Жидкие кристаллы что это такое
Жидкие кристаллы что это такое
tag. * * If you do not want to deal with the intricities of the noscript * section, delete the tag (from ). On * average, the noscript tag is called from less than 1% of internet * users. */—>
Смотрите лучшие лекции
Брайан Грин, Роджер Пенроуз, Константин Сонин, Ася Казанцева, Сергей Гуриев
Политехникум
Жидкие кристаллы 1: история и классификация
Василий Панюшкин
Жидкие кристаллы – состояние вещества, характеризуемое одновременно свойствами как жидкостей, так и кристаллических веществ, например, жидкие кристаллы текучи как жидкости, но при этом сохраняют ориентацию молекул наподобие кристаллов.
Жидкие кристаллы открыл в 1888 году австрийский ботаник Ф. Рейнитцер. Он обратил внимание, что у кристаллов холестерилбензоата и холестерилацетата было две точки плавления и, соответственно, два разных жидких состояния — мутное и прозрачное.
Чтобы разобраться в этом явлении, он связался с физиком Отто Леманом. Он исследовал полученную жидкость и установил ее кристаллическую структуру. На заседании Венского Химического Общества 3-го мая 1888 он представил свое открытие и описал 3 главных свойства жидких кристаллов: наличие двух точек плавления, отражение циклически поляризованного света и способность поворачивать плоскость поляризации света.
Однако, учёные не обратили особого внимания на необычные свойства этих жидкостей. Рейнитцер не стал продолжать своего исследования. Работу проболжал Леман, а потом Дэниел Форландер, который за время своей карьеры, продолжавшейся до 1935-го, синтезировал большую часть известных на сегодняшний день жидкокристаллических материалов. В остальном же, популярность жидких кристаллов в научном сообществе была весьма низкой, в первую очередь из-за того, что для них не было никакого практического применения.
После Второй Мировой исследования были продолжены Джорджем Уильямом Греем, который разработал общие представления о том, какой структурой должны обладать вещества для того, чтобы иметь ЖК-свойства. В 1965 он организовал первую конференцию по ЖК, на которой присутствовало около 100 ведущих специалистов по ЖК со всего мира. Конференция обозначила начало международных исследований в этой области, которые положили начало практическому применению ЖК.
Начало применения ЖК для электрических дисплеев началось в 1962 году в лабораториях RCA (Американской Корпорации Радио). При приложении электрического поля к слою нематических кристаллов при температуре 125 С физхимик Ричард Уильямс наблюдал образование регулярной структуры, которая потом стала называться Доменами Уильямса. Это позволило его коллеге Джорджу Хайлмайеру создать первый ЖК-дисплей.
Дальше работа пошла в сторону снижения температуры перехода используемых вещества в ЖК-фазу, так как нагревать дисплеи выше 100 С было довольно непрактично. В 1969 Ханс Келкер успешно синтезировал вещество, образовывавшее нематическую ЖК-фазу при комнатной температуре, MBBA, ставшее одним из самых популярных веществ, использовавшихся в ЖК-дисплеях.
Разработка этого и других стабильных ЖК с низкими температурами плавления привела к быстрой адаптации ЖК для маленьких ЖК-дисплеев в различной электронике.
В 1991 Пьер-Жиль де Жен, работавший в Университете Париж-Юг получил Нобелевскую Премию по физике «за обнаружение того, что методы, развитые для изучения явлений упорядоченности в простых системах, могут быть обобщены на жидкие кристаллы и полимеры».
Классификация жидких кристаллов
ЖК подразделяются по условиям перехода в жк-состояние на термотропные, лиотропные и металлотропные:
Термотропные:
Одна из ниболее распространенных ЖК-фаз – нематическая (от греческого nema – нить). Обычно органические молекулы, образующие нематические фазы, имеют вытянутую, похожую на стержень, форму. Они не образовывают кристаллической решетки даже на ближних порядках, но выстраиваются в ряд по примерно одному направлению. В результате молекулы имеют возможность скользить относительно друг друга. Они так же текучи, как обычные жидкости, но могут легко изменять направление своей ориентации под воздействием внешнего магнитного или электрического поля. Это дает им оптические свойства аналогичные одноосным кристаллам, что делает их очень удобными при изготовлении ЖК-экранов.
Смектические фазы, обычно существующие при более низких температурах, чем нематические, образуют слои, которые могут скользить относительно друг друга наподобие мыла (отсюда название от латинского слова smecticus, обозначающего «имеющий свойства, похоже на свойства мыла»). Внутри слоев молекулы ведут себя как жидкости.
На заглавном рисунке изображен переход смектической фазы жидких кристаллов в нематическую.
Эта фаза, которую также можно назвать хиральной нематической, может быть образована только молекулами со свойством хиральности (зеркальной симметрии). В этой фазе образуется спиральное закручивание в ориентации молекул, которые располагаются перпендикулярно основной оси спирали. Холестерическими такие кристаллы называются из-за того, что подобные структуры чаще всего образуются производными холестерина.
