Suyuq kristallarga misollar. Xulosa: Suyuq kristallar va ular. Suyuq kristalli monitorlar

Ikkinchi katta dekabr Tadqiqotchi Moskva davlat universiteti kimyo fakulteti makromolekulyar birikmalar kafedrasi dotsenti, kimyo fanlari doktori, Prezident mukofoti laureati Rossiya Federatsiyasi yosh olimlar uchun 2009 yil uchun Aleksey Bobrovskiy Polit.ru jamoatchilik ma'ruzalari loyihasi doirasida Politexnika muzeyida suyuq kristallar bo'yicha ma'ruza o'qidi. Lenta.Ru muxbiri olimdan intervyu oldi, unda Bobrovskiy yana bir bor qisqacha suyuq kristallar nima ekanligini, ular qanday olinishi va o'rganilishi va ular nima uchun kerakligini aytib berdi.

Suyuq kristallar nima?

Bu odatdagi izotropik (tartibsiz) suyuqlik fazasi va qattiq kristalli faza o'rtasida maxsus faza oraliq hosil qilish qobiliyatiga ega moddalardir. Aytishimiz mumkinki, suyuq kristallar tartibli suyuqliklardir. "Mezofazalar" ("mezos" - oraliq) atamasi ko'pincha suyuq kristall fazalar uchun ishlatiladi. Ularning molekulyar tartibi tufayli ular juda ko'p qiziqarli xususiyatlarga ega, buning natijasida suyuq kristallar turli xil texnik qurilmalarda qo'llaniladi. Bundan tashqari, hozir deyarli har bir kishi LCD monitordan foydalanadi, LCD televizorni tomosha qiladi, mobil telefon monitorlari suyuq kristallarda ishlaydi.

Suyuq kristallarning xossalari qanday? Ular "oddiy" kristallardan yoki suyuqliklardan qanday farq qiladi?

Suyuq kristallarning eng qiziqarli xususiyati shundaki, ular anizotrop xususiyatga ega. Bu shuni anglatadiki, qutblangan yorug'lik suyuq kristall fazada turli yo'nalishlarda turli tezliklarda tarqaladi. Bu xususiyat tufayli suyuq kristallar almashtiriladigan tizimlarda qo'llanilishi mumkin - bir tomondan, ular tashqi maydonlarga tez javob beradi, ikkinchi tomondan, ularning xususiyatlari tashqi maydon qo'llaniladigan yo'nalishga qarab farqlanadi.

Suyuq kristall molekulalarining yo'nalishini o'zgartirish odatda millisekundlarda sodir bo'ladi va bunda suyuq kristall qatlamining optik xususiyatlarida juda katta o'zgarishlar sodir bo'ladi.

Qanday moddalar suyuq kristall holatga o'tishi mumkin?

Agar moddaning molekulalari ma'lum bir tuzilishga ega bo'lsa, suyuq kristall holatiga o'tishi mumkin - xususiyatlarning anizotropiyasi paydo bo'lishi uchun ular anizometrik bo'lishi kerak. Taxminan aytganda, LC moddasidagi molekulalar novda yoki disk shaklida bo'lishi kerak. Bu eng oddiy holatda. Masalan, qiziqarli mezofazalarni hosil qiluvchi "banan shaklidagi" (banan shaklidagi) molekulalar sinfi mavjud.

Muayyan sharoitlarda, masalan, suyuqlik bo'lib, boshqalarda ular suyuq kristall holatga o'tadigan moddalar bormi?

Suyuq kristallarning ikki turi mavjud - termotropik va liotropik. Termotrop suyuqliklar ma'lum bir haroratda suyuq kristall holatga o'tadi va boshqa haroratlarda ular kristalli yoki (yuqori haroratda) izotrop suyuqliklar bo'lishi mumkin. Liotrop suyuq kristallar holatida, moddaga erituvchi qo'shilganda mezofaza sodir bo'ladi.

Suyuq kristall holatiga o'tish haroratning pasayishi yoki ortishi bilan sodir bo'ladimi?

Har qanday modda qizdirilganda ko'pincha kamroq tartiblangan holatga o'tadi; shunga ko'ra, suyuq kristall holat kristall holatga qaraganda kamroq tartiblangan, ammo izotrop suyuqlikdan ko'ra ko'proq tartiblangan.

Va keyingi isitish bilan bunday modda suyuq holatga aylanishi mumkinmi?

Ha, ba'zi moddalar oddiy tartibsiz suyuqlik holatiga o'tishi mumkin va keyin bug'lana boshlaydi. Agar harorat oshishi bilan moddaning holati o'zgarishining umumlashtirilgan diagrammasini ko'rib chiqsak, u quyidagicha bo'ladi: kristall, suyuq kristall, suyuqlik va bug '.

Suyuq kristallar birinchi marta qachon va qanday olingan?

Olimlar tomonidan ajratilgan birinchi suyuq kristall tabiiy xolesteringa asoslangan sintetik modda edi. Ushbu modda xolesteril benzoat - benzoik kislota va xolesterinning efiri deb ataladi va 1888 yilda u suyuq kristalli holatga ega ekanligi aniqlandi, garchi o'sha paytda tadqiqotchilar uning nima ekanligini bilishmagan.

Suyuq kristallar tarixida ma'lum bo'ldiki, bunday xususiyatlarga ega bo'lgan moddalar olimlar bu xususiyatlarni tushunmasdan oldin sintezlangan. Keyinchalik kimyogarlar va fiziklar yangi moddalarning xossalarini o'rganishga kirishdilar va ularning ko'pchiligi suyuq kristallar hosil qilishi mumkinligi ma'lum bo'ldi. Ammo olimlar suyuq kristallarga jiddiy qiziqishni faqat 1960-yillarning oxirida, ular texnologiyada qo'llash mumkinligini anglaganlarida boshladilar.

Endi olimlar suyuq kristallarni qanday olishadi? Ular ma'lum bir moddaning suyuq kristalli xususiyatlarga ega bo'lishini qanday taxmin qilishadi yoki bashorat qilishadi?

Endi suyuq kristallar standart organik sintez orqali olinadi. Olimlar juda ko'p ma'lumotlar to'plashdi, ular asosida moddaning suyuq kristall fazasini hosil qiladimi yoki yo'qligini taxmin qilish mumkin.

Suyuq kristallar tabiatda uchraydimi?

Suyuq kristall holati tirik tizimlarning "ishida" muhim rol o'ynaydi. Masalan, lipid membranalarida kuzatilishi mumkin. Muayyan sharoitlarda DNK suyuq kristall fazaga o'tishi mumkin. Ba'zida LC tuzilmalarining analoglari yoki o'xshashliklari mavjud - masalan, ba'zi qo'ng'izlar va kapalaklarning iridescent rangi "muzlatilgan" suyuq kristallarga o'xshash qattiq tuzilmalar bilan belgilanadi.

Mutaxassislar suyuq kristallarni qanday o'rganishadi? Ular qanday eksperimental usullardan foydalanadilar?

