Жидкокристаллический полимер что это
Жидкокристаллические полимеры.
Министерство образования и науки российской федерации
Казанский (приволжский) федеральный университет
Химический институт им. А. М. Бутлерова
Кафедра Неорганической химии
«Жидкокристаллические полимеры»
студентка 714 группы
Казань- 2012.
Содержание.
1.2. Виды кристаллической фазы………………. …………………….……. 7
1.3.Методы изучения жидких кристаллов………..…………….…………. 11
2.1.Принципы молекулярного конструирования ЖК полимеров……. …. 14
2.2. Основные типы жидкокристаллических полимеров…. ……………….18
2.3.Структура и особенности свойств ЖК полимеров..………………….….20
2.4.1.Управление электрическим полем – путь к получению тонкопленочных оптических материалов………………. ……………………21
2.4.3.ЖК полимеры как управляемые оптически активные среды для записи информации…………………………………………….………………..24
2.4.4.Супервысокопрочные волокна и самоармированные пластики………………………………………………………………………….25
Введение.
80-ые годы в науке о полимерах ознаменовались рождением и бурным развитием новой области — химии и физики жидкокристаллических полимеров. Эта область, объединившая химиков-синтетиков, физиков-теоретиков, классических физико-химиков, полимерщиков и технологов выросла в интенсивно разрабатываемое новое направление, которое очень быстро принесло практические успехи при создании высокопрочных химических волокон, а сегодня привлекает внимание оптиков и специалистов по микроэлектронике. Но главное даже не в этом, а в том, что жидкокристаллическое состояние в полимерах и полимерных системах, как выяснилось, не только чрезвычайно распространено— на сегодня описаны многие сотни полимерных жидких кристаллов,— но и представляет собой устойчивое равновесное фазовое состояние полимерных тел.
В этом заключается даже некоторый парадокс. В 1988 г. отмечалось столетие с момента описания австрийским ботаником Ф. Рейнитцером первого жидкокристаллического вещества—холестерилбензоата. В 30-ых годах прошлого столетия была разработана физика низкомолекулярных органических жидких кристаллов, а в 60-х годах в мире уже работали миллионы устройств на этих кристаллах. Однако в 60-х и 70-х годах большинство полимерщиков не могло представить себе, например, существование термотропных жидкокристаллических полимеров холестерического типа, и вообще такие системы казались экзотическими представителями нетипичных макромолекулярных объектов. И вот фактически в последние годы произошел своеобразный «взрыв» информации, и сегодня никого уже не удивляют лиотропные и термотропные жидкокристаллические полимеры, синтезируемые десятками ежемесячно.
В данной работе я хотела рассказать о том, когда и как было обнаружено жидкокристаллическое состояние, в чем уникальность жидких кристаллов по сравнению с остальными объектами, о жидкокристаллических полимерах и чем они интересны и замечательны.
Жидкие кристаллы.
Большинство веществ может находиться только в трех агрегатных состояниях: твердом, жидком и газообразном. Изменяя температуру вещества его можно перевести последовательно из одного состояния в другое. Обычно рассматривали структуру твердых тел, к которым относятся кристаллы и аморфные тела. Отличительной особенностью кристаллов является существование в них дальнего порядка и анизотропии свойств (кроме кристаллов с центром симметрии). В аморфных твердых телах существует только ближний порядок и, как следствие этого, они изотропны. Ближний порядок существует также и в жидкости, однако жидкость имеет очень низкую вязкость, т. е обладает текучестью.
Кроме перечисленных трех агрегатных состояний вещества существует четвертое, получившее название жидкокристаллического. Оно является промежуточным между твердым и жидким и называется также мезоморфным состоянием. В этом состоянии может находиться очень большое количество органических веществ, обладающих сложными стержнеобразными или дискообразными молекулами. При этом они называются жидкими кристаллами или мезофазой.
В таком состоянии вещество обладает многими особенностями кристалла, в частности, для него характерна анизотропия механических, электрических, магнитных и оптических свойств, и одновременно им присущи свойства жидкости. Подобно жидкостям они текучи и принимают форму сосуда, в который они помещены.
По своим общим свойствам ЖК можно разделить на две большие группы. Жидкие кристаллы, образующиеся при изменении температуры, называются термотропными. Жидкие кристаллы, возникающие в растворах при изменении их концентрации, называют лиотропными.
1.1.Жидкие кристаллы были открыты в 1888г. Австрийским профессором ботаники Ф.Рейнитцером при исследовании синтезированного им нового вещества холестерилбензоата, являющегося сложным эфиром холестерина и бензойной кислоты.
Состоящие из хиральных молеклу холестерические жидкие кристаллы похожи по структуре на нематики, но имеют принципиальное отличие. Оно состоит в том, что, в отличие от нематика, однородная ориентация молекул в холестерике является энергетически невыгодной. Хиральные молекулы холестерика можно расположить параллельно друг другу в тонком монослое, но в соседнем слое молекулы должны быть повернуты на некоторый угол. Энергия такого состояния будет меньшей, чем при однородной ориентации. В каждом последующем слое директор I, лежащий в плоскости слоя, снова поворачивается на небольшой угол. Таким образом, в холестерическом жидком кристалле создается спиральное упорядочение молекул (рис. 7.20). Эти спирали могут быть как левыми, так и правыми. Угол α между векторами I соседних слоев обычно составляет сотые доли полного оборота, т.е. α≈1®. При этом шаг холестерической спирали Р составляет несколько тысяч ангстрем и сравним с длиной волны света в видимой части спектра. Нематические жидкие кристаллы можно рассматривать как частный случай холестерических жидких кристаллов с бесконечно большим шагом спирали (Р→∞). Спиральное упорядочение молекул можно разрушить электрическим или магнитным полем, приложенным перпендикулярно оси спирали.
