаллов, голландец С. Озеен и чех Х.Цохер создали теорию упругости, русские ученые В.К. Фредерикс и В.Н. Цветков вСССР в 30-х годах впервые исследовали поведение жидких кристаллов вэлектрических и магнитных полях. Однако то 60-х годов изучение жидкихкристаллов не представляло существенного практического интереса, и все научныеисследования имели достаточно ограниченный, чисто академический интерес.

Ситуация резко измениласьв середине 60-х годов, когда в связи с бурным развитием микроэлектроники имикроминиатюризации приборов потребовались вещества, способные отражать ипередавать информацию, потребляя при этом минимум энергии. И вот здесь напомощь пришли жидкие кристаллы, двойственный характер которых (анизотропиясвойств и высокая молекулярная подвижность) позволили создать управляемыевнешним электрическим полем быстродействующие и экономичные ЖК-индикаторы,являющиеся по существу основным элементом многомиллионной «армии»часов, калькуляторов, плоских экранов телевизоров и т. д.

Жидкокристллический бум,в свою очередь, стимулировал активную научную деятельность, созывалисьмеждународные симпозиумы и конференции по жидким кристаллам, организовывались школыдля молодых ученых, выпускались сборники и монографии.

Что же представляют собойэти необычные кристаллы и каковы особые свойства, сделавшие их сегодняпрактически незаменимыми?

2. Молекулярноестроение и структура жидких кристаллов.

Сейчас известно уже околосотни тысяч органических веществ, которые могут находиться в ЖК-состоянии, ичисло таких соединений непрерывно растет. Если первые десятилетия после открытия жидких кристаллов основными представителями этих соединений являлисьтолько вещества, состоящие из асимметрических молекул стержнеобразной формы, —так называемые каламитики (от греч. «каламис» — тростник), то впоследствии было обнаружено, что в ЖК-состояние могут переходить самыеразнообразные вещества, имеющие молекулы более сложной формы (диски, пластины идр.). Молекулы ЖК-соединений очень часто называют мезогенами, а группировки илифрагменты малеку, способствующие формированию ЖК-фазы, — мезогенными группами.В таблице 1 приведены примеры стержнеобразных мезогенов — каломитиков, а такжехимические формулы дискообразных (дискотики) и планкообразных мезогенов (санидики)(от греч. «санидис» — планка).

Как видно из таблицы 1,среди мезогенных групп чаще всего встречаются бензольные кольца, связанныенепосредственно друг с другом с помощью различных химических группировок(–CH=CH–, –CH=N–, –NH–CO и др.). Характерной особенностью всех ЖК-соединенийявляется асимметричная форма малеку, обеспечивающая анизотропию поляризуемостии тенденцию к расположению молекул преимущественно параллельно друг другу вдольих длинных (каламитики и санидики) и коротких (дискотики) осей.

Таблица 1.

Типичныепримеры химических соединений, образующих ЖК-фазу.

/>

2.1.Термотропныежидкие кристаллы

В зависимостиот характера расположения молекул согласно классификации, предложенной еще Фриделем, различают три основных типа структур ЖК-соединений: смектический,нематический и холестерический.Указанные типы структур относятся к так называемым термотропнымжидким кристаллам, образование которых осуществляется только при термическомвоздействии на вещество (нагревание илиохлаждение). На рис. 2 показаны схемы расположениястержне- и дискообразных молекулв трех перечисленных структурных модификацияхжидких кристаллов.

/>

Рис.2. Основные типы расположениястержне-образных (а-в)и дискообразных (г)молекул в жидких кристаллах:а — смектическая фаза,б — нематическая, в — холестерическая,г — дискотическая (n-директор).

Смектическийтип жидких кристаллов (смектики – от греч. слова«смегма» – мыло)  ближе всего к истинно кристаллическим телам. Молекулы располагаются в слоях, и их центры тяжести подвижны в двух измерениях (на смектическойплоскости). При этом длинные оси молекул в каждомслое могут располагаться как перпендикулярноплоскости слоя (ортогональные смектики), так и поднекоторым углом (наклонные смектики). Направление преимущественной ориентации осей молекул принято называть директором, который обычно обозначается вектором n(рис. 2, а).