Suyuq kristallarni o'rganishning birinchi, an'anaviy usuli bu polarizatsiya-optik mikroskopiyadir. Xuddi shu texnologiya oddiy kristallarni o'rganish uchun ishlatiladi. Qisqacha aytganda, usulning mohiyati quyidagicha: qutblangan yorug'lik suyuq kristall muhitga kirganda, qutblanish tekisligining aylanishi kuzatiladi va aylanish darajasi to'lqin uzunligiga bog'liq. Mezofazalar polarizatsiya qiluvchi mikroskop orqali kuzatilganda xarakterli suratlar, teksturalar beradi. Tasvirni tahlil qilish bizga qanday suyuq kristall faza hosil bo'lishi haqida birlamchi xulosa chiqarish imkonini beradi.

Suyuq kristallarni o'rganishning yana bir usuli - rentgen nurlari diffraktsiyasi.

Bundan tashqari, suyuq kristallarning xususiyatlarini o'rganish uchun spektral usullar qo'llaniladi, masalan, yadro magnit rezonansi. Va ko'plab usullar mavjud bo'lsa-da va suyuq kristallar uzoq vaqt davomida o'rganilgan bo'lsa-da, ularning ko'pgina xususiyatlari tushunarsiz bo'lib qolmoqda.

Suyuq kristallarda hali topilmagan, ammo mavjudligi taxmin qilinadigan xususiyatlar bormi?

Shunga o'xshash narsa xayolga kelmaydi. 1970-yillarda LC fazalarining ayrim turlarida ferroelektrning paydo bo'lish ehtimoli bashorat qilingan va keyinchalik u haqiqatda kashf etilgan. Endi suyuq kristallarni o'rganishda bir nechta, ta'bir joiz bo'lsa, "moda" yo'nalishlari mavjud. Masalan, bular yuqorida aytib o'tilgan bananga o'xshash molekulalarni o'rganishni o'z ichiga oladi. Birinchi marta olimlar 90-yillarning o'rtalarida ularga qiziqish bildirishgan, ammo hozir qiziqish kuchaygan, chunki bunday suyuq kristallar juda g'ayrioddiy xususiyatlarni namoyish etadilar. jismoniy xususiyatlar, jumladan, masalan, temir elektr energiyasi.

Keling, suyuq kristallarning amaliy qo'llanilishi haqida gapiraylik. Aytaylik, monitor yoki soatlarda ular qanday ishlaydi?

Suyuq kristallar tashqi magnit yoki elektr maydonda osongina o'z yo'nalishini o'zgartirishi mumkin. Ular Supero'tkazuvchilar qoplamali maxsus zonada nozik bir plyonka shaklida qo'llaniladi. Elektr signali qo'llanilganda, suyuq kristalli molekulalar qayta yo'naltiriladi va qoplamaning rangi yoki yorug'lik o'tkazuvchanligi o'zgaradi.

Aytgancha, suyuq kristall displeylarda kristallarning bir turi emas, balki ko'p komponentli aralashma qo'llaniladi (va uning barcha komponentlari suyuq kristall xususiyatlarga ega bo'lishi shart emas). Bu aralashmaning erish nuqtasini xona haroratidan pastga tushirish uchun amalga oshiriladi. Aks holda, bunday displeylar ishlay olmaydi, chunki ulardagi suyuq kristallar qattiq holatda bo'ladi.

Suyuq kristallarning yana qanday maqsadlari bor?

Suyuq kristallar yordamida harorat maydonlarini tasavvur qilish mumkin - haqiqat shundaki, ba'zi suyuq kristallar harorat o'zgarishi ta'sirida rangini o'zgartiradi.

Ammo, umuman olganda, displey texnologiyalari uchun suyuq kristallar bo'yicha tadqiqotlar faoliyatining cho'qqisi o'tgan asrning 80-90-yillarida bo'lgan va hozirda bu nuqtai nazardan ularga qiziqish sezilarli darajada susaygan. Biroq, bu ular bilan hamma narsa allaqachon aniq degani emas. uchun juda katta imkoniyatlar mavjud fundamental tadqiqotlar, va mumkin bo'lgan "displeysiz" ilovalar uchun: optoelektronikada, datchiklarni yaratish, biologiya va tibbiyotda.

Polit.Ru “Ommaviy ma’ruzalar” loyihasi doirasida Aleksey Bobrovskiyning ma’ruzasi videoyozuvi va uning transkripti bilan Polit.ru saytida tanishish mumkin.

Suyuq kristallardagi molekulalarning joylashishi harorat, bosim, elektr va magnit maydonlari kabi omillar ta'sirida o'zgaradi; molekulalarning joylashuvidagi o'zgarishlar rang, shaffoflik va uzatiladigan yorug'likning qutblanish tekisligini aylantirish qobiliyati kabi optik xususiyatlarning o'zgarishiga olib keladi. (Xolesterik-nematik suyuq kristallarda bu qobiliyat juda yuqori.) Suyuq kristallarning ko'plab qo'llanilishi bularning barchasiga asoslanadi.

Bittasi muhim yo‘nalishlar suyuq kristallardan foydalanish -- termografiya. Suyuq kristall moddaning tarkibini tanlab, turli xil harorat diapazonlari va turli dizaynlar uchun ko'rsatkichlar yaratiladi. Masalan, plyonka shaklidagi suyuq kristallar tranzistorlar, integral mikrosxemalar va elektron sxemalarning bosilgan elektron platalariga qo'llaniladi. Noto'g'ri elementlar - juda issiq yoki sovuq, ishlamaydigan - yorqin rangli dog'lar bilan darhol seziladi. Shifokorlar yangi imkoniyatlarga ega bo'lishdi: bemorning terisida suyuq kristalli indikator tezda yashirin yallig'lanishni va hatto o'simtani aniqlaydi.

Suyuq kristallar yordamida inson salomatligi uchun xavfli gamma va ultrabinafsha nurlanish aniqlanadi. Suyuq kristallar asosida bosim o'lchagichlar va ultratovush detektorlari yaratilgan. Ammo suyuq kristall moddalarni qo'llashning eng istiqbolli sohasi axborot texnologiyalari hisoblanadi. Barchaga tanish bo'lgan elektron soatlardan tortib otkritka o'lchamidagi suyuq kristall ekranli rangli televizorlargacha bo'lgan birinchi ko'rsatkichlardan bir necha yil o'tdi. Ushbu televizorlar juda yuqori sifatli tasvirni ta'minlaydi, kamroq energiya sarflaydi.

Rangning haroratga bog'liqligi tibbiy diagnostika uchun ishlatiladi. Bemorning tanasiga ma'lum suyuq kristall materiallarni qo'llash orqali shifokor kasallikdagi to'qimalarni rangi o'zgarishi bilan osongina aniqlashi mumkin, bu to'qimalarda issiqlik miqdori ko'payadi. Shunday qilib, bemorning terisida suyuq kristalli indikator tezda yashirin yallig'lanishni va hatto o'simtani aniqlaydi.

Suyuq kristallar yordamida zararli bug'lar aniqlanadi kimyoviy birikmalar va inson salomatligi uchun xavfli gamma va ultrabinafsha nurlanish. Suyuq kristallar asosida bosim o'lchagichlar va ultratovush detektorlari yaratilgan.

