Kievuz

Кристалл может быть жидким?

Жидкие кристаллы

Кристалл может быть жидким?
Шлирен-текстура[1] нематического жидкого кристалла, наблюдаемая при помещении его между двумя поляроидами, например в оптическом поляризационном микроскопе

Жи́дкие криста́ллы (сокращённо ЖК; англ.

 liquid crystals, LC) — это фазовое состояние, в которое переходят некоторые вещества при определённых условиях (температура, давление, концентрация в растворе). Жидкие кристаллы обладают одновременно свойствами как жидкостей (текучесть), так и кристаллов (анизотропия).

По структуре ЖК представляют собой вязкие жидкости, состоящие из молекул вытянутой или дискообразной формы, определённым образом упорядоченных во всём объёме этой жидкости.

Наиболее характерным свойством ЖК является их способность изменять ориентацию молекул под воздействием электрических полей, что открывает широкие возможности для применения их в промышленности. По типу ЖК обычно разделяют на две большие группы: нематики и смектики. В свою очередь нематики подразделяются на собственно нематические и холестерические жидкие кристаллы.

История открытия жидких кристаллов[ | ]

Жидкие кристаллы открыл в 1888 году австрийский ботаник Ф. Рейнитцер (англ.)[2]. Он обратил внимание, что у кристаллов и было две точки плавления и, соответственно, два разных жидких состояния — мутное и прозрачное. Однако учёные не обратили особого внимания на необычные свойства этих жидкостей.

Долгое время физики и химики в принципе не признавали жидких кристаллов, потому что их существование разрушало теорию о трёх состояниях вещества: твёрдом, жидком и газообразном. Учёные относили жидкие кристаллы то к коллоидным растворам, то к эмульсиям.

Научное доказательство было предоставлено профессором университета Карлсруэ Отто Леманом после многолетних исследований, но даже после появления в 1904 году написанной им книги «Жидкие кристаллы» открытию не нашлось применения.

В 1963 г. американец Дж. Фергюсон (англ. James Fergason) использовал важнейшее свойство жидких кристаллов — изменять цвет под воздействием температуры — для обнаружения невидимых простым глазом . После того, как ему выдали патент на изобретение (U.S. Patent 3 114 836), интерес к жидким кристаллам резко возрос.

В 1965 г. в США собралась Первая международная конференция, посвящённая жидким кристаллам. В 1968 г. американские учёные создали принципиально новые индикаторы для систем отображения информации. Принцип их действия основан на том, что молекулы жидких кристаллов, поворачиваясь в электрическом поле, по-разному отражают и пропускают свет.

Под воздействием напряжения, которое подавали на проводники, впаянные в экран, на нём возникало изображение, состоящее из микроскопических точек. И всё же только после 1973 г.

, когда группа английских химиков под руководством Джорджа Грея получила жидкие кристаллы из относительно дешёвого и доступного сырья, эти вещества получили широкое распространение в разнообразных устройствах.

Группы жидких кристаллов[ | ]

По своим общим свойствам ЖК можно разделить на две большие группы:

  1. термотропные ЖК, образующиеся в результате нагревания твёрдого вещества и существующие в определённом интервале температур и давлений.
  2. лиотропные ЖК, которые представляют собой двух- или более компонентные системы, образующиеся в стержневидных молекул данного вещества и воды (или других полярных растворителей). Эти стержневидные молекулы имеют на одном конце полярную группу, а большая часть стержня собой гибкую гидрофобную углеводородную цепь. Такие вещества называются амфифилами (амфи — по-гречески означает «с двух концов», филос — «любящий», «благорасположенный»). Примером амфифилов могут служить фосфолипиды.

Амфифильные молекулы, как правило, плохо растворяются в воде, склонны образовывать агрегаты таким образом, что их полярные группы на границе раздела фаз направлены к жидкой фазе.

При низких температурах смешивание жидкого амфифила с водой приводит к расслоению системы на две фазы. Одним из вариантов амфифилов со сложной структурой может служить система мыло-вода.

Здесь имеется алифатический анион CH 3 − ( CH 2 ) n − 2 − CO 2 − {\displaystyle {\ce {CH3-(CH2)_{n-2}-CO2{}-}}} (где n {\displaystyle n} ~ 12-20) и положительный ион Na + , K + , NH 4 + {\displaystyle {\ce {Na+, K+, NH4+}}} и др.

