Жидкие кристаллы - вещества, которые могут находиться в жидкокристаллической фазе, характеризующейся наличием анизотропии свойств и двулучепреломления, свойственной твердым кристаллам, а так же способностью образовывать капли, принимать форму сосуда, в котором они находятся, что соответствует свойствам жидкостей.
Жидкокристаллическая фаза (мезофаза) может быть получена следующими образами:
1) Нагреванием твердых кристаллических тел до определенной температуры. Такие ЖК называются термотропными и существуют в определенном интервале температур.
2) Растворением в определенном растворителе кристаллических тел до достижения определенных концентраций. Такие ЖК называются лиотропными и существуют в определенном интервале концентраций.
Мы будем рассматривать только термотропные ЖК ввиду сильной зависимости их свойств от температуры.
Кроме анизотропии, жидкие кристаллы имеют определенную упорядоченность молекул, что так же не свойственной жидкостям. По виду упорядоченности ЖК делят на нематические, смектические и холестерические.
Нематические ЖК имеют молекулы палочковидной или дискообразной формы.
Рисунок 8 молекулы нематических жидких кристаллов а)палочковидные б)дисковидные
Для нематических жидких кристаллов свойственно:
1) Одноосность. Длинные оси молекул однонаправленны, что создаёт выделенное направление, относительно которой идет симметрия вращения.
2) Отсутствие дальнего порядка в расположении молекул. Молекулы могут свободно двигаться друг относительно друга, что так же свойственно для жидкостей.
3)Ось симметрии не обладает полярностью.
Ориентацию длинных осей молекул нематического жидкого кристалла (НЖК) удобно описывать с помощью директора n – единичного вектора, который указывает на направление длинных осей молекул в любой точка жидкого кристалла. Знак принято не учитывать.
Холестерические жидкие кристаллы образованы веществами, у молекул которых нет зеркальной симметрии. Холестерические ЖК имеют винтовую структуру. Если шаг такой спирали равен несколько микрон, то при нагревании ЖК переходит в изотропную фазу, однако если шаг порядка долей микрон, то происходит переход через несколько фаз, называемых голубыми фазами. Однако они до сих пор плохо изучены.
Рисунок 9 молекулы холестерических жидких кристаллов
Для данных ЖК свойственна температурная чувствительность и сменой окраски при нагревании.
Получить холестерические ЖК можно из нематических путем натирания стеклянных подложек в одном направлении и поворота их на 90 градусов.
Смектические ЖК основной своей особенностью имеют более упорядоченную слоистую структуру, в отличие от. В литературе обозначаются буквами английского алфавита. На данный момент известно 7 видов смектиков.
Различают структурированные и неструктурированные смектические ЖК в зависимости от упорядоченности слоёв.
Рисунок 10 Молекулы смектических ЖК
Структурированные имеют регулярную решетку и дальний порядок в расположении молекул.
Неструктурированные ЖК имеют свои молекулы, запакованные в слой, однако центры молекул расположены хаотически, как в жидкости.