Mikrosxemalar ishlab chiqarish bosqichlaridan biri bu yarimo'tkazgich materialining yuzasiga maxsus niqoblarni qo'llashdan iborat bo'lgan fotolitografiya, so'ngra fotografiya texnologiyasidan foydalangan holda litografik oynalar deb ataladi. Ushbu oynalar keyingi ishlab chiqarish jarayoni natijasida mikroelektronik sxemaning elementlari va ulanishlariga aylanadi. Yarimo'tkazgichning birlik maydoniga joylashtirilishi mumkin bo'lgan elektron elementlarning soni mos keladigan oynalarning o'lchamlari qanchalik kichikligiga bog'liq, mikrosxemaning sifati esa oynaning aniqligi va sifatiga bog'liq. Xolesterik suyuq kristallar yordamida tayyor mikrosxemalar sifatini nazorat qilish haqida yuqorida aytib o'tgan edik, ular ish pallasida harorat maydonini ko'rsatadi va g'ayritabiiy issiqlik chiqishi bo'lgan kontaktlarning zanglashiga olib kelishi mumkin. Suyuq kristallardan foydalanish (hozir nematik) litografik ishlarning sifatini nazorat qilish bosqichida foydali bo'ldi. Buning uchun litografik oynalari chizilgan yarimo'tkazgichli gofretga yo'naltirilgan nematik qatlam qo'llaniladi, so'ngra unga elektr kuchlanish qo'llaniladi. Natijada, in qutblangan yorug'lik chizilgan oynalar naqshlari aniq ingl. Bundan tashqari, bu usul uzunligi atigi 0,01 mkm bo'lgan litografik ishlarda juda kichik noaniqliklar va nuqsonlarni aniqlash imkonini beradi.

Ga qaramasdan katta raqam LCD displeylarning mumkin bo'lgan ilovalari, ularning asosiy qo'llanilishi elektro-optik (EO) qurilmalar bilan bog'liq. Bunday ilovalar uchun LC (nematik) to'rtta zarur xususiyatga ega bo'lishi kerak, xususan: 1) sirtni tartibga solish, 2) elektr maydoni yoki dielektrik anizotropiya orqali direktorni qayta yo'naltirish, 3) yorug'lik polarizatsiyasi tekisligining aylanishi yoki optik anizotropiya va 4) orientatsion. elastiklik (molekulalarning turli burilishlar qobiliyati).

Tasvir barqarorligi, sifati, ruxsati, silliqligi va yorqinligi bo'yicha eng yaxshi natijalarga faol matritsali ekranlar yordamida erishish mumkin, ammo ular qimmatroq. Faol matritsa ekranning har bir katakchasi uchun alohida kuchaytiruvchi elementlardan foydalanadi, ular hujayra sig'imining ta'sirini qoplaydi va ularning shaffofligini o'zgartirish vaqtini sezilarli darajada kamaytiradi. Faol matritsali LCD monitorlarning funksionalligi passiv matritsali displeylarniki bilan deyarli bir xil. Farqi displeyning suyuq kristalli xujayralarini boshqaradigan elektrodlar qatorida. Passiv matritsa holatida turli elektrodlar tsiklik ravishda elektr zaryadlanadi, chunki displey satr satr yangilanadi va elementlarning sig'imlarining zaryadsizlanishi natijasida kristallar asl holatiga qaytishi natijasida tasvir yo'qoladi. konfiguratsiya. Faol matritsa bo'lsa, har bir elektrodga raqamli ma'lumotni (0 yoki 1 ning ikkilik qiymatlari) saqlashi mumkin bo'lgan saqlash tranzistori qo'shiladi va natijada tasvir boshqa signal olinmaguncha saqlanadi. Xotira tranzistorlari shaffof materiallardan tayyorlanishi kerak, bu ular orqali yorug'lik nurlarining o'tishiga imkon beradi, ya'ni tranzistorlar displeyning orqa tomoniga, suyuq kristallarni o'z ichiga olgan shisha panelga joylashtirilishi mumkin. Ushbu maqsadlar uchun nozik kino tranzistorli (yoki TFT) yupqa plyonkalar qo'llaniladi. Bu ekrandagi har bir pikselni boshqaradigan boshqaruv elementlari. Yupqa plyonkali tranzistor haqiqatan ham juda nozik, uning qalinligi 0,1-0,01 mikron. 1972 yilda paydo bo'lgan birinchi TFT displeylarda yuqori elektron harakatchanligiga ega va yuqori oqim zichligini saqlaydigan kadmiy selenid ishlatilgan, ammo vaqt o'tishi bilan amorf kremniyga (a-Si) va matritsalarda o'tish amalga oshirildi. yuqori aniqlik polikristalli kremniy (p-Si) ishlatiladi.

TFTlarni yaratish texnologiyasi juda murakkab va ishlatiladigan tranzistorlar soni juda katta bo'lganligi sababli yaxshi mahsulotlarning maqbul foiziga erishish qiyin. Tasvirni SVGA rejimida 800x600 pikselda va faqat uchta rangda aks ettira oladigan monitorda 1 440 000 ta individual tranzistorlar mavjudligini unutmang. Ishlab chiqaruvchilar LCD panelda ishlamay qolishi mumkin bo'lgan tranzistorlar soniga cheklovlar qo'yishadi. TFT-ga asoslangan piksel quyidagicha joylashtirilgan: uchta rang filtri (qizil, yashil va ko'k) shisha plastinkada birin-ketin birlashtirilgan. Har bir piksel uchta rangli hujayralar yoki pastki piksel elementlarining birikmasidir. Bu, masalan, 1280x1024 o'lchamlari bo'lgan displeyda aniq 3840x1024 tranzistorlar va pastki pikselli elementlar mavjud degan ma'noni anglatadi. 15,1 dyuymli TFT displey (1024x768) uchun nuqta (piksel) o'lchami taxminan 0,0188 dyuym (yoki 0,3 mm), 18,1 dyuymli TFT displey uchun esa taxminan 0,011 dyuym (yoki 0,28 mm). ). IN Yaqinda tranzistor ham polimerdan iborat bo'lgan to'liq polimer piksel yaratilgani haqida xabarlar bor.

Nematik LCD displeylar asosidagi faol matritsali displeylarning keng qo'llanilishiga qaramay, ularning asosiy kamchiligi bor - uzoq dam olish vaqti (o'chirilgandan keyin LCD displeyni o'chirish vaqti). elektr maydoni). Endi ferroelektrik, suyuq kristalli smetikalardan foydalanishga asoslangan tekis, tez almashinadigan displeylarni ishlab chiqarishning tubdan boshqacha texnologiyasi mavjud. Bir qarashda, tezkor qurilmalarni yaratish uchun ko'proq viskoz (nematik bilan solishtirganda) smektik LC fazasi qo'llanilishi g'alati tuyuladi. Bunday smektikaning molekulalari dipol momentga ega va qatlamlarda joylashgan, har bir qatlamda ular qatlam tekisligiga bir xil burchak ostida moyil bo'ladi. Xuddi shu moyillik burchagi molekulalarning dipollarining o'zaro ta'siri - ferroelektrik fazaning mavjudligi tufayli paydo bo'ladi. Elektr maydonining qo'llanilishi dipollarning yo'nalishini teskari tomonga o'zgartirishi mumkin va shunga mos ravishda molekulalarning moyillik burchagi o'zgaradi. Shunday qilib, molekulalar qatlamida dipollar va molekulalarning o'zlarining ikkita mumkin bo'lgan yo'nalishi (elektr maydoni bilan va bo'lmagan) mavjud. Ferroelektrik displeyda yorug'lik polarizatorlari dastlab yorug'lik o'tmaydigan tarzda o'rnatiladi (biri molekulalar direktori yo'nalishiga parallel, ikkinchisi perpendikulyar). Elektr maydoni qo'llanilgandan so'ng, molekulalarning dipollari maydonga parallel ravishda aylanadi va molekulalarning direktori polarizatorga nisbatan ma'lum bir burchakka aylanadi P, yorug'lik esa strukturadan qisman o'ta boshlaydi. Bu holda molekulalarning aylanish vaqti ancha kichik, 1 ms ni tashkil qiladi, bu molekulalarning nematik fazada qaytish vaqtidan 2-3 marta kichikroqdir. Yaponiya elektron kompaniyalari allaqachon LCD ferroelektriklar asosida televizor ekranlarini ishlab chiqdilar.

