Рідкі кристали - малюнок

Рідкі кристали — будова, властивості, застосування



Рідкі кристали – це не певний вид речовини, а комплексне визначення стану деяких тіл. Це означає, що певні речовини можуть, при дотриманні умов, поводитися і як рідини, і як тверді тіла.

При написанні реферату або доповіді про рідкі кристали та їх застосування можна більш глибоко вивчити особливості та унікальні властивості цього матеріалу.

Рідкі кристали - визначення

Що таке текучі матеріали

Приблизно до кінця XIX століття вважалося, що існує два види речовин — тверді та текучі. Але в 1888 році був виявлений ряд дивних властивостей у холестерилбензоата. Пізніше, загальну закономірність у властивостях деяких тіл під час власних експериментів виявив німецький фізик Отто Леман. По суті, він і відкрив можливість речовин мати різні властивості в різних станах.

Цей феномен отримав назву “рідкі кристали”. Цікаво, що багато вчених того часу не визнавали інноваційного відкриття, оскільки це в корені суперечило загальноприйнятій концепції про три стани речовини. Тому довгий час відкриття залишалося в тіні.

Якщо коротко, то рідкокристалічний стан виражається в одночасній текучості і разом з тим, впорядкованим розташуванням молекул. Однак, жорсткої кристалічної ґратки в таких тілах немає. Одне з ключових властивостей рідких кристалів – це орієнтований порядок розташування молекул.

У різних фазах і у різних речовин це розташування теж може змінюватися. Таким чином досягається гнучкість розробки і широкий спектр застосування рідких кристалів в медицині, промисловості, побутовій техніці та електроніці.

Застосування рідких кристалів

Види і категорії рідких кристалів

Ієрархія фаз рідких кристалів складна і трохи заплутана. Існує дві великі групи:

  • термотропні;
  • ліотропні.

Ліотропні – це двох або більше компонентні речовини. Текучий стан в такому середовищі забезпечує будь-який з видів розчинників, наприклад, вода. а впорядкованість молекул і твердий стан гарантують властивості основного елемента.

Термотропні, в загальному випадку, утворюються при нагріванні речовини. Вони, своєю чергою, можуть бути представниками одного з підкласів:

  • нематичні;
  • смектичні;
  • холестеричні.

Нематичні кристали не мають жорсткого порядку в будові молекул. Проте, молекули завжди направлені своїми гострими частинами в одну сторону і безперервно ковзають уздовж своєї довгої осі. По суті, вони поводяться як звичайні рідини.

Текстура нематичної фази рідкого кристалу
Текстура нематичної фази рідкого кристалу

Смектичні рідкі кристали мають шари, які можуть переміщатися відносно один одного. Товщина одного шару дорівнює довжині молекул. Така техніка побудови молекул надає більшу в’язкість і високу густину, ніж у нематичної групи. Варто відзначити, що смектичні кристали діляться ще на три категорії: A, B і C.

Холестеричні рідкі кристали, як можна зрозуміти з назви, містять в собі похідні холестерину. Але, по суті, цей тип являє собою нематичні матеріали. Тільки їх молекули розташовані таким чином, що являють собою спіралі, які дуже гостро реагують на будь-яку зміну температури. При цьому змінюється забарвлення самої речовини. Цю біологічну функцію можна використовувати в медичних цілях, а також там, де необхідно оперативно реагувати на зміни температури.

Властивості рідких кристалів

Властивості і характеристики

Як варто розглянути дві перші змінні властивості кристалів – в’язкість та густина. Незвичайність їх полягає в тому, що зміна цих властивостей нелінійна, тобто відбувається по кривій, в залежності від зовнішнього впливу, наприклад, температури. Також вона може фіксуватися в якійсь певній точці впливу. Іншими словами, при необхідності можна «включати» то один набір характеристик, то інший.

Не менш цікавою є і тема оптичних властивостей. Проходячи через деякі види рідких матеріалів, світло працює так само, як і у твердих. Тобто розщеплюється на два напрямки – незвичайний і звичайний. Напрямок поляризації першого збігається з напрямком оптичної осі кристала, а другого — перпендикулярний йому. При правильному використанні цієї особливості можна за допомогою зовнішніх впливів управляти переходом світла через матеріал.

Перші повідомлення про відкриття ефекту пам’яті з’явилися від двох вчених Хейльмейєра і Голдмахера.

Вони помітили, що після обробки різних речовин іонним струмом, ті мутніють. І найцікавіше помутніння може триматися від двох годин до декількох тижнів. Вчені також виявили, що зняти це помутніння можна і «вручну», приклавши до кристала струм з частотою понад 500 і менш як 2000 Гц.

Властивості рідких кристалів2

Галузь застосування

Різні властивості і характеристики рідких кристалів дозволяють використовувати їх практично у всіх галузях. Оптичні здібності активно використовуються у виробництві цілої гами приладів – від мікроскопів до великих екранів моніторів.

Природа проходження променів через РК дозволяє управляти ними, буквально, з будь-якої мікросхеми. А мале споживання гарантує максимальну економічність. На відміну від плазмових екранів, РК-монітори мають більш соковиту картинку і довговічність.

Особливість кристалів швидко реагувати на найменшу зміну температури знайшла своє практичне застосування в медицині. Наприклад, біле світло, проходячи через РК розкладається в спектр, який буде неоднорідним при різних температурах. І по променях можна визначити точний ступінь зміни температури тіла. Власне, це ж відкриття застосовується і для контролю за нагріванням різних матеріалів в самих різних галузях.

Властивості рідких кристалів3

Перспективи рідких кристалів

Безсумнівно, відкриття унікальних нових властивостей вже відомих матеріалів дозволило здійснити масу відкриттів в найрізноманітніших областях діяльності людини. Навіть читаючи цю коротку доповідь, користувач, швидше за все, робить це за допомогою рідких кристалів, навіть не підозрюючи про це.

Попри те, що вже вивчений великий пласт фізичних властивостей рідких кристалів, вчені продовжують знаходити їм все нове застосування, удосконалюючи прилади і технології.

У журналах і газетах, що спеціалізуються на хімії, фізиці та інших природних науках, продовжують публікуватися все нові і нові досягнення в області матеріалів з двома агрегатними станами.

Leave a Reply

Ваша e-mail адреса не оприлюднюватиметься. Обов’язкові поля позначені *