Нематический тип жидких кристаллов (нематикиот греч. «нема» — нить) характеризуется наличием толькоодномерного ориентационного порядка длинных (каламитики) или коротких (дискотики)осей молекул (рис. 2 б и  г соответственно). При этом центры тяжести молекулрасположены в пространстве хаотично, что свидетельствует об отсутствиитрансляционного порядка.

Наиболеесложный тип упорядочения молекул жидких кристаллов холестерический(холестерики), образуемый хиральными(оптически активными) молекулами, содержащимиасимметрический атом углерода. Это означает, что такие молекулы являются зеркально-несимметричными в отличие от зеркально-симметричныхмолекул нематиков.  Впервые холестерическая мезофазанаблюдалась для производных холестерина, откуда ипроизошло ее название. Холестерики во многих отношениях подобны нематикам, в которых реализуется одномерный ориентационныйпорядок; они образуются также при добавлении небольших количеств хиральных соединений (1-2 мол. %) к нематикам. Как видно из рис. 2, в, в этом случаедополнительно реализуется спиральная закрученностьмолекул, и очень часто холестерик называют закрученнымнематиком.

Периодическаяспиральная структура холестериков определяет ихуникальную особенность — способность селективно отражать падающий свет,«работая» в этом случае как дифракционнаярешетка. При фиксированном угле отражения условияинтерференции выполняются только для лучей одного цвета, и слой (или пленка) холестерика кажется окрашенным в один цвет. Этот цветопределяется шагом спирали Р, который принормальном угле падения света простым образомсвязан с максимумом длины волны отраженного света lmax:

P= lmax / n,                                                                                                           (1)

где n —показатель преломления холестерика. Этот эффект избирательного отраженияпленкой холестерика света с определенной длиной волны получил названиеселективного отражения. В зависимости от величины шага спирали, которыйопределяется химической природой холестерика, максимум длины волны отраженногосвета может располагаться в видимой, а также в ИК-и УФ-областях спектра, определяя широкие областииспользования оптических свойств холестериков.

Любой из трехтипов мезофаз рассматривается обычно какнепрерывная анизотропная среда, где в небольших по размерам микрообьемах (их часто называют роями или доменами),состоящих, как правило, из 104-105молекул, молекулы ориентированы параллельно друг другу.

Теперьрассмотрим  макроскопическую структуру жидких кристаллов, которую чаще всегоназывают текстурой, понимая под этим совокупность структурных деталей образцажидкого кристалла, помешенного между двумя стеклами и исследуемого с помощьюоптического поляризационного микроскопа. Каждый тип жидкого кристалласамопроизвольно образует свои характерные текстуры, по которым их часто удаетсяидентифицировать. Как правило, текстуры жидких кристаллов настолько«фотогеничны», что их красивые микрофотографии часто помешают на обложках научных журналов и научно-популярных изданий.

/>

/>

/>

Рис.3 Типичные текстуры нематических(а), смектических(б) и холестерических (в)жидких кристаллов: а — шлирен, б — веерная, в — конфокальная текстуры.

Нематические жидкие кристаллыхарактеризуются так называемой шлирен-текстурой(рис. 3, а), представляющей собой систему тонких нитевидных линий и точек с нитеобразными черными«хвостами». Эти линии называют />дисклинациями (от греч.«клине» — наклон).Они представляют собой места резкого изменениянаправления ориентации длинных осей молекул.Характерной текстурой смектиков является веерная текстура, которая во многом напоминает кристаллыобычных твердых тел (рис. 3, б), что подчеркивает наибольшуюаналогию в структурной организации двумерно-упорядоченных смектиков итрехмерно-упорядоченных кристаллов. Неориентированные холестерики образуютконфокальную текстуру, которая состоит из отдельныхи связанных между собой сложных образований, называемых конфокальными доменами(рис. 3, в).