Kirish

Suyuq kristallarning kashf etilishi

Suyuq kristallar tushunchasi va tasnifi

Suyuq kristallarning xossalari

1 Suyuq kristallarning yopishqoqligi va zichligi

2 Optik va elektro-optik xususiyatlar

3 Xotira effekti

4 Diamagnit xossalari

5 Dielektrik xossalari

6 Akusto-optik xususiyatlar

Suyuq kristall ilovalari

Xulosa

Adabiyotlar ro'yxati

Kirish

IN kech XIX asrlar, moddalar kashf etilgan, xossalari ichki tuzilishi suyuq holatda ham suyuq, ham xarakterli xususiyatlarga ega bo'lgan qattiq tana.

Ushbu moddaning holati deyiladi mezomorf,oraliq tuzilishga ega bo'lgan holat va moddalarni anglatadi - suyuq kristallar.Bu nom to'g'ri emasdek tuyuldi, bu ko'plab bahs-munozaralarga sabab bo'ldi. Suyuq holatdagi modda suyuqlikka ega va u joylashgan idish shaklini oladi. Suyuqlikdagi molekulalarning yo'nalishi, agar u sodir bo'lsa ham, bir necha molekulyar qatlamlar oralig'ida qisqa muddatli tartibga ega. Qattiq kristallda, aksincha, molekulalar butun hajm bo'ylab qat'iy yo'naltirilgan va uzoq masofali tartibga ega. Biroq, suyuq kristallar berilgan harorat sharoitida suyuqlik va qattiq xususiyatga ega bo'lgan moddalardir. Ular tez-tez uchrashishadi.

Ikki yuzta yangi sintez qilingan moddalardan kamida bittasi suyuq kristall ekanligini aytish kifoya.

Suyuq kristallar nima uchun kerak? Kundalik hayotda biz soatlar, termometrlar, tekis ekranli televizorlar, tarjimon lug'atlari va boshqa ko'plab zamonaviy elektron texnik va maishiy texnika va suyuq kristalli qurilmalarga duch kelamiz.

Suyuq kristallarga bo'lgan ilmiy qiziqish ularni sanoatning bir qator tarmoqlarida samarali qo'llash imkoniyati bilan bog'liq. Suyuq kristallarning kiritilishi iqtisodiy samaradorlik, soddalik, qulaylik demakdir.

1988 yilda ilmiy hamjamiyat suyuq kristallar - materiyaning yangi holati kashf etilganining yuz yilligini nishonladi. Taxminan 100 yil oldin olimlar suyuq-kristal holatidagi moddalar oddiy suyuqliklar kabi oqishini va shu bilan birga ularning optik xususiyatlari qattiq kristallarnikiga juda o'xshashligini aniqladilar.

1. Suyuq kristallarning kashf etilishi

1888 yilda botanik Reinitser haroratning o'zgarishi bilan o'zi tomonidan sintez qilingan xolesteril benzoatning xatti-harakati bo'yicha o'z kuzatuvlarini nashr etdi. Ushbu moddaning kristallari 145,5 ° S haroratda erib, bulutli suyuqlikka aylandi. Bu suyuqlik, keyingi qizdirilganda, 178,5 ° C da shaffof bo'lib qoldi va haroratning yanada oshishi bilan o'zgarmadi. Sovutish vaqtida suyuqlikda 178,5 ° S haroratda mavimsi rang paydo bo'ldi, u tezda yo'qoldi va suyuqlik bulutli bo'ldi. Harorat 145,5 ° S ga yetganda, rang yana paydo bo'ldi, keyin kristallanish boshlandi.

Chiroyli rangdan tashqari, u ushbu moddada bir qator g'ayrioddiy xususiyatlarni aniqladi. Xolesterilbenzoat ikki bosqichda eriydi: birinchi navbatda, loyqa suyuqlik hosil bo'ldi va keyin qizdirilganda shaffof eritma. Qutblanuvchi mikroskop orqali kuzatilgan loyqa suyuqlik ikki fazali tizimga o'xshardi. Bir faza yorqin rangli fon edi, unga qarshi "yog'li oluklar" aniq ko'rinib turardi. - boshqa fazaning ingichka oqimlari. Qizdirilganda rangini o'zgartiradigan yorqin rangli fon, qo'shimcha ravishda ikki marta sinishi va yorug'likning qutblanish tekisligini aylantirdi. Shaffof eritma sovutilganda, bulutli suyuqlik darhol paydo bo'lmadi. Dastlab, yulduzga o'xshash agregatlar hosil bo'ldi, ular keyingi sovutishdan keyingina "yog'li oluklar" bilan fazaga o'tdi.

Reinitser loyqa suyuqlik holatida fazalardan biri, aftidan, kristalli ekanligiga ishongan. Faqat shu bilan u bu fazada faqat kristallarga xos xususiyat bo'lgan ikki sinishi mavjudligini tushuntira oladi. Biroq, Reinitser bu aralashmani ajrata olmadi va o'z tayyorgarligini mashhur nemis fizigi O. Lemanga yubordi.

Reinitser namunalari fizik Leman tomonidan polarizatsiya qiluvchi mikroskopda tekshirildi va tekshirilgan suyuqlik loyqa holatda optik anizotropiyani namoyon qilishini aniqladi. U oʻrgangan p-azoksifenetol, ammoniy oleat va p-azoksibenzoy kislota etil efiri bir tomondan suyuqlik xossalariga ega boʻlsa, ikkinchi tomondan, optik anizotropiya tufayli qattiq jismning xossalariga ega edi. O'rganilayotgan namunalarda Lemann o'z-o'zidan optik anizotropiyaga ega bo'lgan mikrozonalar mavjudligini aniqladi, bu esa uni bu materiyaning yangi, hozirgacha noma'lum holati ekanligiga ishontirdi va uni suyuq kristall deb ataydi. Dastlab, Lemann bu holatdagi moddalar juda ko'chma massali kristall panjaraga ega deb noto'g'ri ishongan. Ushbu moddalarni o'rgangan ba'zi eksperimentchilar yorug'likni kuchli tarqatadigan emulsiyalar bilan shug'ullanadilar, boshqalari esa moddalarda plyonka bilan o'ralgan mikrokristallar hosil bo'ladi, deb hisoblashgan.

