Жидкие кристаллы представляют собой вещества в состоянии, промежуточном между твердым кристаллическим и изотропным жидким. Сохраняя основные свойства жидкости, прежде всего, текучесть, они проявляют характерную для твердых кристаллов анизотропию. В отсутствие внешних воздействий в жидких кристаллах анизотропны диэлектрическая проницаемость, диамагнитная восприимчивость, электропроводность и теплопроводность
По структуре ЖК представляют собой вязкие жидкости, состоящие из молекул вытянутой или дискообразной формы, определённым образом упорядоченных во всем объёме этой жидкости. Наиболее характерным свойством ЖК является их способность изменять ориентацию молекул под воздействием электрических полей, что открывает широкие возможности для применения их в промышленности. По типу ЖК обычно разделяют на две большие группы: нематики и смектики. В свою очередь нематики подразделяются на собственно нематические и холестерические жидкие кристаллы.
По своим общим свойствам ЖК можно разделить на две большие группы:
- термотропные ЖК, образующиеся в результате нагревания твердого вещества и существующие в определенном интервале температур и давлений.
- лиотропные ЖК, которые представляют собой двух- или более компонентные системы, образующиеся в смесях стержневидных молекул данного вещества и воды (или других полярных растворителей). Эти стержневидные молекулы имеют на одном конце полярную группу, а большая часть стержня представляет собой гибкую гидрофобную углеводородную цепь. Такие вещества называются амфифилами (амфи — по-гречески означает «с двух концов», филос — «любящий», «благорасположен-ный»). Примером амфифилов могут служить фосфолипиды.
|
|
Термотропные ЖК подразделяются на три больших класса:
1. Нематические жидкие кристаллы. В этих кристаллах отсутствует дальний порядок в расположении центров тяжести молекул, у них нет слоистой структуры, их молекулы скользят непрерывно в направлении своих длинных осей, вращаясь вокруг них, но при этом сохраняют ориентационный порядок: длинные оси направлены вдоль одного преимущественного направления. Они ведут себя подобно обычным жидкостям. Нематические фазы встречаются только в таких веществах, у молекул которых нет различия между правой и левой формами, их молекулы тождественны своему зеркальному изображению (ахиральны). Примером вещества, образующего нематический ЖК, может служить N-(пара-метоксибензилиден)-пара-бутиланилин.
2. Смектические жидкие кристаллы имеют слоистую структуру, слои могут перемещаться относительно друг друга. Толщина смектического слоя определяется длиной молекул (преимущественно, длиной парафинового «хвоста»), однако вязкость смектиков значительно выше, чем у нематиков, и плотность по нормали к поверхности слоя может сильно меняться. Типичным является терефтал-бис (nара-бутиланилин).
3. Холестерические жидкие кристаллы — образуются, в основном, соединениями холестерина и других стероидов. Это нематические ЖК, но их длинные оси повернуты друг относительно друга так, что они образуют спирали, очень чувствительные к изменению температуры вследствие чрезвычайно малой энергии образования этой структуры (порядка 0,01 Дж/моль). В качестве типичного холестерика можно назвать амил-пара-(4-цианобензилиденамино)- циннамат.
|
|
Практическое применение жидких кристаллов. Жидкие кристаллы широко используют для устройства индикаторов и табло, отображающих буквенную, цифровую и аналоговую информацию в электронных часах, калькуляторах, измерительных приборах. В комбинации с фоточувствительными полупроводнико-выми приборами служат средством усиления и преобразования изображений, а также оптической обработки информации. Зависимость шага спирали холестерических жидких кристаллов от температуры обусловила использование пленок этих веществ как индикаторов распределения температуры на поверхности тел (жидкокристаллическая термография). Количество известных в настоящее время жидких кристаллов превышает десятки тысяч и непрерывно увеличивается.