Смектические жидкие кристаллы являются более упорядоченными, чем нематические и холестерические. Они представляют собой как бы двухмерные кристаллы. Кроме ориентационной упорядоченности молекул, аналогичной упорядоченности в нематиках, существует частичное упорядочение центров масс молекул. При этом директор каждого слоя уже не лежит в плоскости слоя, как у холестериков, а образует с ним некоторый угол.
В зависимости от характера упорядочения молекул в слоях смектические жидкие кристаллы делятся на две группы: смектики с неструктурными и смектики со структурными слоями.
Холестерическая мезофаза выглядит таким образом – одна из типичных картинок.
Жидкокристаллические полимеры.
Если полимеры переходят в ЖК состояние или мезофазу в результате термического воздействия (нагревания или охлаждения), их называют термотропными ЖК полимерами, если ЖК фаза образуется при растворении полимеров в определенных растворителях, их называют лиотропными ЖК полимерами.
Первыми учеными, которые предсказали возможность образования полимерами мезофазы, были В.А. Каргин и П.Флори.
Дата добавления: 2018-09-22 ; просмотров: 1490 ; Мы поможем в написании вашей работы!
Разновидности инженерных пластиков. Жидкокристаллический полимер на основе полиэфира (LCP). Часть 1
Жидкокристаллический полимер на основе полиэфира (LCP) является одним из наиболее привлекательных материалов в области конструирования термопластов благодаря его превосходной термостойкости, жесткости, точности размеров, формуемости и превосходному балансу этих свойств. В последнее время LCP расширяет свои области применения, в частности, используется для прецизионных электронных деталей, подходящих для технологии поверхностного монтажа (SMT).
В 1972 году специалисты из компании Carborundum запатентовали ароматические сложные полиэфиры на основе п-гидроксибензойной кислоты (HBA), 4,4′-дигидроксибифенила (DHB) и терефталевой кислоты (TPA), одна из которых позднее была коммерциализирована как EKKCEL I-2000. В 1974 году специалисты из Eastman Kodak сообщили о новом полиэфире на основе HBA и полиэтилентерефталата (PET), который позже продавался под кодовым обозначением X-7G.
X-7G является первым термотропным жидкокристаллическим полимером, который был изготовлен литьем под давлением или образованием нитей из расплава. Однако затем Eastman Kodak отозвал свой план маркетинга X-7G и изменил цель, выпустив полностью ароматический полиэфир, коммерциализированный как TITAN (THERMX), в 1996 году. Он был приобретен затем корпорацией DuPont в 2003 году. В Японии корпорация Sumitomo Chemical приобрела компанию EKKCEL у Carborundum и начала поставлять продукцию на японский рынок под торговой маркой EKONOL ещё в 1979 году. Sumitomo Chemical произвела EKONOL (SUMIKASUPER LCP), используя реактор поликонденсации месильного типа. Технология Carborundum была также продана Dartco, а LCP был продан в продажу как XYDAR в 1984 году. XYDAR также продавался в Японии компанией Nippon Petrochemical в 1986 году, но Dartco продала бизнес компании Amoco в 1989 году. Затем Solvay приобрела XYDAR в 2001 году. В 1985 году Celanese выпустил на рынок VECTRA, в состав которого входит HBA / 6-гидрокси-2-нафтоевая кислота (HNA). Hoechst приобрела Celanese в 1987 году, а затем бизнес LCP был передан независимой компании Ticona.
VECTRA также продается в Японии компанией Polyplastics. Компания Unitika разработала RODRUN на основе HBA / PET по лицензии Eastman Kodak в 1986 году. В то же время Mitsubishi Kasei выпустила на рынок NOVACCURATE на основе HBA / PET, который был произведен по уникальной технологии полимеризации. Поскольку LCP обладают различными характеристиками, не реализованными обычными инженерными пластиками, другие химические компании, такие как BASF (с маркой ULTRAX), Bayer (POLYSTAL), ICI (VICTREX SRP), Idemitsu Petrochemical (IDEMITSU LCP), Granmont (GRANLAR), Rhone-Poulenc (RHODESTER), Kawasaki Steel (K-LCP), Tosoh Susteel и Mitsubishi Gas Chemical занимались разработкой LCP с 1986 по 1990 год. Таким образом, многие химические компании искали новые возможности для рынка LCP, но в тот момент мировой рынок LCP всё ещё оставался небольшим. Соответственно, большинство вышеперечисленных компаний вышли из бизнеса LCP. В 1990-х годах Toray (с SIVERAS) и DuPont (с ZENITE) начали коммерческое производство LCP. DuPont объявила, что приобрела Eastman TITAN (THERMX) и усилила свою линейку ZENITE LCP в 2003 году.
Жидкокристаллические полимеры на основе полиэфира подразделяются на три типа по температуре прогиба под нагрузкой (DTUL) формованных изделий. Недавно было обнаружено, что наибольшее применение LCP имеет для литых электронных деталей, подходящих для SMT, который требует такой же высокой термостойкости, что и LCP типа II. Исходя из тенденции спроса на LCP, многие компании активно занимались исследованиями и разработками LCP типа II с улучшенной формуемостью (текучестью), подавляя термостойкость LCP типа I. С другой стороны, LCP типа III имеет структуру, полученную из HBA / PET, и его было недостаточно для применений SMT из-за его низкого DTUL, хотя он имеет преимущество недорогих исходных материалов. Сложные полиэфиры на основе HBA или гидрохинона (HQ) / TPA не обладают жидкокристаллическим состоянием из-за их высокой температуры плавления. Для снижения температуры плавления полимеров на основе HBA были использованы три подхода: включение незамещенных жестких, стержнеобразных сегментов, таких как 4,4′-бифенилен и 2,6-дизамещенное нафталиновое кольцо в основной цепи; включение гибких алифатических звеньев, таких как 1,2-диоксиэтилен, в основную цепь и включение жестких перегибов, таких как 1,3-фениленовое кольцо, в основную цепь.