Полярная группа CO 2 − {\displaystyle {{\ce {CO2-}}}} стремится к тесному контакту с молекулами воды, тогда как неполярная группа (алифатическая цепь) избегает контакта с водой. Это явление типично для амфифилов.

Термотропные ЖК подразделяются на три больших класса:

Схематическое изображение нематического жидкого кристалла.

  1. Нематические жидкие кристаллы. В этих кристаллах отсутствует дальний порядок в расположении центров тяжести молекул, у них нет слоистой структуры, их молекулы скользят непрерывно в направлении своих длинных осей, вращаясь вокруг них, но при этом сохраняют ориентационный порядок: длинные оси направлены вдоль одного преимущественного направления. Они ведут себя подобно обычным жидкостям. Нематические фазы встречаются только в таких веществах, у молекул которых нет различия между правой и левой формами, их молекулы тождественны своему зеркальному изображению (ахиральны). Примером вещества, образующего нематический ЖК, может служить N {\displaystyle {\ce {N}}} -(пара-метоксибензилиден)-пара-бутиланилин. Схематическое изображение жидкого кристалла в смектической фазе
  2. Смектические жидкие кристаллы имеют слоистую структуру, слои могут перемещаться относительно друг друга. Толщина смектического слоя определяется длиной молекул (преимущественно, длиной парафинового «хвоста»), однако вязкость смектиков значительно выше, чем у нематиков, и плотность по нормали к поверхности слоя может сильно меняться. Типичным является терефтал-бис (пара-бутиланилин).
  3. Холестерические жидкие кристаллы — образуются, в основном, соединениями холестерина и других стероидов. Это нематические ЖК, но их длинные оси повёрнуты друг относительно друга так, что они образуют спирали, очень чувствительные к изменению температуры вследствие чрезвычайно малой энергии образования этой структуры (порядка 0,01 Дж/моль). В качестве типичного холестерика можно назвать амил-пара-(4-цианобензилиденамино)-циннамат.

Холестерики ярко окрашены, и малейшее изменение температуры (до тысячных долей градуса) приводит к изменению шага спирали и, соответственно, к изменению окраски ЖК.

Во всех приведённых типах ЖК характерным является ориентация дипольных молекул в определённом направлении, которое определяется единичным вектором — называемым «директором».

В недавнее время открыты так называемые колончатые фазы, которые часто образуются дискообразными молекулами, расположенными слоями друг на друге в виде многослойных колонн, с параллельными оптическими осями.

Часто их называют «жидкими нитями», вдоль которых молекулы обладают трансляционными степенями свободы. Этот класс соединений был предсказан академиком Л. Д. Ландау, а открыт лишь в 1977 Чандрасекаром.

Схематично характер упорядоченности жидких кристаллов названных типов представлен на рисунке.

У ЖК необычные оптические свойства. Нематики и смектики — оптически одноосные кристаллы. Холестерики, вследствие периодического строения, сильно отражают свет в видимой области спектра.

Поскольку в нематиках и холестериках носителями свойств является жидкая фаза, то она легко деформируется под влиянием внешнего воздействия, а так как шаг спирали в холестериках очень чувствителен к температуре, то, следовательно, и отражение света резко меняется с температурой, приводя к изменению цвета вещества.

Эти явления широко используются в различных приложениях, например, для нахождения горячих точек в микроцепях, локализации переломов и опухолей у человека, визуализации изображения в инфракрасных лучах и др.

На феноменологическом уровне деформации жидкого кристалла, как правило, описываются при помощи плотности свободной энергии Франка — Озеена.

Характеристики многих электрооптических устройств, работающих на лиотропных ЖК, определяются анизотропией их электропроводности, которая, в свою очередь, связана с анизотропией электронной поляризуемости.

Для некоторых веществ вследствие анизотропии свойств ЖК удельная электропроводность изменяет свой знак. Например, для н-октилоксибензойной кислоты она проходит через ноль при температуре 146 °C, и связывают это со структурными особенностями мезофазы и с поляризуемостью молекул.

