Жидкие кристаллы — это состояние вещества, обладающее двумя свойствами: жидкостей и кристаллов. Им также присуща текучесть и анизотропия, т. е. различие свойств в данной среде. Несмотря на их текучесть, они способны сохранять кристаллическое состояние. Благодаря структуре вязких жидкостей, состоящие из молекул дискообразной формы жидкие кристаллы имеют способность меняться при взаимодействии с электрическими полями.
Исторически сложилось так, что жидкие кристаллы имеют два типа плавления, т. е. при одном нагревании кристалл становится прозрачным, при другом — кристалл становиться мутным. Это выяснил в 1888 году Фридерих Рейнитцер. Такие кристаллы не воспринималось их отдельное состояние, т. к. это ломало теорию о существовании лишь трех состояний: жидкого, твердого и газообразного.
Ключевые слова: жидкие кристаллы, свойства, применение, молекулы, электрическое поле, термотропные, лиотропные.
Некоторые ученые провели конференцию, посвященную этой теме, и создали индикаторы, которые работают по принципу, основанному на том, что молекулы этих кристаллов способны поворачиваться в электрическом поле, тем самым могут отражать и пропускать свет. Спустя несколько лет жидкие кристаллы стали получать из дешевого и доступного сырья.
Группы ЖК:
- Термотропные получаются из нагретого твердого вещества, зависящие от параметров температур и давления. Они представляют три типа:
— Смектические — определяются тем, что имеют слоистую структуру, где слои способны перемещаться друг с другом. Имеют высокую вязкость, и также с приближением к поверхности плотность слоя меняется.
— Нематические — определяются нитеобразной структурой, где вытянутые в длину молекулы, вращаясь вокруг своих осей, скользят вдоль них.
— Холистерические — образовались за счет того, что состоят в основном из холестерина. Они немного схожи с нематическими, однако отличие все-таки есть — это их расположение молекул. Молекулы образуют спираль, за счет их поворота относительно друг друга. Особенность такое типа в том, что молекулы очень чувствительны и в зависимости от температуры меняют свое положение.
- Лиотропные представляют собой смесь из стержневидных молекул данного вещества и полярных растворителей.
- Металлотропные представляют собой жидкокристаллические фазы, образующиеся с помощью легкоплавких неорганических веществ, например хлорид цинка, способный легко стекать. К этим структурам добавляют длинноцепочечных молекул приводит к образованию новых фаз с некоторыми ЖК-свойствами, возникающими в зависимости от концентрации неорганической фазы и температуры.
Применение кристаллов
Жидкие кристаллы применяются в различных сферах, таких как ЖК-дисплеи, термография, электронные индикаторы.
ЖК-дисплеи расшифровывается как жидкокристаллические дисплеи. В XXI веке дисплеи присутствуют везде, в любом электронном устройстве, например телефоны, компьютеры, навигаторы, калькуляторы, электронные книги и др.
Жидкокристаллические дисплеи — довольно сложная система, но если взять в общем виде, то она состоит из стеклянных пластинок, между которыми находятся жидкие кристаллы, их можно также назвать жидкокристаллическими матрицами, и множество источников света.
В термографии жидкие кристаллы помогают получать тепловое изображение объекта с помощью инфракрасного излучения. Благодаря инфракрасным приборам можно определить, в каком месте происходит перегрев, нарушение термоизоляции или других различных участков линий электропередачи, теплового потока или строительства.
С помощью жидких кристаллов создаются электронные индикаторы, реагирующие на различие температур, тем самым определить, где произошел сбой систем. Используют жидкие кристаллы, когда наносят их в виде пленки на печатные платы или интегральные схемы. С помощью этих индикаторов можно с легкостью заметить неисправности в работе. Индикаторы, сделанные из жидких кристаллов, применяются для обнаружения различных химических паров, ультрафиолетового и гамма-излучения.
Свойства ЖК
Так как жидкие кристаллы способны обладать текучестью, то основное свойство определяется наличием порядка пространственной ориентации молекул, что позволяет им приблизиться к обычным кристаллам. У жидких кристаллов присутствует фаза полиморфизм. Его изучают такими методами как:
— Микроскопии в поляризованном свете
— Сканирующей дифференциальной адиабатической калориметрии
— Ренгеноструктурный анализ
Эти методы по-своему позволяют узнать различные стороны ЖК фазы, которые затем дадут общую картину фазы в соответствии с условиями ее существования.
Свойствами таких кристаллов является отсутствие жесткой кристаллической решетки. Жидкие кристаллы могут принимать форму сосуда или любой другой емкости, в которую их помещают. Способность осуществлять более сложный ориентационный порядок молекул, в отличие от кристаллов. Такие кристаллы имеют упругость и флексоэлектрический эффект, т. е. возникновение электрической поляризации в телах при их изгибе или любом другом виде неоднородной деформации. Изменение ориентации молекул под действием электрических полей, что открывает возможности их применения в промышленности.
Находятся такие кристаллы в определенном промежутке температур, однако у каждого жидкого кристалла свой определенный промежуток, т. е. у одних интервал (ΔT ≈ 0,01 К), а у других (ΔT ≈ 100 К). Это можно объяснить на примере: если жидкий кристалл нагреть, то он превратится в жидкость или, наоборот, охладить, то он превратится в кристалл. Строение таких кристаллов выглядит как вытянутая сигарообразная форма, концы которой слабо взаимодействуют относительно друг друга, однако боковые поверхности взаимодействуют достаточно сильно и могут удерживать молекулы.
Литература:
- Блинов Л. М. Жидкие кристаллы, Структура и свойства: книга / Блинов Л. М., 2013
- Давыдов С. Материаловедение: учебное пособие / Давыдов С., Болдырев Д., Тюрьков М., Попова Л. 2020–424 с.
- Гшайдле Р. Технология металлов и материаловедение: учебник / Гшайдле Р. 2019–176 с.
- Груздев В. Материаловедение: учебник / Груздев В., Синянский И. 2018–272 с.
- Воробьев А. Материаловедение: учебник / Воробьев А., Жуков Д., Кононов Д. 2014- 304 c.