С другой стороны, для снижения температуры плавления полимеров на основе HQ / TPA использовались два подхода: использование асимметрично замещенных гидрохинонов, таких как фенилгидрохинон и использование сомономеров, содержащих нелинейные структуры, такие как 4,4′-дифениловый эфир. Коммерциализированные LCP в настоящее время основаны на HBA, и применяются подходы с включением определённых веществ в основную цепь. LCP могут быть изготовлены путем применения обычного процесса поликонденсации для сложных полиэфиров. Хотя процесс Grammont был основан на методе решения с использованием хлорангидрида, разработанного Owens-Coming, процессы других производителей основаны на следующих процессах полимеризации в расплаве. Прежде всего это реакция поликонденсации типа ацидолиза с использованием ацетильных производных ароматических гидроксильных соединений (таких как HBA, HNA и DHB) и ароматических дикарбоновых кислот, таких как TPA, изофталевая кислота (IPA) и 2,6-дикарбоксинафталин (NDA). Затем используется реакция поликонденсации типа ацидолиза с использованием ароматических гидроксильных соединений (таких как HBA, HNA и DHB), ароматических дикарбоновых кислот (TPA и / или IPA) и уксусного ангидрида. И, наконец, распространена и реакция поликонденсации ацидолизного типа с использованием ацетильного производного олигомеров HBA и PET или PET.
Жидкокристаллический полимер типа I должен быть размолот и доведён до высокой молекулярной массы путем твердофазной полимеризации из-за его высокой температуры плавления. Недавно было начато исследование собственной конечной LCP, которая имеет сопоставимую теплостойкость типа II и конкурентоспособную стоимость типа III, то есть начиная не с LCP типа I, а с LCP типа III за счет повышения его теплостойкости. Кроме того, уделяется большое внимание текучести, подходящей для точного литья. Наконец, исследователи поставили перед собой ещё одну цель — LCP с DTUL с термостойкостью выше +250 °C, улучшенной текучестью и оптимальной стоимостью. Эти реакции поликонденсации протекают без какого-либо катализатора, но в некоторых случаях предпочтительно добавлять металлическое соединение в качестве катализатора. Sumitomo Chemical объявила о новом процессе производства LCP с использованием основного органического катализатора ещё в 2002 году. Компания также упомянула, что новый катализатор увеличил скорость реакции между мономерами, одновременно сдерживая нежелательные побочные реакции. Хотя другой процесс поликонденсации в расплаве, включающий удаление фенола, начиная с фенилового эфира ароматического карбокси-соединения, такого как TPA и IPA, и ароматического дигидроксисоединения, хорошо известен, этот процесс не считается осуществимым в промышленном производстве.
Жидкие кристаллы и ЖК-полимеры
Мы публикуем расшифровку лекции cтаршего научного сотрудника кафедры высокомолекулярных соединений химического факультета МГУ, доцента, доктора химических наук, лауреата премии Президента Российской Федерации для молодых учёных за 2009 год Алексея Бобровского, прочитанной 2 декабря 2010 года в Политехническом музее в рамках проекта «Публичные лекции Полит.ру».
См. также:
Текст лекции. Часть 1
Добрый вечер! Я хотел бы немного внести изменения в регламент: лекция состоит из двух частей: сначала жидкие кристаллы, потом жидкокристаллические полимеры, поэтому я хотел бы предложить после первой части задать какие-то вопросы. Так будет проще.
Я хотел бы сказать, что основная задача, которую я перед собой поставил, готовясь к этой лекции, – не столько загрузить вас обилием информации про жидкие кристаллы, про их использование, сколько как-то заинтересовать жидкими кристаллами, дать какие-то начальные понятия: что это такое и показать, насколько они красивы и интересны не с утилитарной точки зрения (где их можно использовать), а с точки зрения науки и искусства (насколько они красивы сами по себе). План моего доклада.
Прежде всего, я расскажу, когда и как было обнаружено жидкокристаллическое состояние, в чем уникальность жидких кристаллов по сравнению с остальными объектами, а во второй части своего доклада я расскажу о жидкокристаллических полимерах и чем они интересны и замечательны.
Я хотел бы остановиться на основных типах жидкокристаллической фазы. Как устроена мезофаза, а именно жидкокристаллическая фаза.
Так выглядит холестерическая мезофаза – одна из типичных картинок. Я хотел бы показать, как красиво выглядят фазовые переходы: при изменении температуры мы можем наблюдать за фазовым переходом.
А это картинка, иллюстрирующая, насколько маленькое электрическое поле нужно, чтобы переориентировать молекулу жидкого кристалла. Фактически это гальванический элемент, составленный из двух картофелин в качестве электролита, то есть необходимо очень маленькое напряжение в районе 1В для такой переориентации, поэтому такое широкое применение эти вещества получили. Другое применение, и речь идет о холестерических жидких кристаллах, о которых я буду говорить подробнее, связано с тем, что они способны менять цвет в зависимости от температуры.
Это связано с разным шагом спирали, и можно визуализировать, например, распределение температуры. Я закончил о низкомолекулярных жидких кристаллах и готов выслушать ваши вопросы по ним, прежде чем перейти к полимерным жидким кристаллам.
Обсуждение лекции. Часть 1
Татьяна Суханова, институт Биоорганической химии: Ответьте на вопрос дилетанта: в каком диапазоне меняется цвет жидких кристаллов, и как это зависит от их структуры?
Алексей Бобровский: Речь о холестерических жидких кристаллах. Здесь цвет меняется в зависимости от шага холестерической спирали. Существуют холестерики, которые отражают селективно свет в УФ-области, соответственно, невидимой области, а есть холестерики, которые селективно отражают свет за счет этой периодичности в инфракрасной области, то есть речь идет о микронах, десятках микрон, а в случае цветных картинок, которые я показывал в поляризационной оптической микроскопии, там сложнее, и цвет связан с тем, что поляризованный свет, плоскость поляризации в жидком кристалле поворачивается по-разному, и это зависит от длины волны. Там сложная цветовая гамма, и весь видимый диапазон закрывается, то есть можно исхитриться получать самые разные цвета.