Suyuq kristallar atamasi Leman tomonidan taklif qilingan. Bu atama ikki qarama-qarshi so'z - suyuq va kristall birikmasining jozibadorligiga asoslanadi, bu atama yaxshi ildiz otgan. Faqat o'ttiz yil o'tgach, yana bir, hozir bir xil darajada keng tarqalgan atama paydo bo'ldi - frantsuz fizigi Fridel tomonidan kiritilgan mezomorf holat (agar faza - mezofaza), uni yunoncha "mesos" - oraliq so'zidan hosil qilgan. .

Endi ko'pincha suyuq kristal atamasi murojaat qilish uchun ishlatiladi kimyoviy, ma'lum bir harorat oralig'ida mezofaza hosil qilishi mumkin.

Suyuq kristallar deyarli yuz yil oldin kashf etilgan, ammo faqat so'nggi yigirma yil ichida ular intensiv o'rganilgan. Bundan tashqari, ularni o'rganish shu qadar tez rivojlandiki, hatto bizning davrimizda ham tez deb hisoblash kerak.

Darhaqiqat, agar oltmishinchi yillarda suyuq kristallarga bag'ishlangan ilmiy jurnallarda maqolalar va patentlar soni yiliga bir necha o'nlab bo'lsa, yetmishinchi yillarning ikkinchi yarmida ularning yillik soni mingga yaqinlashdi. Yillar davomida bir necha ming yangi suyuq kristall sintez qilindi, ular orasida amaliy ahamiyatga ega bo'lgan ko'plab kristallar ishlab chiqarildi va suyuq kristallar ishlab chiqaruvchi sanoat yaratildi. Suyuq kristallar uchun xromatografiyadan tortib televizorgacha bo'lgan ko'plab ilovalar topildi; suyuq kristallar ishlaydigan mahsulotlar ishlab chiqaradigan zavodlar qurildi. Bu yillarda kontinuum nazariyasiga asoslangan suyuq kristallar fizikasi yaratildi, uning asosini elastiklik va gidrodinamika nazariyasi tashkil etdi.

2. Suyuq kristallar tushunchasi va tasnifi

suyuq kristall - Bu bir vaqtning o'zida kristall va suyuqlik xususiyatlarini namoyon qiladigan moddaning o'ziga xos agregatsiya holati. Biz zudlik bilan barcha moddalar suyuq kristall holatda bo'lishi mumkin emasligini ta'kidlashimiz kerak. Ko'pgina moddalar faqat uchta taniqli agregatsiya holatida bo'lishi mumkin: qattiq yoki kristall, suyuq yoki gazsimon.

Ma'lum bo'lishicha, ba'zilar organik moddalar, ular uchta nomlangan holatdan tashqari, murakkab molekulalarga ega bo'lishi mumkin to'rtinchi agregat holat -suyuq kristall . Bu holat ma'lum moddalarning kristallarini eritish paytida amalga oshiriladi. Ular erishi natijasida oddiy suyuqliklardan farq qiluvchi suyuq-kristal faza hosil bo'ladi. Bu faza kristallning erish haroratidan biroz yuqoriroq haroratgacha bo'lgan diapazonda mavjud bo'lib, qizdirilganda suyuq kristall oddiy suyuqlikka aylanadi.

Suyuq kristall suyuq va oddiy kristalldan qanday farq qiladi va ular qanday o'xshash? Oddiy suyuqlik singari, suyuq kristall ham suyuqlikka ega va u joylashtirilgan idish shaklini oladi. Bu bilan u hammaga ma'lum bo'lgan kristallardan farq qiladi. Biroq, uni suyuqlik bilan birlashtiradigan bu xususiyatga qaramay, u kristallarga xos xususiyatga ega. Bu kristall hosil qiluvchi molekulalarning fazoda joylashishi. To'g'ri, bu tartib oddiy kristallardagi kabi to'liq emas, lekin shunga qaramay, u suyuq kristallarning xususiyatlariga sezilarli darajada ta'sir qiladi, bu ularni oddiy suyuqliklardan ajratib turadi. Suyuq kristall hosil qiluvchi molekulalarning to'liq bo'lmagan fazoviy tartiblanishi suyuq kristallarda molekulalarning og'irlik markazlarining fazoviy joylashuvida qisman tartib bo'lishi mumkin bo'lsa-da, to'liq tartib yo'qligida namoyon bo'ladi. Bu ularning qattiq kristall panjarasi yo'qligini anglatadi. Shuning uchun suyuq kristallar oddiy suyuqliklar kabi suyuqlik xususiyatiga ega.

Suyuq kristallarning ularni oddiy kristallarga yaqinlashtiradigan majburiy xususiyati molekulalarning fazoviy yo'nalishida tartibning mavjudligidir. Orientatsiyaning bunday tartibi, masalan, suyuq kristall namunadagi molekulalarning barcha uzun o'qlari bir xil yo'naltirilganligida namoyon bo'lishi mumkin. Bu molekulalar cho'zilgan shaklga ega bo'lishi kerak. Molekulalar o'qlarining eng oddiy nomli tartiblanishiga qo'shimcha ravishda, suyuq kristallda molekulalarning yanada murakkab orientatsiya tartibini amalga oshirish mumkin.

Ko'p yillar davomida moddaning yangi kashf etilgan holati nomi uchun "suyuq kristallar" atamasi bilan bir qatorda boshqa atamalar ham qo'llanilgan: oqimli kristallar, mezomorf holat. Biroq, ko'pincha, suyuq kristall atamasi bilan birga, ism anizotrop suyuqlik,va suyuq kristall turini batafsilroq ta'kidlash uchun foydalaning quyidagi shartlar: nematik, smektikyoki xolesterik suyuqlik. Suyuq kristallar faqat eritish yo'li bilan emas, balki ba'zi qattiq kristall jismlarni eritish orqali ham olinadi. Konsentratsiya ortishi bilan eritma avval smektik, keyin nematik va izotrop suyuqliklarni beradi. Biroq, tegishli erituvchidagi ba'zi moddalar faqat bitta turdagi kristallarni beradi, masalan, xolesterik suyuq kristallar. Shu tarzda olingan kristallar deyiladi liotropik,Undan farqli o'laroq termotropikqattiq eritish natijasida olingan kristallar moddalar.

Suyuq kristallarni ikki guruhga bo'lish mumkin: termotropik suyuq kristallar va liotropiklar.

Termotrop suyuq kristallar qizdirilganda hosil bo'ladi mustahkam. Ular ma'lum bir harorat va bosim oralig'ida mavjud. Liotrop suyuq kristallar amfifil molekulalar va suv yoki suv o'rnini bosuvchi boshqa qutbli erituvchilar aralashmasida hosil bo'lgan ikki yoki undan ortiq komponentli tizimlardir.

Suyuq kristallarning tasnifi Leman tomonidan taklif qilingan, keyin Fridel tomonidan kengaytirilgan . Ushbu tasnifga ko'ra, smektik, nematik va xolesterikning uch turi mavjud . Ushbu guruhlarning har biriga kiritilgan suyuq kristallar fizik va birinchi navbatda, optik xususiyatlari bilan farqlanadi. Bu farq ularning strukturaviy farqidan kelib chiqadi. Keling, har bir turni batafsil ko'rib chiqaylik.

