Жидкие кристаллы
Жидкие кристаллы
Жидкий кристалл жесткоцепной лиотропный
ЖИДКИЕ КРИСТАЛЛЫ, в-ва, переходящие при определенных условиях (т-ра, давление, концентрация в растворе) в жидкокристаллическое состояние, которое является промежуточным между кристаллическим состоянием и жидкостью. Как и обычные жидкости, жидкие кристаллы обладают текучестью, но при этом для них характерно спонтанное появление анизотропии свойств (оптических, электрических, магнитных и др.) при отсутствии трехмерного дальнего порядка в расположении частиц (атомов, молекул). Поэтому жидкокристаллическое состояние часто называют также мезоморфным (мезофазой). На диаграмме состояния температурный интервал существования жидких кристаллов ограничен температурой плавления твердых кристаллов и температурой просветления, при которой жидкокристаллические мутные образцы становятся прозрачными вследствие плавления мезофазы и превращения ее в изотропную жидкость. Молекулы жидкокристаллических соединений обладают стержнеобразной или дискообразной формой и имеют тенденцию располагаться преимущественно параллельно друг другу. Термотропные жидкие кристаллы образуются при термическом воздействии на вещество. Такие жидкие кристаллы образуют производные ароматические соединения, содержащие чередующиеся линейные и циклические группировки (бензольные кольца). Жидкокристаллическая фаза образуется чаще всего в том случае, если заместители в молекуле располагаются в пара-положении. Большое кол-во термотропных жидкокристаллич. соед. может быть изображено общей формулой:
X обычно --СН=N--, СН2--СН2--, НС=СН--, , --С(О)--NH--. Концевыми группами Y и Z м. б. алкильные и алкоксильные группировки, галогены, циано-, нитро - и аминогруппы и др. Часто жесткие фрагменты молекул ц - циклич. группировки, определяющие существование мезофазы, называются "мезогенными". Наличие разветвлений в молекулах приводит к сужению температурного интервала существования мезофазы.
Лиотропные жидкие кристаллы образуются при растворении нек-рых в-в в определенных р-рителях. Напр., водные р-ры мыл, полипептидов, липидов, белков, ДНК и др. образуют жидкие кристаллы в определенном интервале концентраций и т-р. Структурными единицами лиотропных жидких кристаллов являются надмолекулярные образования разл. типов, распределенные в среде р-рителя и имеющие цилиндрич., сферич. или др. форму. В зависимости от характера расположения стержнеобразных молекул различают три осн. типа жидких кристаллов - смектический, нематический и холестерический. В смектич. жидких кристаллах (их наз. смектиками, обозначают S) молекулы располагаются в слоях. Центры тяжести удлиненных молекул находятся в равноотстоящих друг от друга плоскостях и подвижны в двух измерениях (на смектич. плоскости). Длинные оси молекул могут располагаться как перпендикулярно к плоскости смектич. слоя (ортогональные смектики, рис. 1,а), так и под нек-рым углом к слою (наклонные смектики, рис. 1,б).
Рис. 1 Структура смектических (а и б) и нематических (в) жидких кристаллов (а - ортогональное, б - наклонное расположение молекул)
Кроме того, возможно упорядоченное и неупорядоченное расположение молекул в самих слоях. Все это обусловливает возможности образования разл. полиморфных модификаций. Известно св. десятка полиморфных смектич. модификаций, обозначаемых буквами латинского алфавита, смектики А, В, С и т. д. (или SА, SВ, SC и т. д.). Формирование смектич. фаз характерно для жидкокристаллич. соед., молекулы к-рых содержат длинные концевые алкильные или алкоксильные группы Y и Z с числом атомов углерода / 4-6. Нематич. жидкиекристаллы (нематики N) характеризуются наличием ориентационного порядка, при к-ром длинные оси молекул расположены однонаправленно при беспорядочном расположении центров тяжести молекул (рис. 1,в). Нематич. тип жидких кристаллов образуют соед., в молекулах к-рых имеются короткие алкильные или алкоксильные группы (число атомов углерода[ 3).