Борис Долгин: Можно чуть-чуть подробней про жизнь?
Алексей Бобровский: Про жизнь? Именно про роль жидких кристаллов в биологии?
Борис Долгин: Да.
Алексей Бобровский: К сожалению, это совсем не моя тема. Я в конце дам ссылку на книжку. Прежде всего, когда говорят о связи жидких кристаллов в биологии, говорят о том, как их можно использовать в медицине – очень много разных вариантов. В липидных клеточных мембранах жидкокристаллическое состояние имеет место быть при разумных биологических температурах.
Борис Долгин: И это целиком не артефакт, и это дополнительное исследование.
Алексей Бобровский: Да. Мне кажется, что роль жидкокристаллического состояния до сих пор толком не известна, и иногда появляются данные о том, что ДНК в клетке может существовать в жидкокристаллическом состоянии, но это тема для будущих исследований. Это не моя область науки. Я больше занимаюсь жидкокристаллическими синтетическими полимерами, о чем и буду дальше говорить.
Борис Долгин: А ЖК-полимеры вполне искусственные?
Алексей Бобровский: Да, в основном все искусственное. Окраска, например, некоторых жуков и бабочек обусловлена такими природными не жидкими кристаллами, а застывшее жидкокристаллическое состояние за счет хитиновых биологических полимеров. Так эволюция распределилась, что окраска не за счет пигментов, а за счет хитрой структуры полимеров.
Михаил Потанин: У меня вопрос по поводу магнитной чувствительности жидких кристаллов. Насколько они чувствительны к магнитным полям Земли? Можно ли на них делать компасы?
Алексей Бобровский: Я не готов ответить на этот вопрос. Это надо посмотреть в литературе. В полимерах и жидких кристаллов есть теория «скейлинга» (масштабирования), то есть самоподобия. Я затрудняюсь ответить на этот вопрос, я не компетентен в этой теме.
Наталья: Сейчас вручают Нобелевские премии российским ученым. На ваш взгляд, Фредерикс, если бы остался жив, мог бы получить эту премию? Вообще, кто-то из ученых, которые занимались этой тематикой, получили Нобелевскую премию?
Борис Долгин: Мода на изучение жидких кристаллов прошла безвозвратно?
Алексей Бобровский: Да, конечно, уже ажиотажа нет, потому что уже очень много понятно с самой простой мезофазой (нематической жидкокристалличекой фазой), и понятно, что она наиболее оптимальна для применения. Есть еще какой-то интерес к более сложным фазам, потому что можно получить какие-то преимущества по сравнению с хорошо изученной, но количество публикаций по жидкокристаллическому состоянию падает.
Борис Долгин: То есть никаких качественных скачков в понимании, никаких зон, где была бы глобальная загадка, вы не видите.
Алексей Бобровский: Я думаю, что лучше не прогнозировать, потому что всякое может быть. Наука не всегда развивается последовательно. Иногда бывают странные скачки, поэтому я не берусь делать никаких прогнозов.
Константин Иванович: Хотелось бы узнать, насколько они безопасны для жизнедеятельности человека.
Алексей Бобровский: Люди, которые делают ЖК-дисплеи, проходят тесты на безопасность. Если выпить литр жидкого кристалла, то, наверное, станет плохо, но так как используются миллиграммы, то о какой-то серьезной опасности речь не идет. Это куда более безопасно, чем разбитая утекшая ртуть из термометра. Это несопоставимо по вреду совершенно. Сейчас возникают исследования об утилизации жидких кристаллов. Я слышал один доклад, когда эта проблема всерьез воспринимается, что уже большое количество утиля, и как его можно регенерировать, но проблемы для окружающей среды минимальны. Они безопасны.
Борис Долгин: То есть особой специфики здесь нет?
Алексей Бобровский: Конечно, нет. Я думаю, там проблемы с утилизацией пластиков, полимеров намного сложнее.
Олег: Скажите, пожалуйста, чем определяется температурный диапазон жидкокристаллических фаз? Как известно, все современные дисплеи работают при очень широком диапазоне температур. Как удалось этого добиться, и какими свойствами и структурой вещества они определяются?
Текст лекции. Часть 2
Прежде всего, я хотел бы сказать, что такое полимеры.
Полимеры – это соединения, которые получаются путем многократного повторения, то есть химического связывания одинаковых звеньев – в самом простом случае, одинаковых, как в случае полиэтилена это звенья CH2, связанные между собой в единую цепочку. Конечно, существуют более сложные молекулы, вплоть до молекул ДНК, структура которых не повторяется, очень сложным образом организована.
Основные типы жидкокристаллических полимеров. Я не буду говорить о таких main chain или с основными группами основной полимерной цепи (это один вид таких полимеров), я буду в основном говорить о гребнеобразных жидкокристаллических полимерах, у которых палочкообразные фрагменты связаны с основной цепью через гибкую алифатическую развязку.
Важное достоинство и отличие полимерных жидких кристаллов от низкомолекулярных жидких кристаллов – возможность формирования стеклообразного состояния. Если посмотреть на температурную шкалу: у нас есть изотропная фаза при высоких температурах, при понижении температуры образуется жидкокристаллическая фаза (в этих условиях полимер выглядит как очень вязкая жидкость), а при охлаждении наблюдается переход в стеклообразное состояние. Эта температура обычно близка к комнатной температуре, либо чуть выше комнатной температуры, но это зависит от химической структуры. Таким образом, в отличие от низкомолекулярных соединений, которые либо жидкие, либо переходят в кристаллическое состояние, меняется структура. В случае полимеров эта структура оказывается замороженной в стеклообразном состоянии, которое может сохраняться в течение десятилетий, и это важно с точки зрения применения, допустим для записи хранения информации, мы можем изменить структуру и ориентацию молекулы, фрагментов молекулы и заморозить их при комнатной температуре. Это важное отличие и достоинство полимеров от низкомолекулярных соединений. Чем еще хороши полимеры?
