Жидкие кристаллы.
Жидкие кристаллы - это вещества переходящие при определенных условиях (температура, давление, концентрация в растворе) в жидкокристаллическое состояние, которое является промежуточным между твердокристаллическим состоянием и жидкостью. Как и обычные жидкости, жидкие кристаллы обладают текучестью, но при этом для них характерно спонтанное проявление анизотропии свойств (оптических, электрических, магнитных и др.) при отсутствии трехмерного дальнего порядка в расположении частиц (атомов, молекул). Поэтому жидкокристаллическое состояние называется также мезоморфным (мезофазой). На диаграмме состояния температурный интервал существования ЖК ограничен температурой плавления твердых кристаллов и так называемой температурой просветления, при которой жидкокристаллические мутные образцы становятся прозрачными вследствие плавления мезофазы и превращения ее в изотропную жидкость. Молекулы ЖК обладают стержнеобразной или дискообразной формой и имеют тенденцию располагаться преимущественно параллельно друг другу.
Ж Рис.8.4. Структура жидких кристаллов1-смектики, 2-нематики, 3-холистерики
По способу получения ЖК делятся на термотропные и лиотропные. Термотропные образуются при нагревании твердых кристаллов или охлаждения изотропной жидкости и существуют в определенном температурном интервале. Лиотропные ЖК образуются при растворении твердых органических веществ в соответствующих растворителях, например, в воде. И те и другие имеют обычно несколько модификаций - жидкокристаллических фаз, каждой из которых на фазовой диаграмме соответствует определенная область. Температурный интервал существования ЖК зависит от вещества и может находиться как при низких (до - 60°С), так и при высоких (до 400°С) температурах.
Известно несколько тысяч органических соединений, образующих ЖК. Молекулы типичного термотропного ЖК - 4-метоксибензилиден-4-бутиланилина СНз-0-С6Н4-С=N- С6Н4-С4Н9(МББА) по форме похожи на стержни. Наличие 2 или 3 бензольных колец в молекуле типично для ЖК. Если молекулы содержат одно бензольное кольцо, то структурной единицей стержнеобразной формы оказываются двойные связанные молекулы. Вместо бензольных колец в молекулах ЖК встречаются циклогексановые, бициклооктановые, гетероциклические фрагменты. Центральные мостики, связывающие кольца и концевые фрагменты, разнообразны. Известны также полимерные ЖК, в которых жидкокристаллическая структура образуется либо стержнеобразными фрагментами основных цепей молекул (линейные полимеры), либо боковыми цепями, присоединенными к основной цепи гибкими связями (гребнеобразные полимеры).
В зависимости от характера расположения стержнеобразных молекул различают 3 основных типа ЖК: смектические, нематические и холистерические (рис.8.4). В смектиках (S) молекулы располагаются в слоях. Центры тяжести удлиненных молекул находятся в равноотстоящих друг от друга плоскостях и подвижны в двух измерениях (на смектической плоскости). Длинные оси молекул могут располагаться как перпендикулярно к плоскости смектического слоя (ортогональные смектики), так и под некоторым углом к слою (наклонные смектики). Кроме того, возможно и упорядоченное расположение в слоях. Нематаки (N) характеризуются наличием ориентационного порядка, при котором длинные оси молекул расположены однонаправлено при беспорядочном расположении центров тяжести молекул.
В холистериках (Chol) молекулы расположены так же, как в нематиках, но в каждом слое молекулы повернуты относительно их расположения в соседнем слое на определенный угол. В целом реализуется структура, описываемая спиралью с шагомL.
Своеобразная структура ЖК, обеспечивающая сочетание упорядоченности в расположении молекул с их высокой подвижностью, определяет широкую область их практического использования. Особенно интересны оптические свойства ЖК. В них реализуется оптическая анизотропия, определяющая существование особых направлений - оптических осей. Направление оптической оси легко изменить с помощью небольшого энергетического воздействия, например, электрического поля. Для управления оптическими свойствами ЖК требуются весьма малые напряжения. Существует определенный порог разности потенциалов (около 1 В), выше которого уже нетрудно управлять оптической осью. Это объясняется тем, что все молекулы ЖК взаимосвязаны и ориентированы одинаково, и достаточно повернуть одну из них, чтобы весь коллектив молекул изменил свою ориентацию.
Жидкокристаллические индикаторы находят широкое применение для отображения оптической информации и используются в огромном количестве электронных приборов и устройств.
- Мгупи Кафедра мт-6 «Физико-химического материаловедения и композиционных материалов»
- Москва, 2013
- Технические параметры материалов
- 1.Объемно-структурные параметры.
- 2.1. Прочность
- 2.1.1.Кратковременная прочность при растяжении
- 2.1.2. Динамическая прочность
- 2.2.Жесткость
- 2.3. Твердость
- 2.5.3. Характер разрушения адгезионного соединения
- 3.Теплофизические свойства
- 3.6. Температура фазовых переходов
- 4. Электрические свойства
- 5. Магнитные свойства
- 6. Химическая стойкость Универсальный параметр
- 8. Оптические параметры.
- 10. Энергетические параметры
- 11. Диффузионные параметры
- Структура материалов Химические связи.
- Кристаллы.
- Аморфная фаза.
- Фазовое состояние материалов
- Состояния воды
- Элементы зонной теории твердого тела.
- Проводимости.
- Полимеры
- Получение полимеров.
- Физические и фазовые состояния полимеров
- Физические свойства полимеров
- Металлы и сплавы
- Fe3c- карбид железа
- Цветные металлы.
- Сплавы высокого электрического сопротивления
- Техническая керамика.
- Применение технической керамики.
- Стекла и ситаллы Неорганические стекла.
- Ситаллы
- Композиционные материалы
- Диэлектрики.
- Сегнетоэлектрики.
- Пьезоэлектрики
- Электреты.
- Жидкие кристаллы.
- Полупроводники.
- Получение.
- Полупроводниковые химические элементы.
- Полупроводниковые соединения
- Магнитные материалы.
- Литература