Smektik mezomorfik holat birinchi marta sovunlarda ("smegma" - yunoncha sovun) kuzatilgan. Filmlarning ichki va tashqi yuzalari, aslida, suv qatlami bilan pufakchalarda ajratilgan smektik qatlamlardir. Bunday kristallarda sigaret yoki shpindel ko'rinishidagi cho'zilgan molekulalar o'zlarining uzun o'qlariga parallel bo'lib, molekulalarning uzunligiga yaqin bir xil qalinlikdagi qatlamlarni hosil qiladi.

Smektik deb ataladigan bu qatlamlar bir xil masofada bir-birining ustiga yotadi, ular birin-ketin osongina siljiydi va suyuq kristallning suyuqligini keltirib chiqaradi. Oddiy smektik suyuq kristallardagi molekulyar qatlamlar harakatchan bo'lib, bir-biriga osongina parallel ravishda harakatlanadi. Fazaning mezomorf holatga o'tish harorati ancha yuqori. Bu qatorlar orasidagi aloqani buzadigan, lekin yaqin masofada joylashgan molekulalar orasidagi aloqani buzmasligi kerak. Agar alohida qatlamdagi molekulalar orasidagi bog'lanish qisman buzilgan bo'lsa, u holda qatlam ichidagi modda o'zini ikki o'lchovli kabi tutadi. suyuqlik. Sifatida qatlamlarda haroratni tartibga solishning pasayishi ortadi va etarli darajada past haroratlarda buyurtma kuzatilmaydi. faqat molekulalar qatlamlarda, balki qatlamlarning o'zi va o'zaro qo'shilishlariga ko'ra. Yana pasayish bilan harorat, kristall struktura paydo bo'ladi, ya'ni. eng oddiy molekulali qattiq kristall hosil qilishi mumkin tuzilishi. Smektik suyuq kristallar ko'pincha deyiladi smektiklar.

Nematik suyuq kristallar («nema» - yunoncha ip) uchlari bo'sh yoki o'rganilayotgan modda joylashgan idishning devoriga tutashgan iplar ko'rinishidagi mikro tuzilmalarning mavjudligi bilan tavsiflanadi. Ushbu kristallardagi molekulyar o'qlarning yo'nalishi parallel, lekin ular alohida qatlamlarni hosil qilmaydi. Molekulalarning uzun o'qlari ma'lum bir yo'nalishga parallel bo'lgan chiziqlar bo'ylab yotadi va ularning markazlari tasodifiy joylashtiriladi. Nematik suyuq kristallar ham deyiladi nematiklar.

Xolesterik suyuq kristallar , yoki xolesteriklar (xolesterin moddasi nomidan), chiral molekulalardan iborat.

Bularga asosan xolesterin hosilalari kiradi. Xolesterinning o'zi mezofazani bermaydi. Xolesterik suyuq kristallarda molekulalar smektikadagi kabi qatlamlarda joylashgan, ammo molekulalarning uzun o'qlari qatlamlar tekisligiga parallel bo'lib, ularning qatlam ichida joylashishi ko'proq nematikga o'xshaydi. Xolester kristallaridagi qatlamlar yupqa, monomolekulyar. Har bir molekula tekislik konfiguratsiyasiga va tekislikning tepasida yoki ostida joylashgan metil CH3 osilgan guruhiga ega. Atomlarning ushbu konfiguratsiyasi bilan ichida molekulalardan kelib chiqadiki, molekulalarning uzun o'qlarining orientatsiya yo'nalishi har bir keyingi qatlam oldingi qatlamga nisbatan 15 kamon daqiqaga og'adi. Ushbu og'ishlar moddaning butun qalinligi bo'ylab yig'iladi, bu esa xolesterik suyuq kristalning spiral molekulyar tuzilishini shakllantirishga olib keladi.

Xolesterik suyuq kristallar tuzilishi bo'yicha nematikaga o'xshaydi, lekin asosiy farqga ega. Bu tashqi ta'sirlardan xoli xolesterikda optik o'qning bir xil yo'nalishi energiya jihatidan noqulay bo'lishidan iborat. Xolesterin molekulalari bir-biriga parallel ravishda (nematikda bo'lgani kabi) yupqa monoqatlamda joylashtirilishi mumkin, ammo qo'shni qatlamda xiral molekulalar qandaydir kichik burchak ostida aylantirilishi kerak: bu holatning energiyasi holatdan pastroq bo'lib chiqadi. o'qning bir xil yo'nalishi. Bunday nematik monoqatlamlar to'plamida o'q asta-sekin qatlamdan qatlamga aylanib, kosmosda o'ng yoki chap vintni hosil qiladi, shuningdek, optik o'qning burilish yo'nalishi deb ham ataladi.

In'ektsiya qo'shni monolayerlar vektorlari va vida pitchlari o'rtasida uchunxolesterikda oddiy taxminlar asosida taxminan taxmin qilish mumkin. Shubhasiz, burchak qanchalik kichik bo'lsa (qaerda qo'shni monoqatlamlar vektorlari orasidagi burchak) mavzular kamroq energiya molekulaning spiral kesimining qo'shni molekula bilan o'zaro ta'siri va molekulalarning asosiy tekis bo'limlarining o'zaro ta'siri qanchalik katta bo'lsa. Taxminan aytganda, spiral qismda bitta atom, tekis qismda 100 ta atom mavjud bo'lganligi sababli, bu o'zaro ta'sir energiyalarining nisbati taxminan 0,01 ni tashkil qiladi. Shuning uchun burchak to'liq burilishning yuzdan bir qismidir.

Xolesteriklar yorqin rangga ega bo'lib, haroratning eng kichik o'zgarishi (darajaning mingdan bir qismigacha) spiralning qadamining o'zgarishiga va shunga mos ravishda suyuq kristalning rangi o'zgarishiga olib keladi.

ko'k fazalar . Rangi tufayli bunday nom 1 darajali tor harorat oralig'ida mavjud bo'lgan xiral molekulalarni o'z ichiga olgan moddaning holatlariga berilgan. 0Izotrop suyuqlik va xolesterik fazalar o'rtasida. Uzoq vaqt davomida ular tadqiqotchilarni qiziqtirdi, chunki ularning tuzilishini hech qanday tarzda ochish mumkin emas edi. Moviy fazalar optik jihatdan izotropik, kub fazoviy tuzilishga ega va optik faollikni namoyon qiladi. Birlik hujayraning o'lchami odatda xolesterik vintning qadamidan kattaroqdir.