В недавнее время были также 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.
Лиотропные:
Лиотропные ЖК представляют собой смеси как минимум двух веществ – амфифильной фазы и растворителя. Растворитель заполняет боьлшую часть пространства, обеспечивая веществу текучесть. А амфифильные вещества, одна часть которых растворяется в растворителе, а вторая – нет. Поэтому они объединяются в группы молекул – мицеллы, в которых части, не взаимодействующие с растворителем, группируются внутри, а взаимодействующие – снаружи, таким образом обеспечивая разделение несмешивающихся компонентов. Самым распространенным примеров лиотропного ЖК является обычное мыло.
Концентрация и состав растворителя напрямую воздействуют на образование и структуру мицелл. В результате концентрация растворителя, дествующая как еще одна степень свободы системы, позволяет лиотропным кристаллам образовывать много новых форм, недоступных для обычных термотропных кристаллов. При увеличении концентрации амфифила мицеллы могут выстраиваться в структуры, подобные кристаллическим решеткам, образуя более кристалло-подобные материалы.
Металлотропные:
Также жидкокристаллические фазы могут образовываться на основе легкоплавких неорганических веществ, таких как хлорид цинка, которые могут легко стекловаться. Добавление к таким структурам длинных мылоподобных молекул ведет к образованию ряда новых фаз с ЖК-свойствами, образующимися как в зависимости от концентрации неорганической фазы, так и от температуры.
Жидкие кристаллы в живой природе
Лиотропные жидкие кристаллы широко распространены в живой природе, из-за чего они привлекают внимание таких научных дисциплин, как биомиметическая химия. Например, биологические мембраны и клеточные мембраны – это вид жидких кристаллов. Они достаточно прочны, чтобы удерживать свои молекулы вместе и создавать защитный барьер для клетки, но в то же время достаточно подвижны для обеспечения циркуляции питательных веществ через канальцы и взаимодействие с окружающей средой с помощью специальных белков, встроенных в мембрану.
жидкие кристаллы
Полезное
Смотреть что такое «жидкие кристаллы» в других словарях:
ЖИДКИЕ КРИСТАЛЛЫ — особое состояние нек рых органич. в в, в к ром они обладают реологич. св вами жидкости текучестью, но сохраняют определ. упорядоченность в расположении молекул и анизотропию ряда физ. св в, характерную для тв. кристаллов. Открыты в 1889 австр.… … Физическая энциклопедия
Жидкие кристаллы — Жидкие кристаллы. Расположение молекул в жидком кристалле. ЖИДКИЕ КРИСТАЛЛЫ, жидкости, обладающие анизотропией свойств (в частности, оптических), связанной с упорядоченностью в ориентации молекул. Благодаря сильной зависимости физических свойств… … Иллюстрированный энциклопедический словарь
ЖИДКИЕ КРИСТАЛЛЫ — жидкости, обладающие анизотропией свойств (в частности, оптической), связанной с упорядоченностью в ориентации молекул. Благодаря сильной зависимости свойств жидких кристаллов от внешних воздействий они находят разнообразное применение в технике… … Большой Энциклопедический словарь
ЖИДКИЕ КРИСТАЛЛЫ — органические вещества, характеризующиеся сочетанием свойств (см.) текучестью и твёрдого (см.) упорядоченностью ориентации молекул и оптической (см.). Особые направления в Ж. к., как и в твёрдых, в которых луч света распространяется, не испытывая… … Большая политехническая энциклопедия
Жидкие кристаллы — Шлирен текстура в нематических жидких кристаллах Жидкие кристаллы (сокращённо ЖК) это фазовое состояние, в которое переходят некоторые вещества при определенных условиях (температура, давление, концентрация в растворе). Жидкие кристаллы … Википедия
Жидкие кристаллы — жидкокристаллическое состояние, мезоморфное состояние, состояние вещества, в котором оно обладает свойствами жидкости (текучестью) и некоторыми свойствами твёрдых кристаллов (анизотропией (См. Анизотропия) свойств). Ж. к. образуют… … Большая советская энциклопедия
ЖИДКИЕ КРИСТАЛЛЫ — в ва, переходящие при определенных условиях (т ра, давление, концентрация в растворе) в жидкокристаллич. состояние, к рое является промежуточным между кристаллич. состоянием и жидкостью. Как и обычные жидкости, Ж. к. обладают текучестью, но при… … Химическая энциклопедия
ЖИДКИЕ КРИСТАЛЛЫ — особое состояние нек рых органич. в в, в к ром они обладают реологич. (см. Реология) св вами жидкости текучестью, но сохраняют упорядоченность в расположении молекул и анизотропию нек рых св в, характерную для кристаллов. Ж. к. образуют в ва,… … Большой энциклопедический политехнический словарь
ЖИДКИЕ КРИСТАЛЛЫ — жидкости, обладающие анизотропией свойств (в частности, оптических), связанной с удлинённой формой молекул и упорядоченностью в их ориентации. Благодаря сильной зависимости свойств Ж. к. от внеш. воздействий они находят разнообразное применение в … Естествознание. Энциклопедический словарь
Жидкие кристаллы — жидкости, обладающие анизотропией свойств (в частности, оптических), связанной с удлиненной формой молекул и упорядоченностью в их ориентации … Начала современного естествознания
Жидкие кристаллы, область применения и их свойства
Рубрика: Технические науки
Дата публикации: 22.05.2021 2021-05-22
Статья просмотрена: 231 раз
Библиографическое описание:
Жилякова, А. Е. Жидкие кристаллы, область применения и их свойства / А. Е. Жилякова. — Текст : непосредственный // Молодой ученый. — 2021. — № 21 (363). — С. 27-28. — URL: https://moluch.ru/archive/363/81383/ (дата обращения: 29.12.2021).