Разного рода изгибовые деформации можно реализовать при облучении, то есть при облучении УФ-светом можно реализовать такой изгиб пленки. При воздействии видимого света наблюдается обратная цис-транс-изомеризация, и эта пленка расправляется. Возможны всякие варианты – это может зависеть от поляризации падающего света. Я говорю об этом потому, что сейчас это довольно популярное направление исследования жидкокристаллических полимеров. Умудряются даже делать какие-то устройства на основе этого, но пока, к сожалению, времена переходов довольно большие, то есть скорость небольшая, и поэтому говорить о каком-то конкретном использовании нельзя, но, тем не менее, это такие искусственно созданные мускулы, которые действуют, работают при изменении температуры или при воздействии света разной длины волны. Теперь я хотел бы немного рассказать непосредственно о своей работе.
В чем задача моей работы, нашей лаборатории. Я уже говорил о достоинстве сополимеризации, о возможности сочетать совершенно разнородные фрагменты в одном полимерном материале, и основная задача, основной подход к созданию таких разных многофункциональных жидкокристаллических полимеров – это сополимеризация самых разных функциональных мономеров, которые могут быть мезогенны, то есть ответственны за формирование жидкокристаллической фазы, хиральны (о хиральности я скажу позже), фотохромны, то есть они способны изменяться под действием света, электроактивные, которые несут в себе большой дипольный момент и могут переориентироваться под действием поля, разного рода функциональные группы, которые могут, например, взаимодействовать с ионами металлов, и возможны изменения в материале. И вот это такая гипотетическая гребнеобразная макромолекула здесь нарисована, но в реальности мы получаем двойные или тройные сополимеры, которые содержат разные комбинации фрагментов, и, соответственно, мы можем разным воздействием, например, светом и электрическим полем, менять оптические и другие свойства этих материалов. Один такой пример сочетания хиральности и фотохромности.
У нас есть срез холестерической пленки холестерического полимера. Мы можем облучать его с использованием маски и локально индуцировать изомеризацию, в ходе изомеризации меняется структура хиральных фрагментов, у них падает закручивающая способность и локально наблюдается раскрутка спирали, а раз наблюдается раскрутка спирали, то мы можем изменять длину волны селективного отражения цвета, то есть цвет пленки.
Это зависит от конкретной химической структуры. Например, мы можем вызывать зависимость длины волны селективного отражения (фактически – окраски) от числа циклов записи-стирания, то есть при облучении ультрафиолетом мы раскручиваем спираль, и пленка из зеленой становится красной, а затем мы можем нагревать ее при температуре 60° и индуцировать обратную закрутку. Так можно реализовать множество циклов. В заключение я хотел бы немного вернуться к эстетическому аспекту жидких кристаллов и жидкокристаллических полимеров.
Это, естественно, удобно с точки зрения исследований. Мы можем поместить это в атомно-силовой микроскоп, изучать срезы таких пленок – это удобно и красиво. На этом у меня все. Я хотел бы сослаться на литературу.
Обсуждение лекции. Часть 2
Голос из зала: Вопрос, может, очень глупый: из чего делается веревочка, которая идет под столом?
Борис Долгин: У меня вопрос, может быть, из другой сферы, на самом деле, может быть, сначала Лев, потом я, чтобы не уводить от фактической части.
Лев Московкин: Вы меня действительно очаровали сегодняшней лекцией, для меня это открытие чего-то нового. Вопросы простые: насколько велика сила мускула? За счет чего он работает? И по незнанию, что такое текстура, чем она отличается от структуры? После вашей лекции мне кажется, что все, что в жизни устроено, все за счет жидких кристаллов там же много регулируется светом и слабым импульсом. Спасибо вам большое.
Олег Громов, Институт биохимии и аналитической химии Российской Академии Наук: Вы сказали, что существуют полимерные жидкокристаллические структуры, обладающие фотохромным эффектом и электрической и магнитной чувствительностью. Вопрос такой. В минералогии также известны, что Чухровым в 50-х годах описаны жидкокристаллические образования неорганического состава, и известно, что существуют неорганические полимеры, соответственно, вопрос такой: существуют ли неорганические жидкокристаллические полимеры, и если да, то возможно ли у них осуществление этих функций, и как они в таком случае выполняются?
Олег Громов, Институт биохимии и аналитической химии Российской Академии Наук: А как тогда рассматривать жидкокристаллические образования, обнаруженные Чухровым и другими в 50-е годы?
Борис Долгин: Очень хорошо, когда удается стать еще некоторой площадкой, где ученые разных специальностей могут поддерживать связь.
Алексей Бобровский: Это очень здорово
Голос из зала: Еще один дилетантский вопрос. Вы говорили, что фотохромные жидкокристаллические полимеры обладают относительно низкой скоростью реакции на изменение среды. Какая у них примерно скорость?
Алексей Бобровский: Речь идет об отклике в течение минут. В случае сильного светового воздействия очень тонких пленок люди добиваются секундного отклика, но пока это все медленно. Такая проблема есть. Есть эффекты, которые связаны с другим (я об этом не говорил): у нас есть полимерная пленка, и в ней находятся фотохромные фрагменты, и мы можем воздействовать поляризованным светом достаточной интенсивности, и этот свет может вызывать вращательную диффузию, то есть поворот этих молекул перпендикулярно плоскости поляризации – есть такой эффект, он давно обнаружен изначально, сейчас его тоже исследуют и я в том числе этим занимаюсь. При достаточно большой интенсивности света эффекты могут наблюдаться в течение миллисекунд, но обычно это не связано с изменением геометрии пленки, это внутри, прежде всего меняются оптические свойства.
Голос из зала: Используется где-то это свойство или еще нет?