Moviy fazalarning bu xususiyatlarining sabablari endi tushuniladi. Mohiyatan, xiral moddaning bunday holatlari xolesterik orientatsion spiralga dastlabki vintning qadamiga teng bo'lmagan davrga ega bo'lgan uch o'lchamdagi qo'shimcha modulyatsiyalar o'rnatilganda uch o'lchovli tuzilmalarning paydo bo'lish imkoniyatini ko'rsatadi. Ushbu yangi kubik ustki tuzilmalarni, xuddi bir o'lchovli xolesterik kabi, nomutanosib deb atash mumkin, ya'ni molekulyar o'lchamdagi l ga karrali bo'lmagan fazoviy davrlarga ega. Moviy fazalarning kubik tuzilishi haqidagi ma'lumotlar spektrning ko'rinadigan diapazonida Bragg tarqalishi bo'yicha eksperimental ma'lumotlar bilan ta'minlanadi. Moviy fazalarning g'ayrioddiy xususiyatlarini tushuntirishda Brazovskiy va Dmitrievning molekulalarning qisqa masofali tartibi deb ataladigan, ya'ni molekulyar guruhlarning nisbatan kichik masofada tashkil etilishi bunday tizimlarda muhim rol o'ynagan. Ikorrelyatsiya radiusi deb ataladi.

3. Suyuq kristallarning xossalari

.1 Suyuq kristallarning yopishqoqligi va zichligi

Suyuq kristall holatda bo'lishga qodir bo'lgan moddalarning yopishqoqligi birinchi marta Shenk tomonidan o'lchandi. Kapillyar usul xolesteril benzoat va n-azoksianizolning viskozitesini o'lchash imkonini berdi. Tajriba shuni ko'rsatadiki, mezofazaning viskozitesi harorat oshishi bilan kamayadi, lekin nematik fazaning izotropik holatga o'tishiga yaqin bo'lgan haroratlarda u tez o'sib, maksimal darajaga etadi. Izotrop holatda haroratning yanada oshishi bilan yopishqoqlik monoton ravishda kamayadi.

Boshqa moddalar bilan yaqinda olib borilgan ishlar ham izotrop-nematik va izotrop-xolesterik o'tishlar yaqinida viskozitenin keskin o'sishini ko'rsatdi. Egri chiziqlarning shakli boshqacha bo'lib chiqadi. Ba'zi hollarda egri chiziqdagi maksimal nosimmetrikdir, boshqalarida esa, erishilgandan keyin yopishqoqlik. maksimal qiymat juda silliq o'zgaradi. Nematik fazaning yopishqoqligi, masalan, n-azoksianizol, juda past, xona haroratidagi suvdan bir oz yuqori ekanligi aniqlandi. Smektik fazaning yopishqoqligi nematik va xolesterik fazalarga qaraganda ancha yuqori. Afsuski, bu turdagi mezofazalar bilan bog'liq nashr etilgan asarlar juda kam. Ma'lumki, qatlamli tuzilishga ega bo'lgan smektik fazada ikki yo'nalishda (qatlamlar bo'ylab va qatlamlarga perpendikulyar) yopishqoqlik har xil bo'ladi. Suyuq kristall faza ichidagi o'tishlarda yopishqoqlikning o'zgarishidagi uzilishlar ham kuzatiladi. Shunday qilib, etil n-(4-metoksibenziliden-di-amino)sinnamat uchta mezofazaga ega.

Suyuq kristallardagi yopishqoqlik anizotropiyasi bir qator o'lchovlarda aniqlandi. 122 ° da n-azoksianizol uchun magnit maydonda o'tkazilgan tadqiqotlar yopishqoqlik koeffitsienti uchun uchta qiymatni berdi:

) mezofaza molekulalari kapillyardagi suyuq kristall oqimining yo'nalishiga parallel; = 0,024;

) molekulalar oqim tezligi gradientiga parallel, = 0,092;

) molekulalar oqimning tezlik vektoriga va tezlik gradient vektoriga perpendikulyar, = 0,034. Shuni ta'kidlash qiziq , izotrop suyuqlikning yopishqoqligidan kamroq bo'lib chiqdi.

Suyuq kristall fazadagi fazaviy o'tishlar hududida yopishqoqlikning sakrashga o'xshash o'zgarishi, ko'rinishidan, molekulyar tashkilotning buzilishi bilan bog'liq bo'lib, u faza o'tish nuqtalarida ayniqsa katta bo'lib, birdaniga o'rnatiladi. Xuddi shunday o'zgarishlar dispers tizimlarda sodir bo'ladi.

Shu munosabat bilan tovushning tarqalish tezligini va yutilish tezligini o'lchash qiziq edi. Ma'lumki, tovush tezligi (yoki adiabatik siqilish) materiyaning fizik xususiyatlaridan biridir. Suyuqlik xususiyatlariga ega bo'lgan mezofaza kesish va ommaviy viskoziteni namoyon qiladi, ularning miqdoriy o'lchovi ultratovushni yutishdir.

Martyanova va Kapustin bir nematik va ikkita smektik modifikatsiyaga ega bo'lgan 4-anisalaminotsinnamik kislotaning etil efiridagi ultratovush tezligi va yutilishining haroratga bog'liqligini o'rgandilar. 7 chastotada qo'llaniladigan impulsli ultratovush o'lchash usuli MGts,hech qanday xususiyatga ega emas edi. Ovozni o'lchash aniqligi tezligi dan0,5% ni tashkil etdi va yutilish koeffitsienti 7%.

Ovozni yutish koeffitsienti o'tish nuqtalari orasidagi intervalda harorat bilan asta-sekin o'sib boradi, har bir fazaga o'tish mintaqasida sakrashlarni boshdan kechiradi.

Tajriba shuni ko'rsatadiki, fazaviy o'tishlar hududida tovush tezligining harorat koeffitsienti o'zgarishi kuzatiladi. Moddaning zichligi butun harorat oralig'ida juda oz o'zgaradi. Shuning uchun mezofaza xususiyatlarining anomal o'zgarishlari, ko'rinishidan, moddaning elastik heterojenligini yaratadigan molekulyar guruhlar - to'dalarning shakllanishi bilan bog'liq. To'dalarning o'lchamlari doimiy ravishda saqlanmaydi. Haroratning pasayishi bilan ular molekulyar o'qlarning joylashishidagi uzoq masofali tartibni saqlab, ko'payadi. Shunday qilib, mezofaza tuzilishini yo'q qilish jarayoni bir necha bosqichda sodir bo'ladi. Strukturaviy o'zgarishlar mezofazalar siqilishning keskin o'zgarishiga va shunga mos ravishda ultratovush tezligiga olib keladi.

Ostvald suyuq kristallar va kolloid aralashmalardagi yopishqoqlikning harorat o'zgarishi o'rtasidagi bog'liqlikni o'rnatishga harakat qildi. Haroratga bog'liqlikdagi o'xshashlik kolloidlar uchun xos bo'lgan nematik va xolesterik fazalar tarqalgan deb taxmin qilish imkonini berdi. U, shuningdek, qo'pol dispers tizimlarda o'sha paytga qadar ma'lum bo'lgan anomal yoki strukturaviy yopishqoqlik suyuq kristallarda ham o'zini namoyon qilishini ko'rsatdi. Lorensning fikriga ko'ra, kolloidlar va mezofazalarning xatti-harakatlaridagi o'xshashlik to'liq bo'lishi mumkin emas, ammo nematik fazalarning yopishqoqligini o'rganish to'dalarning mavjudligi kontseptsiyasini tasdiqlash uchun muhimdir. Agar ular haqiqatan ham mezofazalarning har xil turlarida mavjud bo'lsa, unda tizimlar kolloidlarning ba'zi xususiyatlarini namoyon etishi aniq bo'ladi. Biroq, Lourens g'ayritabiiy yuqori viskozitenin paydo bo'lishidan oldin darhol ishongan fazali o'tish deb hisoblash qiyin xarakterli xususiyat mezofazaning o'zi. O'tish nuqtasi yaqinida qovushqoqlikning keskin katta o'zgarishlari anizotrop eritmadagi turbulent ta'sir tufayli yuzaga kelishi mumkin. Buning ba'zi bir tasdig'ini ko'proq yopishqoq smektik faza va izotrop suyuqlik o'rtasidagi o'tishda yopishqoqlik cho'qqisi yo'qligida ko'rish mumkin. Bundan tashqari, ma'lumki, izotrop-xolesterik o'tishlar uchun tepalikning balandligi oqim tezligiga bog'liq.