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.
— 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.
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.
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
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.
Жидкие кристаллы
Жидкие кристаллы — графическая визуализация
Жидкий кристалл – это такое фазовое состояние, во время которого вещество одновременно обладает как свойствами жидкостей, так и свойствами кристаллов. То есть они обладают текучестью, и вместе с тем им присуща анизотропия – различие свойств данной среды в зависимости от направления внутри нее (например, показатель преломления, скорость звука или теплопроводность).
Жидкие кристаллы имеют структуру вязких жидкостей, которая состоит из молекул дискообразной формы. Ориентация данных молекул может изменяться при взаимодействии с электрическими полями.
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:
порядки разных термотропных ЖК
Три типа термотропных жидких кристаллов
Применение жидких кристаллов
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.
Похожие статьи
Понравилась запись? Расскажи о ней друзьям!
Жидкие кристаллы
Жи́дкие криста́ллы (сокращённо ЖК) — это фазовое состояние, в которое переходят некоторые вещества при определенных 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 всем 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.
Содержание
История открытия жидких кристаллов
Жидкие кристаллы открыл в 1888 г. австрийский ботаник Ф. Рейнитцер. Он обратил внимание, что у кристаллов холестерилбензоата и холестерилацетата 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 Леманном (нем. Otto Lehmann ) после многолетних исследований, но даже после появления в 1904 году написанной им книги «Жидкие кристаллы» открытию не нашлось применения.
В 1940 г., Виктор Николаевич Цветков сформулировал фундаментальные представления современной физики жидких кристаллов, лежащие в основе применения мезоморфных жидкостей в технике. В.H. Цветков объяснил природу ориентирующего воздействия электромагнитных полей на жидкокристаллические образцы, связанную с их диэлектрической и диамагнитной анизотропией; разработал теоретические и экспериментальные методы изучения упругих деформаций нематических слоев в электромагнитных полях. В.Н. Цветков открыл и объяснил явление динамического рассеяния света в жидких кристаллах, связанное с анизотропией их электропроводящих, диэлектрических и вязкостных свойств. Оригинальный метод вращающегося магнитного поля позволил впервые определить вращательную вязкость нематика и исследовать времена макроскопической переориентации жидкокристаллических веществ, что имело принципиально важное значение для понимания динамических свойств мезофаз. Систематические исследования позволили В.Н. Цветкову сформулировать общую теорию мезоморфного состояния и ввести меру дальнего ориентационного межмолекулярного порядка в жидких кристаллах, а также разработать экспериментальные методы определения этой важнейшей характеристики мезофазы.
В 1963 г. американец Дж. Фергюсон (англ. James Fergason ) использовал важнейшее свойство жидких кристаллов — изменять цвет под воздействием температуры — для обнаружения невидимых простым глазом тепловых полей. 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 (англ. George William Gray ) 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:
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 СН3-(СН2)n-2-СО2 − (где n
12-20) и положительный ион Nа+, К+, NН4+ и др. Полярная группа СО2 − стремится к тесному контакту с молекулами воды, тогда как неполярная группа (амфифильная цепь) избегает контакта с водой. Это явление типично для амфифилов.
Термотропные ЖК подразделяются на три больших класса:
Холестерики ярко окрашены, и малейшее изменение температуры (до тысячных долей градуса) приводит к изменению шага спирали и, соответственно, изменению окраски ЖК.
Во всех приведенных типах ЖК характерным является ориентация дипольных молекул в определенном направлении, которое определяется единичным вектором — называемым «директором».
В недавнее время открыты так называемые колончатые фазы, которые образуются только 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.
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 нуль 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 ее от ферментативного влияния. Таким образом, установление закономерностей поведения ЖК открывает новые перспективы в развитии молекулярной биологии.
Применение жидких кристаллов
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. От первых индикаторов, знакомых всем по электронным часам, до цветных телевизоров с жидкокристаллическим экраном размером с почтовую открытку прошло лишь несколько лет. Такие телевизоры дают изображение весьма высокого качества, потребляя меньшее количество энергии.