Важноотметить, что все рассмотренные текстуры чрезвычайно лабильны и легкоподвергаются структурным перестройкам под действием небольших внешнихвоздействий (механические напряжения, электрические поля, температура и др.).

2.2.Лиотропныежидкие кристаллы

В отличие от термотропных жидкихкристаллов лиотропные жидкие кристаллы образуются при растворении ряда амфифильных соединений в определенных растворителях иимеют, как правило, более сложную структуру, чем термотропныежидкие кристаллы. Амфифильные соединения состоят измолекул, содержащих гидрофильные и гидрофобные группы. Такие соединения широкораспространены в природе. Так, например, любая жирная кислота является амфифильной. Ее молекулы состоят из двух частей: полярной«головки» (СООН-группа) и углеводородного«хвоста» [СН3(СН2)n—].Подобные соединения при растворении в воде, как правило, образуют мицеллярные растворы, в которых полярные головкиторчат наружу, находясь в контакте с водой, ауглеводородные хвосты, контактируя друг с другом,смотрят вовнутрь. Такие мицеллы(рис. 4, а) и являются теми структурными элементами, из которых строятсялиотропные  жидкие кристаллы, формируя, например, цилиндрическую или ламеллярную формы (рис. 4, б, в)./>

/>

 Рис.4. Некоторые типылиотропных жидкокристаллических структур, образованные амфифильными молекулами в водных растворах: а — цилиндрическая мицелла, б — гексагональная упаковкацилиндрических мицелл, в — ламеллярныйсмектический жидкий кристалл; г — строение мембраны,состоящей из фосфолипидногодвойного слоя ( 1 ) имолекул белков (2).

В отличие от термотропных жидких кристаллов, где формированиеопределенного типа мезофазы определяется лишьтемпературой, в лиотропных системах тип структурной организации определяется уже двумя параметрами:концентрацией вещества и температурой. />Лиотропные жидкие кристаллы наиболее часто образуются биологическими системами,функционирующими в водных средах. Именно в этихсистемах в наиболее яркой форме проявляются уникальные особенности жидкихкристаллов, сочетающих лабильность с высокойсклонностью к самоорганизации. Ограничимся лишь одним примером, относящимся к клеткам и внутриклеточным органеллам, покрытым тонкими высокоупорядоченнымиоболочками — мембранами. Современные структурные исследования показывают, чтомембраны представляют собой типичные лиотропные ламеллярныелабильные ЖК-структуры, составленные из двойного слоя фосфолипидов,в котором «растворены» белки, полисахарилы,холестерин и другие жизненно важные компоненты (рис. 4, г). Такое анизотропное строениемембраны, с одной  стороны, позволяет защищать ее внутреннюю часть от нежелательных внешнихвоздействий, а с другой стороны, ее «жидкостной» характеробеспечивает высокие транспортные свойства (проницаемость,перенос ионов и др.), что придает клетке определяющуюроль в процессах жизнедеятельности.

3. Анизотропия физическихсвойств — основная особенность жидких кристаллов.

Посколькуосновным структурным признаком жидких кристалловявляется наличие ориентационного порядка,обусловленного анизотропной формой молекул, то естественно, что все их свойстватак или иначе определяются степенью ориентаци-ониогоупорядочения. Количественно степень упорядоченности жидкого кристаллаопределяется параметром порядка S, введенным В.И. Цветковым в 40-х годах:

S= 0,5 á( 3cos2q – 1)ñ                                                                                       (2)

где q — угол между осьюиндивидуальной молекулы жидкого кристалла ипреимущественным направлением всего ансамбля, определяемым директоромn (рис. 2) (угловые скобки означают усреднение повсем ориентациям молекул). Легко понять, что вполностью разупорядоченной изотропно-жидкой фазе S = 0, а в полностью твердомкристалле S = 1. Параметрпорядка жидкого кристалла лежит в пределах от 0 до 1. Именно существование ориентационного порядка обусловливает анизотропию всехфизических свойств жидких кристаллов. Так, анизотропная форма молекул каламитиков определяет появление двойного лучепреломления(Dn) и диэлектрической анизотропии (De), величины которых могутбыть выражены следующим образом:

Dn|| =  n|| – n^ и De|| = e|| – e^                                                                            (3)

где n||, n^/> и e||, e^ — показатели преломленияи диэлектрические постоянные соответственно, измеренные при параллельной иперпендикулярной ориентации длинных осей молекул относительно директора.Значения Dn для ЖК-соединений обычно весьма велики и меняются в широкихпределах в зависимости от их химического строения, достигая иногда величиныпорядка 0,3-0,4. Величина и знак De зависят от соотношениямежду анизотропией поляризуемости молекулы, величиной постоянного дипольного моментаm, а также от угла между направлением дипольного момента и длинноймолекулярной осью. Примеры двух ЖК-соединений, характеризующихся положительной и отрицательнойвеличиной De, приведены ниже:

/>

Нагреваниежидкого кристалла, понижая его ориентационныйпорядок, сопровождается монотонным снижением значений Dn и De, так что в точке исчезновения ЖК-фазыпри Тпр анизотропия свойств полностьюисчезает.

В то же времяименно анизотропия всех физических характеристик жидкого кристалла в сочетаниис низкой вязкостью этих соединений и позволяет с высокой легкостью и эффективностью осу/>ществлять ориентацию (ипереориентацию) их молекул под действием небольших«возмущающих» факторов (электрические имагнитные поля, механическое напряжение), существенно изменяя их структуру исвойства. Именно поэтому жидкие кристаллы оказалисьнезаменимыми электрооптически-активными средами, наоснове которых и было создано новое поколение так называемых ЖК-индикаторов.

4. Какуправлять жидкими кристаллами

Основойлюбого ЖК-индикатора является так называемая электрооптическая ячейка,устройство которой изображено на рис. 5. Две плоские стеклянные пластинки снанесенным на них прозрачным проводящим слоем изокиси олова или окиси индия, выполняющие роль электродов, разделяются тонкими прокладками из непроводяшего материала (полиэтилен, тефлон). Образовавшийся зазор между пластинками,который колеблется от 5 до 50 мкм (в зависимости отназначения ячейки), заполняется жидким кристаллом, и вся «сандвичевая» конструкция по периметру«запаивается» герметикой или другимизолирующим материалом (рис. 5). Полученная таким образом ячейка может бытьпомешена между двумя очень тонкими пленочными поляризаторами, плоскостиполяризации которых образуют определенный угол с целью наблюдения эффектов ориентации молекул под действием электрическогополя. Приложение к тонкому ЖК-слою даже небольшогоэлектрического напряжения (1,5—3 В) вследствие относительно низкой вязкости ивнутреннего трения анизотропной жидкости приводит к изменению ориентации жидкого кристалла. При этом важно подчеркнуть, чтоэлектрическое поле воздействует не на отдельные молекулы, а на ориентированныегруппы молекул (рои или домены), состоящие издесятков тысяч молекул, вследствие чего энергия электростатическоговзаимодействия значительно превышает энергию теплового движения молекул. Витоге жидкий кристалл стремится повернуться таким образом, чтобы направлениемаксимальной диэлектрической постоянной совпало с направлением электрического поля. А вследствие большой величиныдвулучепреломления Dn процесс ориентацииведет к резкому изменению структуры и оптическихсвойств жидкого кристалла.

Впервыевоздействие электрических и магнитных полей на жидкие кристаллы былоисследовано русским физиком В.К. Фредериксом, и процессы их ориентации получилиназвание электрооптических переходов (или эффектов) фредерикса.Один из трех, наиболее часто встречающихся вариантов ориентации молекул показанна рис. 5. а. Это планарнаяориентация, которая характерна для нематиков с отрицательной диэлектрической анизотропией (De <0), когда длинные оси молекул параллельны стеклянным поверхностям ячейки.