Ориентация молекул нематической фазы, как правило, совпадает с направлением наибольшей проводимости.

Все формы жизни так или иначе связаны с деятельностью живой клетки, многие структурные звенья которой похожи на структуру жидких кристаллов.

Обладая замечательными диэлектрическими свойствами, ЖК образуют внутриклеточные гетерогенные поверхности, они регулируют взаимоотношения между клеткой и внешней средой, а также между отдельными клетками и тканями, сообщают необходимую инертность составным частям клетки, защищая её от ферментативного влияния. Таким образом, установление закономерностей поведения ЖК открывает новые перспективы в развитии молекулярной биологии.

Применение жидких кристаллов[ | ]

Сегментный и точечный ЖК-дисплей.

Одно из важных направлений использования жидких кристаллов — термография. Подбирая состав жидкокристаллического вещества, создают индикаторы для разных диапазонов температуры и для различных конструкций.

Например, жидкие кристаллы в виде плёнки наносят на транзисторы, интегральные схемы и печатные платы электронных схем. Неисправные элементы — сильно нагретые или холодные, неработающие — сразу заметны по ярким цветовым пятнам.

Новые возможности получили врачи: жидкокристаллический индикатор на коже больного быстро диагностирует скрытое воспаление и даже опухоль.

С помощью жидких кристаллов обнаруживают пары́ вредных химических соединений и опасные для здоровья человека гамма- и ультрафиолетовое излучения. На основе жидких кристаллов созданы измерители давления, детекторы ультразвука.

Но самая многообещающая область применения жидкокристаллических веществ — информационная техника[3]: от первых индикаторов, знакомых всем по электронным часам, до цветных телевизоров с жидкокристаллическим экраном размером с почтовую открытку.

Такие телевизоры дают изображение весьма высокого качества, потребляя меньшее количество энергии. В жидкокристаллических дисплеях используется переход Фредерикса, открытый в 1927 году.

М. Г. Томилин предложил использовать жидкие кристаллы в двухступенчатых фотографических технологиях, для сохранения изображений, регистрация внешних воздействий при этом происходит в мезофазе, а хранение — в твердокристаллическом состоянии[4].

На русском[ | ]

  • Чандрасекар С. Жидкие кристаллы. — М.: Мир, 1980. — 344 с.
  • Пикин С. А. Структурные превращения в жидких кристаллах. — М.: Наука, 1981. — 336 с.
  • Пикин С. А., Блинов Л. М. Жидкие кристаллы / Под ред. Л. Г. Асламазова. — М.: Наука, 1982. — 208 с. — (Библиотечка «Квант». Вып. 20). — 150 000 экз.
  • Сонин А. С. Введение в физику жидких кристаллов. — М.: Наука, 1983. — 320 с.
  • Анисимов М. А. Критические явления в жидкостях и жидких кристаллах. — М.: Наука, 1987. — 272 с.
  • Ландау Л. Д., Лифшиц Е. М. Механика жидких кристаллов // Теория упругости. — М.: Наука, 2003. — С. 264.
  • Клеман М., Лаврентович О. Д. Основы физики частично упорядоченных сред. — М.: ФИЗМАТЛИТ, 2007. — 680 с.
  • Воронов В. К., Подоплелов А. В. Физика на переломе тысячелетий: конденсированное состояние. — М.: ЛКИ, 2012. — С. 336. — ISBN 978-5-382-01365-7.
  • Блинов Л. М. Жидкие кристаллы: Структура и свойства. — М.: Книжный дом «ЛИБРОКОМ», 2013. — 480 с.

На английском[ | ]

  • de Gennes P. G., Prost J. The Physics of Liquid Crystals. 2nd Edition — Clarendon Press, Oxford, 1993
  • Blinov L. M., Chigrinov V. G. Electrooptic Effects in Liquid Crystal Materials. — Springer, 1994
  • Kats E. I., Lebedev V. V. Fluctuational Effects in the Dynamics of Liquid Crystals. — Springer, 1994

Источник: https://encyclopaedia.bid/%D0%B2%D0%B8%D0%BA%D0%B8%D0%BF%D0%B5%D0%B4%D0%B8%D1%8F/%D0%96%D0%B8%D0%B4%D0%BA%D0%B8%D0%B9_%D0%BA%D1%80%D0%B8%D1%81%D1%82%D0%B0%D0%BB%D0%BB

Что такое жидкие кристаллы? | Капля света

Кристалл может быть жидким?