Холестерич. тип мезофазы (холестерики Сhоl) образуется двумя группами соед.: производными оптически активных стероидов, гл. обр. холестерина (отсюда назв.), и нестероидными соед., принадлежащими к тем же классам соед., к-рые образуют нематич. жидкие кристаллы, но обладающими хиральностью (алкил-, алкокси-, ацилоксизамещенные азометины, производные коричной к-ты, азо - и азоксисоединения и др.). В холестерич. жидких кристаллах молекулы расположены так же, как в нематических, но в каждом слое молекулы повернуты относительно их расположения в соседнем слое на определенный угол. В целом реализуется структура, описываемая спиралью (рис. 2). В-ва с дискообразными молекулами (дискотики D) могут образовывать жидкие кристаллы, в к-рых молекулы упакованы в колонки (имеется дальний порядок в ориентации плоскостей дискообразных молекул) или расположены так же, как в нематиках (дальний порядок отсутствует) (рис. 3, а и б). Своеобразная структура жидкокристаллич. соед., обеспечивающая сочетание упорядоченности в расположении молекул с их высокой подвижностью, определяет широкие области практич. использования жидких кристаллов. Направление преимуществ. ориентации молекул, характеризуемое аксиальным единичным вектором, или директором, может легко изменяться под воздействием разл. внеш. факторов - т-ры, мех. напряжений, напряженности электрич. и магн. полей.
Непосредственная причина ориентации или переориентации директора - анизотропия вязкоупругих, оптич., электрич. или магн. св-в среды. В свою очередь, изменение преимуществ. Ориентации молекул вызывает изменение оптич., электрич. и др. св-в жидких кристаллов, т. е. создает возможность управления этими св-вами посредством сравнительно слабых внеш. воздействий, а также позволяет регистрировать указанные воздействия. Электрооптич. св-ва нематич. жидких кристаллов широко используют в системах обработки и отображения информации, в буквенно-цифровых индикаторах (электронные часы, микрокалькуляторы, дисплеи и т. п.), оптич. затворах и др. светоклапанных устройствах. Преимущества этих приборов - низкая потребляемая мощность (порядка 0,1 мВт/см2), низкое напряжение питания (неск. В), что позволяет, напр., сочетать жидкокристаллич. дисплеи с интегральными схемами и тем самым обеспечивать миниатюризацию индикаторных приборов (плоские телевиз. экраны). Спиральная структура холестериков определяет их высокую оптич. активность (к-рая на неск. порядков выше, чем у обычных орг. жидкостей и твердых кристаллов) и способность селективно отражать циркулярно поляризованный свет видимого, ИК и УФ диапазонов. При изменении т-ры, состава среды, напряженности электромагн. поля изменяется шаг спирали, что сопровождается изменением оптич. св-в, в частности цвета. Это позволяет измерять т-ру тела по изменению цвета жидкого кристалла, контактирующего с пов-стью тела. Жидкокристаллич. термография используется в технике для визуализации ИК, СВЧ излучений, в качестве неразрушающих методов контроля в микроэлектронике и др., в медицине - для диагностики ряда сосудистых и острых воспалит. заболеваний. Особое место среди жидкокристаллич. в-в занимают полимеры. Термотропные полимерные жидкие кристаллы получают "хим. включением" мезогенных групп в состав линейных и гребнеобразных макромолекул. Это позволяет не только значительно увеличить кол-во жидкокристаллич. в-в, но и существенно расширить общие представления о природе жидкокристаллич. состояния. На основе полимеров можно получать жидкокристаллич. стекла, пленки, волокна и покрытия с заданными анизотропными св-вами. Мезогенные группы макромолекул легко ориентируются в мезофазе под действием внеш. полей (мех., электрич., магнитных), а при послед. охлаждении полимера ниже т-ры стеклования полученная анизотропная структура фиксируется в твердом состоянии. Использование лиотропного жидкокристаллич. состояния на стадии переработки жесткоцепных полимеров - новый путь получения высокопрочных высокомодульных полимерных материалов. Жидкие кристаллы открыты в 1888 Ф. Рейнитцером и О. Леманом. Число описанных жидких кристаллов превышает десятки тысяч и непрерывно увеличивается.
Похожие статьи
-
ЖИДКИЕ КРИСТАЛЛЫ -- НОВОЕ СОСТОЯНИЕ ВЕЩЕСТВА. - Жидкие кристалы
Многообразие жидких кристаллов. Теперь обратим внимание на то, что сказать о каком-то веществе: просто жидкий кристалл, это еще слишком мало. И если...