 />

Рис.5. Электрооптическая ячейка типа «сандвич» с планарнойориентацией молекул (а) и схемы расположения молекул жидких кристаллов вячейке: б — гомеотропная и в — твист-ориентация. 1 — слой жидкого кристалла. 2 — стеклянные пластинки, 3 — токопроводящий слой, 4 — диэлектрическая прокладка, 5 — поляризатор, 6 — источник электрического напряжения.

Гомеотропная ориентация реализуется для жидких кристаллов с положительнойдиэлектрической анизотропией (De >0) (рис. 5, б). В этом случае длинные оси молекул с продольным дипольным моментом располагаются вдоль направленияполя перпендикулярно поверхности ячейки. И наконец,возможна твист- или закрученная ориентация молекул (рис. 5, в). Такаяориентация достигается спе/>циальной обработкойстеклянных пластинок, при которой длинные осимолекул поворачиваются в направлении от нижнего кверхнему стеклу электрооптической ячейки. Обычно это достигается натираниемстекол в разных направлениях или использованием специальных веществ-ориентантов, задающих направление ориентации молекул.

В основедействия любого ЖК-индикатора лежат структурныеперестройки между указанными типами ориентациимолекул, которые индуцируются при приложении слабого электрического поля.Рассмотрим, например, как работает ЖК-циферблатэлектронных часов. Основу циферблата составляет уже знакомая нам электрооптическая ячейка, правда несколько дополненная(рис. 6, а, б). Помимо стекол с напыленнымиэлектродами, двух поляризаторов,плоскости поляризации которых противоположны, но совпадают с направлением длинных осей молекул у электродов, добавляетсяеще располагаюшееся под нижним поляризаторомзеркало (на рисунке не показано). Нижний электрод обычно делают сплошным, аверхний — фигурным, состоящим из семи небольшихсегментов-электродов, с помощью которых можноизобразить любую цифру или букву (рис. 6, в).Каждый такой сегмент «питается» электричеством и включается согласнозаданной программе от миниатюрногогенератора. Исходнаяориентация нематика закрученная, то есть мы имеемтак называемую твист-ориентацию молекул (см. рис. 5, в и 6, а). Свет падает на верхний поляризатор и становится плоскополяризованным в соответствии с его поляризацией.

/>

Рис.6 Схема работы ЖК-индикатора на твист-эффекте: а — до включения электрическогополя, б — после включения поля, в — семисегментной буквенно-цифровой электрод,управляемый электрическим полем.

Приотсутствии электрического поля (то есть в выключенном состоянии) свет,«следуя» твист-ориентации нематика, меняет свое направление всоответствии с оптической осью нематика и на выходе будет иметь то же направление поляризации, что и нижнийполяризатор (см. рис. 6, а). Другими словами, светотразится от зеркала, и мы увидим светлый фон. При включении электрическогополя для нематического жидкого кристалла сположительной диэлектрической анизотропией (De > 0) произойдетпереход от закрученной твист-ориентации к гомеотропной ориентации молекул, то есть длинные оси молекул повернутсяв направлении, перпендикулярном к электродам, испиральная структура разрушится (рис. 6, б). Теперь свет, не изменивнаправления исходной поляризации, совпадающей с поляризацией верхнего поляризатора,будет иметь направление поляризации, противоположное нижнему поляроиду, а они,как видно на рис. 6, б, находятся в скрещенном положении. В этом случае свет недойдет до зеркала, и мы увидим темный фон. Другими словами, включая поле, можнорисовать любые темные символы (буквы, цифры) насветлом фоне, используя, например, простуюсемисегментную систему электродов (рис. 6, в).

Таков принципдействия любого ЖК-индикатора. Основнымипреимуществами этих индикаторов являются низкие управляющие напряжения (1,5-5 В), малые потребляемые мощности(1—10 мкВт), высокая контрастность изображения,легкость встраивания в любые электронные схемы, надежность в работе и относительнаядешевизна.