Алексей Бобровский: Была попытка делать материал для записи информации, и такие наработки были, но, насколько мне известно, такие материалы не выдерживают конкуренцию с имеющейся магнитной записью, другими неорганическими материалами, поэтому как-то интерес заглох в этом направлении, но это не значит, что он не возобновится снова.
Борис Долгин: Появление, скажем, новых требований за счет чего-то.
Алексей Бобровский: Утилитарная сторона дела меня не слишком интересует.
Борис Долгин: У меня вопрос отчасти с ней связан, но не про то, как можно это использовать, он немного организационно утилитарный. В той сфере, в которой вы работаете у себя на кафедре и так далее, вы, насколько мы говорили, имеете совместные проекты, заказы каких-то бизнес-структур и так далее. Как вообще в этой сфере устроено взаимодействие: собственно ученый-исследователь, условно говоря, изобретатель/инженер или изобретатель, а дальше инженер, может быть, разные субъекты, дальше, условно говоря, какой-то предприниматель, который понимает, что с этим сделать, может быть, но это уже вряд ли, инвестор, который готов дать деньги предпринимателю, чтобы он реализовал этот, как принято сейчас говорить, инновационный проект? Как устроена это цепочка в вашей среде в той степени, в которой Вы как-то с ней соприкасались?
Алексей Бобровский: Пока цепочки такой нет, и будет ли она – неизвестно. В принципе, идеальная форма финансирования – это как финансируется обычная фундаментальная наука. Если взять за основу РФФИ и все такое, что много раз обсуждалось, потому что лично мне не хотелось бы заниматься чем-то таким прикладным, заказом.
Борис Долгин: Я потому и говорю о разных субъектах и ни в коем случае не говорю, что ученый должен быть и инженером, и предпринимателем и так далее. Я говорю как раз о разных субъектах, о том, как может быть настроено взаимодействие, как, может, уже сейчас работает взаимодействие.
Борис Долгин: Вам делается заказ на своего рода исследование, разработку некоторого варианта, некоторой идеи.
Алексей Бобровский: В общем, да, такое бывает, но мне такая форма работы не нравится (мое личное ощущение). Что мне в голову пришло, то я и делаю по мере возможности, а не так, что кто-то сказал: «Сделайте такую-то пленку с такими свойствами». Мне это не интересно.
Борис Долгин: Представьте себе человека, которому это интересно. Как он мог бы, он, которому интересно дорабатывать ваши общие научные идеи, которые вы получили из вашего альтруистического, собственно научного интереса, как бы он мог с вами взаимодействовать так, чтобы это было действительно интересно вам обоим? Какая такая организационная схема?
Алексей Бобровский: Я затрудняюсь ответить.
Алексей Бобровский: В рамках совместного проекта все можно реализовать. Какое-то взаимодействие вполне возможно, но я, наверное, не совсем понял вопрос, в чем проблема?
Борис Долгин: Пока проблема в отсутствии взаимодействия между разными типами структур. Это наваливается на Вас как на ученого, или наваливается необходимость заниматься тем, чем вам, может, и не хотелось бы заниматься. В этом проблема.
Алексей Бобровский: Это проблема колоссального недофинансирования
Борис Долгин: Представьте себе, что будет дофинансирование, но от этого же не исчезнет необходимость технического развития. Как от вас перейти к технике так, чтобы вас это удовлетворило?
Борис Долгин: То есть вы готовы делиться результатами, надеясь, что те, у кого есть вкус, этим могут воспользоваться?
Борис Долгин: Или после возникновения какого-то запроса.
Алексей Бобровский: Или так.
Лев Московкин: У меня немного провокационный вопрос. Тема, которую Борис поднял, очень важная. Нет ли здесь влияния определенной моды (это звучало на одной из лекций по социологии)? Вы сказали, что сейчас заниматься жидкими кристаллами не модно. Это же не означает, что раз ими не занимаются, то они не нужны, может, этот интерес вернется, и самое главное…
Борис Долгин: То есть Лев нас возвращает к вопросу о механизмах моды в науке как в неком научном сообществе.
Лев Московкин: На самом деле об этом еще говорил Чайковский, там мода чрезвычайно сильна во всех науках. Второй вопрос: я хорошо знаю, как выбирались в науке авторитеты, которые умели обобщать. Вы можете сколько угодно публиковать ваши материалы, мне они лично никогда не попадаются, для меня это целый пласт, который я просто не знал. Обобщить так, чтобы понять ценность этого для понимания той же жизни, для понимания того, что мы еще можем сделать. Спасибо.
Алексей Бобровский: Я никакой опасности не вижу. Понятно, что вопросы, связанные с финансированием, важны, но, тем не менее, мне кажется, что во многом наука сейчас держится на конкретных людях, у которых есть конкретные личные интересы, заинтересованность в той или иной проблематике. Понятно, что условия диктуют какие-то ограничения, тем не менее, активность конкретных людей приводит к тому, что некоторая область развивается, так как все развивается. Несмотря на то, что много говорится о том, что наука стала коллективной. Действительно, сейчас существуют большие проекты, иногда вполне успешные, но, тем не менее, роль личности в истории науки огромна и сейчас. Личные симпатии и интерес играют существенную роль. Понятно, что как в случае жидких кристаллов, такое развитие электроники послужило большим толчком для развития исследований жидких кристаллов, когда поняли, что жидкие кристаллы можно использовать и зарабатывать на этом деньги, естественно, пошли большие деньги в исследования. Понятно, что такая связь…
Борис Долгин: Обратная связь бизнеса и науки.
Борис Долгин: Здесь мы потихонечку переходим ко второму вопросу, заданному нам Львом. Если родится какая-то на базе имеющегося принципиально новая теория, что-то обещающая плюс к жидким кристаллам, видимо, интерес сразу возрастет.
Алексей Бобровский: Не исключено что так будет.