» О природе вещей » Что такое жидкие кристаллы?

Рубрика «О природе вещей»

Евгений Сусманович

Что такое жидкие кристаллы?

Современный графический дизайн немыслим без полноценной цветопередачи мониторов, используемых сегодня в качестве творческих поверхностей. Полезная информация о выборе монитора уже приводилась на страницах блога, а здесь речь пойдёт о жидких кристаллах – химических веществах, обладающих способностью кардинально менять свои свойства под воздействием едва заметных сил.

Недавно я перелистывал одну свою старенькую книжку «детства» под названием «Школьникам о современной физике» 1990 года издания. И наткнулся на интересный абзац о перспективах использования жидких кристаллов в технике. Я даже сфотографировал этот фрагмент:

Сегодня, когда ЖК-мониторы (точнее говорить о жидкокристаллических дисплеях, LCD-дисплеях, от англ. LCD – Liquid Crystal Display) полностью вытеснили своих электронно-лучевых предков, интересно взять и разломать монитор, посмотреть, что у него внутри, достать на свет божий эти загадочные жидкие кристаллы и получить ответы на некоторые вопросы. Итак.

Жидкие кристаллы. Почему они так называются?

Если нагревать твёрдое вещество, то оно превратится в жидкость, т.е. перейдёт из одного агрегатного состояния в другое. Этот переход для каждого вещества чётко зафиксирован и называется его температурой плавления.

Например, свинец плавится при 327,5°С. Но вот в конце XIX века австрийский учёный Фридрих Рейнитцер, изучая вещества моркови, столкнулся с непонятным поведением холестерилбензоата (аналога морковного каротина).

В 1888 году учёный пишет:

«Вещество имеет, если можно так выразиться, две точки плавления. При 145,5° оно вначале плавится в мутную, но совершенно подвижную жидкость. Она при 178,5° внезапно становится совершенно прозрачной».

Наблюдая жидкость мутной фазы в микроскоп, Рейнитцер установил наличие свойств, характерных для типичного кристалла (например, двойное лучепреломление света).

Рейнитцер изучал свойства морковного каротина, для этого он синтезировал холестерилбензоат в качестве модели и… открыл новое состояние вещества.

Точно интерпретировать все эти факты у Рейнитцера не получалось. Могло возникнуть впечатление, что мутная фаза холестерилбензоата – это неоднородная смесь жидкости и твёрдых кристаллов. Именно такое впечатление и создалось у большей части научного сообщества. Но появились и те, кто развивал идею реальности жидких кристаллов, как нового (четвёртого) состояния вещества.

В этой связи, интересно отметить одно заблуждение, которое (а это частенько в науке бывает) немало поспособствовало признанию жидкокристаллического состояния.

Немецкий физик Отто Леман разрабатывал (ещё до и независимо от открытия Рейнитцера) теорию кристаллов вообще. Сегодня она покажется нам смешной.

Леман полагал, будто кристаллы существуют без кристаллической решётки, и атомы ведут себя в зависимости от своего веса: большинство кристаллов упруги и выдерживают свой вес, существуют и мягкие кристаллы, следовательно, должны быть и кристаллы, «мягкость которых такова, что позволяет назвать их жидкими». Отто Леман решил, что холестерилбензоат, открытый Рейнитцером, — тому явное доказательство! Вот так и привязался термин «жидкий кристалл» к холестерилбензоату и ко всем последующим подобным соединениям.

Но смысл нынешнего употребления понятия «жидкий кристалл» тоже вполне оправдан, ибо он заключает в себе двоякость природы таких веществ:

ЖИДКИЕ КРИСТАЛЛЫ
сходство с жидкостями сходство с кристаллами
Текучесть: вещество принимают форму сосуда, в который он помещён Упорядоченность структуры: молекулы вещества располагаются в определённом порядке

Как устроены жидкие кристаллы?