-
Теория жидкого состояния расплавов - Структура и свойства металлических расплавов
В теории жидкого состояния, как и в теории твердого тела, под структурой понимают пространственное расположение атомов. Известно, что в кристалле имеется...
-
Сенсация года. Некоторое время тому назад необычной популярностью в США пользовалась новинка ювелирного производства, получившая название "перстень...
-
По характеру химической связи кристаллы делятся на 4 группы: молекулярные, ковалентные, ионные и металлические. В соответствии с этой классификацией...
-
Кристаллическая решетка. Координационное число Кристаллы - Твердые тела, обладающие трехмерной периодической структурой, которая называется...
-
О БУДУЩИХ ПРИМЕНЕНИЯХ ЖИДКИХ КРИСТАЛЛОВ. - Жидкие кристалы
Жидкие кристаллы сегодня и завтра. Многие оптические эффекты в жидких кристаллах, о которых рассказывалось выше, уже освоены техникой и используются в...
-
Растворитель, получаемый в результате центрифугирования отхода низкомолекулярного полиэтилена и последующей перегонки в интервале 130-210 0С был передан...
-
Производство кормового препарата ЖКЛ (жидкого концентрата лизина) - Этапы получения лизина
Технология производства ЖКЛ основана на упаривании готовой культуральной жидкости до содержания 40% АСВ. Для этого предварительно нагретую до температуры...
-
Ректификация - Изучение методов жидких и газообразных и однородных неоднородных систем
РЕКТИФИКАЦИЯ (от позднелат. rectificatio - выпрямление, исправление), разделение жидких смесей на практически чистые компоненты, отличающиеся т-рами...
-
Однородные (гомогенные) смеси - это смеси, в которых компоненты смешаны на молекулярном уровне (однофазный материал); их невозможно обнаружить при...
-
ЖИДКИЕ АЗОТНЫЕ УДОБРЕНИЯ - Аммиачно-нитратные удобрения
Наряду с твердыми азотными удобрениями в сельском хозяйстве применяются также и жидкие их формы: безводный (жидкий) аммиак, водный аммиак (аммиачная...
-
Осаждение, Фильтрование - Изучение методов жидких и газообразных и однородных неоднородных систем
Осаждение -- это образование твердого осадка в растворе в ходе химической реакции, например, добавлением соответствующих реагентов. По окончании реакции,...
-
Выпаривание - Изучение методов жидких и газообразных и однородных неоднородных систем
Выпаривание - концентрирование (сгущение) растворов, суспензий и эмульсий (чаще твердых веществ в воде) при кипении. В процессе выпаривания...
-
Воздушная известь - одно из древнейших вяжущих, широко применяемых в строительстве и промышленности. Известь - продукт умеренного обжига кальциевых и...
-
Адсорбенты Применяемые адсорбенты характеризуются адсорбционной активностью, истинной и насыпной плотностью, удельной поверхностью общим объемом пор и их...
-
Введение - Изучение методов жидких и газообразных и однородных неоднородных систем
Гомогенная система -- однородная система, химический состав и физические свойства которой во всех частях одинаковы или меняются непрерывно (между частями...
-
Квазихимические равновесия в кристаллах - Химическая кинетика, равновесия, термодинамика
Равновесия дефектов в кристаллах тоже могут рассматриваться на основе ЗДМ. При этом в качестве реагентов могут фигурировать не только реальные частицы...
-
Электронная игра, электронный словарь и телевизор на жк. - Жидкие кристалы
Известно, какой популярностью у молодежи пользуются различные электронные игры, обычно устанавливаемые в специальной комнате аттракционов в местах...
-
Жидкие и газообразные отходы - Производство хлорида калия галургическим способом
В производстве калийных удобрений образуются минерализованные рассолы. Они получаются при обезвоживании свежих галитовых отходов и в результате их...
-
Экстракция - Изучение методов жидких и газообразных и однородных неоднородных систем
Экстракция - способ разделения смесей, основанный на различном распределении вещества между двумя не смешивающимися жидкостями, которые сильно...