Борис Долгин: Насколько я понял вопрос, речь идет вот о чем, есть внутринаучные тексты, постепенно что-то меняющие в понимании, есть инновационные тексты, меняющие радикально, но при этом своего рода интерфейсом между специалистами и обществом, может быть, состоящим из тех же ученых, но из других сфер, служат какие-то обобщающие работы, поясняющие нам, как бы спаивающие эти кусочки в какую-то общую картину. Об этом нам, я так понимаю, говорил Лев, спрашивая, каким образом выбирается, а кто же пишет эти обобщающие работы?
Борис Долгин: Нельзя сказать, что кто-то специально закрывает сферу работ.
Алексей Бобровский: Нет, никто ничего не закрывает, наоборот, все нормальные ученые максимально стараются показать миру, что они сделали: максимально быстро и максимально доступно в меру своих способностей. Понятно, что кто-то может хорошо рассказать, а кто-то плохо, но вот для этого существуют научные журналисты, которые могут служить передатчиком информации от ученых к обществу.
Борис Долгин: Ситуация, когда государство добило значительную часть науки: без поддержки другим базам государства нельзя было спастись.
Лев Московкин: В генетике идет лавина данных, которые обобщить некому, потому что никто никому не верит и никто не признает чужого авторитета.
Борис Долгин: Почему?! У нас выступали генетики, которых слушали другие генетики, и они с удовольствием дискутировали.
Алексей Бобровский: Я не знаю, как происходит в генетике, но в науке, которой я занимаюсь, ситуация абсолютно противоположная. Люди, которые получают новый интересный результат, тут же пытаются его как можно быстрее опубликовать.
Алексей Бобровский: Да. Понятно, что они могут не написать какие-то детали методик и так далее, но обычно, если написать e-mail, спросить, как вы там делали это, просто очень интересно, это все вполне открывается – и…
Борис Долгин: По вашим наблюдениям, наука становится более открытой.
Алексей Бобровский: По крайней мере, я живу в эпоху открытой науки, и это хорошо.
Борис Долгин: Спасибо. Когда у нас выступали молекулярные биологи, они обычно отсылали к вполне открыто лежащим базам и так далее, рекомендовали обращаться.
Алексей Бобровский: В физике есть то же самое, есть архив, когда люди еще до прохождения рецензии могут выложить сырой (спорный) вариант статьи, но тут скорее идет борьба за скорость публикаций, чем быстрее у тех приоритет. Никакой закрытости я не наблюдаю. Понятно, что это не имеет отношения к закрытым военным и прочим, я говорю о науке.
Борис Долгин: Спасибо. Еще вопросы?
Голос из зала: У меня не сколько вопрос, сколько возникло предложение, идея. Мне кажется, эта тема картинок кристаллизации имеет богатый потенциал для рассказов о науке детям и юношеству в школах. Может, имеет смысл создать один электронный урок, рассчитанный на 45 минут, и распространить его по средним школам? Сейчас есть электронные доски, которые многие не используют, их приказали иметь в школах. Мне кажется, было бы красиво показывать эти картинки детям в течение 45 минут, а потом, в конце, объяснить, как это все делается. Мне кажется, было бы интересно предложить такую тему, как-то финансировать.
Алексей Бобровский: Я готов помочь, если что. Предоставить, написать, что нужно.
Борис Долгин: Замечательно. Так и формируются обобщения, вот так оно и заказывается. Хорошо. Спасибо большое. Есть еще какие-нибудь созидательные вопросы? Может, кого-то пропустили, не видим, по-моему, в основном обсудили.
Голос из зала: Вы говорили о том, что сейчас в России нет науки как таковой, и наука в катастрофическом положении.
Борис Долгин: Есть ученые, нет науки.
Голос из зала: Можно сказать и так. Увеличение финансирования способно ли исправить эту ситуацию?
Борис Долгин: То есть это является необходимым или необходимым и достаточным условием?
Голос из зала: Да, и отъезд поколения ученых, который произошел в начале 90-х годов, нанес науке необратимый урон?
Алексей Бобровский: Да, урон необратим, время упущено, это совершенно очевидно, и, конечно, это звучит: «Как это в России нет науки?! Как это так? Не может быть такого, наука есть, есть ученые, есть статьи». Во-первых, если говорить об уровне, я ежедневно читаю научные журналы. Очень редко попадаются статьи русских авторов, сделанные в России, по жидким кристаллам или полимерам. Это потому, что либо ничего не происходит, либо все происходит на таком низком уровне, что люди не в состоянии опубликовать это в нормальном научном журнале, их, естественно, никто не знает. Это совершенно ужасная ситуация.
Борис Долгин: А наши авторы, публикующиеся не в России?
Алексей Бобровский: Все больше и больше.
Борис Долгин: То есть проблема не в авторах, проблема в науке.
Алексей Бобровский: Да, то есть совершенной, хорошо работающей структуры или хотя бы как-то работающей под названием «Наука» в России, конечно, нет. К счастью, существует открытость лабораторий, которые более или менее на нормальном уровне работают и вовлечены в общий научный процесс международной науки – это развитие возможностей связи через Интернет, другими способами, открытость границ позволяет не чувствовать себя отделенным от всемирного научного процесса, но внутри страны происходит так, что, естественно, не хватает денег, а если увеличить финансирование, это вряд ли что-то изменит, потому что параллельно с увеличением финансирования необходимо иметь возможность экспертизы тех людей, кому даются эти деньги. Можно дать деньги, кто-то их украдет, потратит на неизвестно что, а ситуация никак не изменится.
Борис Долгин: Строго говоря, мы имеем проблему курицы и яйца. С одной стороны, мы не создадим науки без финансирования, с другой стороны с финансированием, но без научного сообщества, которое обеспечит рынок экспертизы, обеспечит нормальные репутации, мы не сможем дать эти деньги так, чтобы это помогло науке.