5. Какуправлять холестерической спиралью

Средирассмотренных типов жидких кристаллов, пожалуй, наиболее экзотическимиоптическими свойствами обладают холестерики.Необычайно тонко организованная спиральная структура холестерическихжидких кристаллов (см. рис. 2, в) чрезвычайно чувствительнак самым различным внешним воздействиям. Изменяя температуру, давление,прикладывая электромагнитные поля и механические напряжения, можно существеннымобразом менять шагхолестерической спирали, а всоответствии с уравнением (1) легко менять цвет холестерика. Огромная чувствительность этихсоединений, позволяющая «пробегать» всецвета спектра в интервале 0,01 -0,001 °С. показывает, какие необыкновенныевозможности открывает использование этих веществ вкачестве высокоэффективных термоиндикаторов.

У большинствахолестериков с ростом температуры шаг спиралиуменьшается, а следовательно, уменьшается и длинаволны селективно отраженного света lmax (рис. 7). Иными словами,каждой из указанных на рис. 7 температур — Т0,Т1, Т2 и Т3 —  соответствует свой цвет. Таким образом, нанося холестерическиежидкие кристаллы на поверхности различных объектов,можно получать топографию распределения температуры, что делает их незаменимымитермоиндикаторами и визуализаторами для различногорода применений в технике и медицине. Вводя холестерики в полимерные пленки, тоесть получая так называемые капсулирован-ные жидкиекристаллы, можно создавать весьма удобные в обращении пленочные материалы,которые можно использовать в качестве термометров, а также для визуализации и «фотографирования» тепловых полей.

/>

Рис. 7

Температурная зависимость длины волны селективного отражения света lmaxслоя холестерического жидкого кристалла — холестерилпеларгоната.

В последниегоды разрабатываются смеси холестерических жидкихкристаллов, резко изменяющие цвет (а следовательно, и шаг спирали) поддействием малых, но опасных концентраций вредных паров различных химическихсоединений. Такие ЖК-индикаторы могут за очень короткое время (1-2 мин) менять цветовуюокраску при превышении допустимой концентрации вредных паров, выполняя таким образом рольсвоеобразных химических датчиков.

Одним извнешних факторов, с помощью которого можно управлять шагом холестерической спирали, может служить электрическоеили магнитное поле. При приложении поля холестерическаяспираль начинает постепенно раскручиваться, при этом шаг спирали увеличивается,четко «отслеживая» величину поданного напряжения. А это означает, чтоможно непрерывно управлять и цветом холестерическогослоя жидкого кристалла. При некотором так называемом критическом напряженииполя спираль можно полностью раскрутить, превратив таким образом холестерический жидкий кристалл а нематический (один из видов эффекта Фредерикса). Процесс раскрутки спирали в настоящее время активно исследуется с целью использования в цветных плоских экранах с электронной системой управления.

Заключение

Итак, жидкиекристаллы обладают двойственными свойствами, сочетая в себе свойство жидкостей(текучесть)и свойство кристаллических тел (анизотропию). Их поведение не всегда удаетсяописать с помощью привычных методов и понятий. Но именно в этом и заключена ихпривлекательность для исследователей, стремящихсяпознать еще неизведанное.

Недавнооткрыты и интенсивно исследуются жидкокристаллическиеполимеры, появились полимерные ЖК-сегнетоэлектрики,идет активное исследование гибкоцепныхэлементоорганических и металлсодержащих ЖК-соединений, образующих новые типы мезофаз. Мир жидких кристалловбесконечно велик и охватывает широчайший круг природныхи синтетических объектов, привлекая внимание не только ученых — физиков, химиков и биологов, но иисследователей-практиков, работающих в самых разнообразных отраслях современной техники (электронике, оптоэлектронике,информатике, голографиии т. п.).

Списоклитературы:

1. Шибаев В.П. Необычные кристаллы или загадочные жидкости //Соросовский Образовательный Журнал. 1996. N11. С.37-46.

2. Чандрасекар С. Жидкие кристаллы — М.: Мир, 1980 с.344

3. Титов В.В., Севостьянов В.П., Кузьмин Н.Г., Семенов А.М.Жидкокристаллические дисплеи: строение, синтез, свойства жидких кристаллов. — Минск: Изд-во НПООО «Микровидеосистемы», 1998 с.238