-
Основные характеристики кристаллического вещества: однородность, анизотропия, способность самоограняться, симметрия. Связь процессов кристаллизации с...
-
Неоднородными, или гетерогенными, системами называют системы, состоящие из двух или нескольких фаз. Фазы, составляющие систему, могут быть, в принципе,...
-
Получение кристаллического йода Собрать установку. На асбестированную сетку поставить стакан, в который поместить по 0,5 г измельченных иодида калия и...
-
Введение, Классификация Фенолов, Физические свойства фенола, Химические свойства - Синтез фенола
Фенол химический синтез Целью данной курсовой работы является изучение способов синтеза фенолов, в частности фенола. Свойства фенолов специфичны, поэтому...
-
Физико-химические изменения белков молока при тепловой обработке - Химия и физика молока
1). Изменение составных частей и свойств молока при пастеризации, УВТ обработке и стерилизации. 2). Понятие о денатурации белков. Тепловую обработку...
-
Неионогенные ПАВ - Коллоидные поверхностно-активные вещества
Неионогенные ПАВ - высокомолекулярные соединения, не образующие ионов в водном растворе. Их растворимость обусловлена наличием в молекулах гидрофильных...
-
Физико-химические свойства хрома - Хром. Элемент периодической системы химических элементов
Хром является серебристо-белым, твердым, блестящим, но в то же время довольно хрупким металлом. Ранее считалось, что хром практически не обладает...
-
Создание световодов., Создание различных датчиков. - Пористый кремний
Для целей интегральной оптики применяются планарные световоды, представляющие собой пленочную структуру, в которой свет распространяется в слое с высоким...
-
Свойства поверхностно-активных веществ - Поверхностные явления. Адсорбция
На поверхности раздела фаз молекулы ПАВ Ориентируются Гидрофильной группой в сторону полярной фазы, олеофильной - в сторону неполярной. Из-за Малого...
-
Введение, Общие сведения о фосфорной кислоте - Общие сведения о фосфорной кислоте
Фосфорная кислота является основным сырьем для производства фосфорных удобрений, кормовых добавок, инсектицидов и других фосфорсодержащих продуктов....
-
Физические свойства урана, Химические свойства урана - Уран и его соединения
Металлический уран в чистом виде представляет собой плотный блестящий металл серебристого цвета, на воздухе покрывающийся тонкой пленкой оксида....
-
Целлюлоза (франц. cellulose, от лат. cellula, букв. комнатка, здесь - клетка), полисахарид - линейный-глюкан [полиглюкопиранозил-D-глюкопираноза] общей...
-
Реакции аминокислот - Способы получения аминокислот
Большинство реакций, в которые аминокислоты вступают в лабораторных условиях (in vitro), свойственны всем аминам или карбоновым кислотам. 1. образование...
-
СВОЙСТВА., ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА. - Галлий
ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА. Галлий - относительно мягкий, ковкий металл, блестящего серебристого цвета с голубовато-серыми штрихами. Он плавится при 29,78 С...
-
Теория затрат - Линейное программирование в экономике
Затраты - это сумма средств (материальных, трудовых, финансовых), использованных в процессе производства. Часто понятие затрат заменяют понятием...
-
Полисахариды - Биологическое значение и строение углеводов
Некоторые углеводы представляют собой природные полимеры, состоящие из многих сотен и даже тысяч моносахаридных звеньев, входящих в состав одной...
-
Химические свойства. Образование ковалентной связи по донорно-акцепторному механизму - Аммиак
1. Аммиак - основание Льюиса. Его раствор в воде (аммиачная вода, нашатырный спирт) имеет щелочную реакцию (лакмус - синий; фенолфталеин - малиновый)...
-
ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА, ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА - Никель глазами химика
Металлический никель имеет серебристый цвет с желтоватым оттенком, очень тверд, вязкий и ковкий, хорошо полируется, притягивается магнитом, проявляя...
-
Понятие квантовой химии - Квантовые концепции в химии
Квантовая химия - это раздел теоретической химии, в котором строение и свойства химических соединений, их взаимодействие и превращение в химических...
-
Химическая связь - Квантовые концепции в химии
Химия изучает процессы превращения молекул при воздействиях и при воздействии на них внешних факторов (теплоты, света, электрического тока, магнитного...
Жидкие кристаллы