Разберёмся с правой колонкой таблицы поподробнее. На рисунке с морковкой мы видим, что молекула холестерилбензоата имеет вытянутую палочкообразную форму. Эта форма молекул оказалась типичной для большинства жидких кристаллов. Именно удлинённая геометрия молекул предопределяет их взаимное расположение внутри вещества – они располагаются бок о бок друг к другу и в определённом порядке:

Кстати, наш холестерилбензоат, когда пребывает в жидкокристаллической фазе, является холестериком; собственно это вещество и дало название всей группе ему подобных молекул. Видно, что структура холестерика периодична, имеет место повторение порядка через определённый шаг

Существуют и другие типы жидких кристаллов, но эти являются классическими. Молекулы обычной жидкости ведут себя достаточно вольно, они могут двигаться во всех направлениях.

Рисунок показывает, что молекулы нематиков, смектиков и холестериков более закрепощены: могут двигаться вдоль своей оси, могут поворачиваться на определённый угол, но при этих движениях не выходить за рамки заданного порядка.

Такое внутреннее устройство жидкокристаллического состояния определяет его свойства и применение.

На каких свойствах жидких кристаллов основано их применение?

Из многокомпонентного списка применений жидких кристаллов остановимся на цветопередаче, которая больше всего интересует всех работающих с компьютерной графикой.

Для художников и дизайнеров весьма полезно ознакомиться с тем, как настроить монитор с помощью программы Adobe Gamma, ну а здесь я поведу речь о физических основах появления света и цвета на компьютерных экранах.

Цвет на экране ЭЛТ-монитора появляется понятно как: стекло экрана изнутри покрыто люминофорами – специальными веществами, которые под действием луча электронов светятся разными цветами. Постоянно бомбардируемая электронами смесь красного, синего и зелёного люминофоров позволяет видеть нашему глазу полноцветное изображение. Разберёмся, откуда берётся цвет на экране ЖК-монитора.

Дисплеи ЖК-мониторов (LCD-дисплеи) состоят из пикселей. Каждый пиксель состоит из субпикселей – красного, синего и зелёного. Физически каждый субпиксель – это ячейка, состоящая из двух поляризационных фильтров, между которыми расположен слой смеси жидкокристаллических веществ.

Смесь веществ берётся для того, чтобы монитор работал при широком диапазоне температур. Ведь для каждого в отдельности вещества существует, как говорилось, только определённый интервал, в котором оно существует в жидкокристаллическом состоянии.

Можно сказать, что пиксель является структурно-функциональной единицей матрицы монитора.

Нет смысла здесь разбираться с матрицами, поскольку, во-первых, существуют полноценные описания их устройства и принципов работы, а во-вторых, через 50 лет об этих матрицах никто не вспомнит, но при этом оптические свойства жидких кристаллов никуда не денутся.

В частности, работа ЖК-дисплеев основана на оптическом эффекте Фредерикса.

Эффект в том, что под воздействием электрического поля (а там, где электрическое, там и магнитное) молекулы жидких кристаллов поворачиваются. Направление их поворота совпадает с линиями электрического поля. В реальности линий все мы убеждались на школьном опыте с железными стружками.

Железные стружки при включении магнита выстраиваются вдоль линий электромагнитного поля. Опыт демонстрирует физическую реальность поля.

Поместим слой жидких кристаллов между двумя пластинками и будем подсвечивать с одной стороны этот слой. Если молекулы ЖК расположены вертикально, то свет будет свободно проходить через слой. Если подать напряжение на пластинки (то есть создать электрическое поле), то молекулы начнут своё движение: выстроятся под определённым углом.

Тогда часть света уже будет рассеиваться, и на выходе мы его не увидим, или увидим его другую интенсивность. Варьируя напряжением поля, можно получать на выходе разный свет. А теперь представьте себе тройку субпикселей: в красном, например, одна напряжённость поля, в зелёном – поменьше, а в синем поля вообще нет в данный момент времени.

Получается, что в данный момент времени мы видим от одного пикселя – мало красного, чуть больше зелёного и много синего (цвет субпикселя – это всего-навсего цветная пластинка, через которую проходит свет).

А ведь пикселей на дисплее монитора – два, три миллиона! Световые потоки от каждого из них смешиваются в определённых пропорциях и в определённой геометрии, и мы получаем некое цветное изображение.