Борис Долгин: Скажите, пожалуйста, вы – молодой ученый, но вы уже доктор наук, а к вам приходит молодежь уже в другом смысле, ученики, более молодые ученые. Есть ли те, кто идут за вами?
Алексей Бобровский: Я работаю в Университете, и волей-неволей, иногда я этого хочу, иногда не хочу, я руковожу курсовыми, дипломными и аспирантскими работами.
Борис Долгин: Есть среди них будущие ученые?
Алексей Бобровский: Уже есть. Есть довольно успешно работающие люди, которыми я руководил, дипломными работами, например, которые являются постдоками, либо руководителями научных групп, естественно, речь идет только о загранице. Те, которыми я руководил и они остались в России, они работают не в науке, потому что надо кормить семью, нормально жить.
Борис Долгин: Спасибо, то есть финансы.
Алексей Бобровский: Естественно, финансирование, зарплаты не выдерживают никакой критики.
Голос из зала: Зарплату назовите, пожалуйста, если можно.
Борис Долгин: Это все-таки частное…
Алексей Бобровский: Никакого секрета в этом нет. Ставка старшего научного сотрудника с кандидатским минимумом в Университете пятнадцать тысяч рублей в месяц. Все остальное в зависимости от активности ученого: если он в состоянии иметь международные гранты, проекты, то он получает больше, но железно он может рассчитывать на пятнадцать тысяч рублей в месяц.
Борис Долгин: А с докторской степенью?
Алексей Бобровский: Мне пока не ставили, я пока точно не знаю, сколько дадут, плюс четыре тысячи еще добавят.
Борис Долгин: Упомянутые гранты – довольно важная вещь. Только сегодня у нас опубликованы news, присланные интересным исследователем, но когда задавался вопрос о финансировании, она говорила, в частности, о значимости этой сферы, и опять-таки, уже говоря не о наших публикациях, министр Фурсенко говорит, что научные руководители должны из грантов финансировать своих аспирантов и таким образом их финансово мотивировать.
Алексей Бобровский: Нет, это так обычно и происходит в хорошей научной группе, если у человека, как у Валерия Петровича Шибаева, заведующего лабораторией, в которой я работаю, у него есть большое заслуженное имя в научном мире, есть возможность грантов, проектов. Чаще всего я не оказываюсь на «голой» ставке в пятнадцать тысяч, всегда существуют какие-то проекты, но далеко не все могут, это не общее правило, вот почему все уезжают.
Борис Долгин: То есть руководитель должен обладать достаточно высоким международным авторитетом и быть к тому же в струе.
Алексей Бобровский: Да, чаще всего. Я думаю, что мне во многом повезло. Элемент попадания в сильную научную группу сработал в положительном смысле.
Борис Долгин: Здесь мы видим обратную связь старой доброй науки, то, что возникла эта самая сильная научная группа, за счет чего вы смогли реализовать свою траекторию. Да, это очень интересно, спасибо. Прошу последнее слово.
Голос из зала: На последнее слово я не претендую. Хочу отметить, что то, о чем вы говорите, абсолютно понятно, и не воспринимайте как спорт. Я хочу отметить, что в лекции Алексея Савватеева прозвучало, что в Америке науки вообще нет. Его точка зрения так же убедительно аргументирована, как и Ваша. С другой стороны, в России наука особенно бурно развивалась тогда, когда в науке вообще не платили, а активно воровали, было и такое.
Голос из зала: Воровали и в советское время, но Тимофеев-Ресовский ничего не получал, это известно.
Борис Долгин: В Германии?
Голос из зала: Нет, в России. В Германии ему платили вдвое меньше, чем рядовому сотруднику, не понимая, кто он есть.
Борис Долгин: А когда у него более активно развивалась его научная…
Борис Долгин: Понятно, проблема…
Голос из зала: Последний пример: дело в том, что когда Женя Ананьев, мы с ним вместе учились на биофаке, открыл мобильные элементы в геноме дрозофилы, то признание пришло только после публикации в журнале «Хромосомы», но пробил эту публикацию авторитет Хисина, потому что отзыв был такой: «в вашей темной России не умеют репризовать ДНК». Спасибо.
Алексей Бобровский: По поводу английского языка все очень просто – это международный научный язык. Любой ученый, занимающийся наукой, например, в Германии немец почти все свои статьи публикует на английском. Кстати, очень много диссертаций защищается на английском языке в той же Германии, я уже не говорю про Данию, Голландию, хотя бы потому, что там много иностранцев. Наука интернациональна. Исторически сложилось, что язык науки английский.
Борис Долгин: Так недавно сложилось, раньше язык науки был немецкий.
Алексей Бобровский: Относительно недавно, но, тем не менее, сейчас так, поэтому очевиден был переход на английский язык хотя бы на уровне авторефератов и аттестационных вещей, чтобы нормальные западные ученые могли читать эти авторефераты, давать отзывы, оценивать, чтобы выбраться за рамки нашего болота, иначе это все совсем утонет неизвестно куда и останется сплошная профанация. Она и так во многом сейчас происходит, но надо как-то пытаться выкарабкаться из этого болота.
Борис Долгин: Открыть форточки для того, чтобы не возникало запаха.
Алексей Бобровский: Хотя бы начать проветривать.
Борис Долгин: Хорошо. Спасибо. Это оптимистический рецепт. На самом деле ваша траектория вселяет оптимизм, несмотря на весь пессимизм.
Алексей Бобровский: Мы снова отклонились от того, что основная мысль лекции – продемонстрировать вам, насколько красивы и интересны жидкие кристаллы. Надеюсь, что все, что я говорил, вызовет какой-то интерес. Сейчас можно найти много информации о жидких кристаллах, это во-первых. А во-вторых, вне зависимости от каких-то условий всегда будут существовать ученые, научный прогресс ничто не может остановить, это тоже вселяет оптимизм, и история показывает, что всегда есть люди, которые двигают науку вперед, для которых наука превыше всего.