Такой информации может быть достаточно для общего понимания того откуда берётся цвет на экране ЖК-монитора. Но внимательный читатель не может не спросить о поляризационных фильтрах, упомянутых при описании субпикселя.

Для чего они нужны? Дело в том, что через слой жидких кристаллов проходит не обычный свет, а поляризованный. Не будет ошибкой сказать, что поляризованный – это свет, прошедший сквозь поляризационный фильтр (поляризатор, поляроид). Не будет ошибкой и утверждать, что мы и не видели-то никогда чистого света.

Он поляризуется от облаков, от воды в воздухе, от пыли. Проходя через любое материальное тело, свет неминуемо поляризуется.

Чистый свет. Колебания в нём происходят во всех направлениях пространства

Если пропустить такой свет через фильтр, то получим поляризованный свет, колебания которого происходят в одной определённой плоскости, например, так

Если пропускать свет через два фильтра подряд, один из которых вертикально ориентирует свет, а другой горизонтально, то на выходе мы ничего не увидим. Замечательную анимацию этого явления предоставляет нам свободная энциклопедия:

Так вот, возвращаемся к жидким кристаллам и субпикселям. Ячейка субпикселя содержит жидкокристаллический слой, зажатый между двумя поляризационными фильтрами: один из них вертикальный, другой горизонтальный. При наложении поля, как уже говорилось, молекулы ЖК начинают двигаться и вращают плоскость поляризации света, прошедшего через первый фильтр.

Вращают его так, что теперь он уже может пройти и через второй фильтр и попасть нам в глаза. То есть вращающиеся жидкие кристаллы играют роль пальцев руки на приведённой анимации. Только пальцы крутят фильтры, а в пикселях фильтры фиксированы. Меняя напряжённость поля, можно менять интенсивность проходящего света, а, следовательно, и цвета тысячами вариантов.

Что мы и видим на экранах современных компьютеров.

Заодно становится понятно, почему мониторы на жидких кристаллах имеют низкий уровень электромагнитного излучения. ЖК-мониторы испускают свет от ламп, они не используют для производства цвета поток электронов, как в устаревших ЭЛТ-мониторах.

P.S. Всякое популярное изложение сложного материала сопровождается упрощением и некоторым обобщением. Прошу учитывать это обстоятельство, однако ни в коей мере это не относится к возможным ошибкам принципиального характера, поэтому с благодарностью и интересом приму все критические замечания по сути статьи.

Вам понравилась статья? Поделитесь ею со своими друзьями, нажав кнопку соц. сервиса или “retweet”.



Вопросы, жалобы, предложения, пожелания и замечания
по данной статье можете оставить здесь:

Источник: http://kaplyasveta.ru/o-prirode-veshhej/chto-takoe-zhidkie-kristally.html

История открытия

В 1888-м году австрийский ботаник Фридерих Рейнитцер выяснил, что у некоторых типов кристаллов имеется две точки плавления, из чего следует, что существует два различных жидких состояния, в одном из которых вещество прозрачное, а в другом – мутное.

И хотя в 1904-м году немецкий физик Отто Леман предоставил ряд научных доказательств в пользу жидких кристаллов в своей одноименной книге, все же долгое время жидкие кристаллы не признавались как отдельные состояния вещества.

В 1963-м году американский изобретатель Джеймс Фергюсон нашел применение одному из свойств ЖК – изменение цвета в зависимости от температуры. Американец получил патент на изобретение, которое способно обнаруживать невидимые для глаз тепловые поля.

С этого популярность жидких кристаллов начала расти.

Группы жидких кристаллов и их свойства

Жидкие кристаллы обычно разделяют на две группы:

  1. Термотропные – образовываются вследствие разогрева твердого вещества. Способны существовать в условиях определенной температуры и давления. Их разделяют на три типа, в зависимости от расположения молекул:

    порядки разных термотропных ЖК

    1. Смектические – такие ЖК имеют слоистую структуру, слои которой способны перемещаться друг относительно друга. Плотность слоя с приближением к поверхности может меняться. Кроме того, «смектики» обладают относительно высокой вязкостью. Наиболее обширный класс ЖК.
    2. Нематические – не обладают слоистой структурой, а их вытянутые молекулы непрерывно скользят вдоль своих длинных осей, при этом вращаясь вокруг них. Такие ЖК подобны жидкостям. К этому агрегатному состоянию способны прийти только те вещества, молекулы которых имеют форму, при которой они не отличаются от своего зеркального отражения.
    3. Холистерические – образовываются в соединениях различных стероидов, например, холестерина. Во многом схожи с нематическими ЖК, за исключением расположения молекул. Длинные оси молекул холистерических ЖК повернуты друг относительно друга таким образом, что молекулы образуют спирали. Основная особенность такого типа жидких кристаллов – его молекулы сверхчувствительны к любому изменению температуры и в зависимости от нее – меняют свою ориентацию, а значит и саму спираль. Примечательно, что в зависимости от шага спирали холистерических ЖК также меняют свой цвет. В связи с двумя указанными свойствами, такие жидкие кристаллы нашли широкое применение в различных сферах человеческой деятельности.

Три типа термотропных жидких кристаллов

  1. Лиотропные – образовываются в смесях, состоящих из стержневидных молекул данного вещества и полярных растворителей (например, воды).

ЖК-дисплеи

Прежде всего следует отметить не наиболее полезное, но наиболее известное применения ЖК – жидкокристаллические дисплеи. Иногда они называются LCD-дисплеи, что есть сокращением английского «liquid crystal display».

В век гаджетов такие дисплеи присутствуют практически в любом электронном устройстве: телевизоры, мониторы компьютеров, цифровые фотоаппараты, навигаторы, калькуляторы, электронные книги, планшеты, телефоны, электронные часы, плееры и др.

Устройство ЖК-дисплеев достаточно сложное, однако в общем виде представляет собой набор стеклянных пластин, между которыми расположены жидкие кристаллы (ЖК-матрица), и множество источников света.

Пиксель ЖК-матрицы включает в себя пару прозрачных электродов, которые позволяют менять ориентацию молекул жидкого кристалла, а также пару поляризационных фильтров, которые регулируют степень прозрачности и др.

Структура жидкокристаллического дисплея

Термография

Менее популярное, но более важное применение ЖК – это термография. Термография позволяет получить тепловое изображение объекта, в результате регистрации инфракрасного излучения – тепла. Инфракрасные приборы ночного зрения используются пожарными, в случае задымления помещения, с целью обнаружения пострадавших в пожаре. Также они нашли применение у служб безопасности и военных служб.

Тепловые изображения позволяют обнаруживать места перегрева, нарушения теплоизоляции, или другие аварийные участки при обслуживании линий электропередачи или строительстве.

Применение термографии в обслуживании линий электропередач

Также термография используется при медицинской визуализации, в основном для наблюдения молочных желез. Это позволяет обнаруживать различные онкологические заболевания, вроде рака молочной железы.

Компьютерная термография в медицине

Электронные индикаторы

Электронные индикаторы, создаваемые при помощи жидких кристаллов, реагируют на различные температуры, в результате чего могут проинформировать о сбоях и нарушениях в электронике. К примеру, ЖК в виде пленки наносят на печатные платы и интегральные схемы, а также – транзисторы. Неисправные сегменты электроники легко отличить при наличии такого индикатора.

Помимо этого, ЖК-индикаторы, расположенные на коже пациента, позволяют обнаруживать воспаления и опухоли у человека.

Индикаторы из жидких кристаллов используют и для обнаружения паров различных вредных химических соединений, а также обнаружения ультрафиолетового и гамма-излучения. С применением ЖК разрабатываются детекторы ультразвука и измерители давления.

Алкотестер на основе жидкокристаллического индикатора паров

Помимо прямого применения ЖК в перечисленных выше сферах, следует отметить, что жидкие кристаллы во многом похожи на некоторые клеточные структуры, и иногда присутствуют в них.

В силу своих диэлектрических свойств жидкие кристаллы регулируют взаимоотношения внутри клетки, между клетками и тканями, а также между клеткой и окружающей средой.

Таким образом, изучение природы и поведения жидких кристаллов может привнести вклад в молекулярную биологию.

by HyperComments

Источник: https://SpaceGid.com/zhidkie-kristallyi.html

ovdmitjb

Add comment