Nematik suyuq kristallarning gidrodinamik nazariyasini qurishda magnit maydonning muhitning harakatiga ta'sirini hisobga olish kerak. Magnit maydonning yopishqoqlik va issiqlik o'tkazuvchanlik koeffitsientlariga ta'sirini o'rganish shuni ko'rsatdiki, suyuq kristallarning zaif magnitlanishi tufayli, maydonning ta'siri faqat juda yuqori tashqi maydonlarda hisobga olinishi kerak. 10 4-105 uhva undan yuqori. Bunday baland maydonlarda nematik suyuq kristallarning anizotropiya o'qi amalda parallel bo'ladi magnit maydon(juda katta bo'lmagan gidrodinamik oqim gradyanlari bilan)

Suyuq kristallarning zichligini o'lchashga oz sonli ishlar bag'ishlangan.

Vorlender n-azoksianizol zichligining haroratga bog'liqligini o'rgandi. Izotrop-nematik o'tish hududida zichlikning o'sishi 0,26% ni tashkil etdi. Ishga ko'ra, sof n-azoksianizolda izotrop-nematik o'tish paytida zichlikning o'zgarishi 0,36% ni tashkil qiladi. Qattiq kristalllarning erishi jarayonida zichlik izotrop-nematik o'tish davridagiga qaraganda 30 marta ko'proq o'zgaradi. Etil-anisal-n-aminotsinnamat zichligining haroratga bog'liqligini o'rganish qiziqarli xususiyatlar. Izotrop-nematik o'tish hududida zichlikning anomal o'zgarishining yo'qligi juda shubhali. Nematik-smektik o'tish mintaqasida haroratning pasayishi bilan zichlik ortadi. Uning nisbiy o'zgarishi taxminan 1% ni tashkil qiladi. Harorat pasayganda, zichlik chiziqli ravishda oshadi.

Umuman olganda, zichlikning haroratga bog'liqligini o'rganish murakkab jarayon bo'lib, unda moddaning individualligi, uning tozaligi va haroratni ehtiyotkorlik bilan nazorat qilish muhim rol o'ynaydi.

3.2 Optik va elektro-optik xususiyatlar

Suyuq kristallardagi molekulalarning o'z-o'zidan yo'nalishi bu moddalarning ba'zi qattiq kristallarga xos bo'lgan optik ikki sinishi namoyon bo'lishiga olib keladi. Suyuq kristallarning bir xil tartibli qatlamlaridan o'tib, yorug'lik ikki nurga bo'linadi: favqulodda, qutblanish yo'nalishi suyuq kristallning optik o'qi yo'nalishiga to'g'ri keladi va oddiy, bu o'qga perpendikulyar qutblanish yo'nalishi bilan. Kristal hisobga olinadi optik jihatdan ijobiy,agar n e -n 0>0 va agar optik jihatdan salbiy Pe- n 0<0; Pe va n 0favqulodda va oddiy nurlarning sindirish ko'rsatkichlari.

Nematik va smektik suyuq kristallar optik jihatdan ijobiy bo'lib, molekulalarning uzun o'qlari yo'nalishi optik o'qning yo'nalishi bilan mos keladi. Molekulalarning uzun o'qlari xolesterik spiralning o'qiga perpendikulyar bo'lgan, o'z navbatida, namunaning optik o'qiga parallel bo'lgan xolesterik suyuq kristallar optik manfiydir. Bu xususiyat ko'pincha xolesterik suyuq kristallarni smektiklardan ajratish uchun mezon bo'lib xizmat qiladi.

Suyuq kristall namunadagi, shuningdek qattiq kristalldagi ikki sinishi belgisi va optik o'qning yo'nalishini mikroskop ostida yaqinlashuvchi nurda kuzatilganda aniqlash mumkin.

Suyuq kristall xolesteriklar, nematiklar va smektikalarning yo'naltirilgan qatlamlari LEKINoptik bir o'qli, ya'ni suyuq kristallar qutblanish holatidan qat'i nazar, yorug'lik bir xil tezlikda harakatlanadigan faqat bitta yo'nalish bilan tavsiflanadi. Smektikada FROMIkkita bunday yo'nalish mavjud, ular ikki tomonlama. Ikki eksenli holatni xolesterik va nematik suyuq kristallarning deformatsiyasi orqali olish mumkin.

Nematiklarning ikki sinishi harorat oshishi bilan monoton ravishda kamayadi va izotrop suyuqlikka faza o'tish nuqtasida keskin nolga tushadi. uchun sinishi indeksi favqulodda nur Peharorat oshishi bilan keskin kamayadi , va oddiy nurning sindirish ko'rsatkichi n 0sekin o'sadi.

Nematiklarning ikki sinishining issiqlikka bog'liqligi dispersiya kuchlari va itaruvchi kuchlar bilan aniqlanishi ko'rsatilgan. Ajoyib optik xususiyatlarga "o'ralgan nematik" turdagi tizimlar ega. Bunday sistema quyidagicha olinadi: suyuq kristall ikki shisha plastinka orasiga joylashtiriladi, uning sirtlari shunday ishlov beriladiki, nematik qatlam tekislikka yo'naltiriladi va plitalar bir-biriga nisbatan 90 ° ga buriladi. Plitalarning aylanishi natijasida nematikning optik o'qi deformatsiyalanadi (rasmda ko'rsatilganidek). Parallel polaroidlardagi buralgan nematik qatlam qorong'u ko'rish maydonini beradi, chunki kristall qatlamdan o'tadigan yorug'likning qutblanish yo'nalishi n / 2 ga aylanadi. Huk va Tarri tomonidan olib borilgan chuqurroq tajriba shuni ko'rsatdiki, aylanayotgan nematik qatlamdan o'tadigan yorug'lik ellips bo'ylab qutblangan - ko'rish maydoni to'liq qoraymagan.

Aylanayotgan nematik qatlami nisbatan katta hajmli xolesterin qatlamiga o'xshash bo'lganligi sababli, Huk va Tarri Azzam va Bashar usulidan foydalanganlar va aylanma nematik orqali o'tadigan yorug'lik intensivligi I uchun quyidagi ifodani olishgan:

qaerda men 0tushayotgan yorug'likning intensivligi; d - namuna qalinligi; - to'lqin uzunligi. Olingan ma'lumotlarning tahlili shuni ko'rsatadiki, to'liq söndürme faqat ba'zi to'lqin uzunliklari uchun xosdir. Katta qiymatlar uchun Xyorug'likning elliptikligini e'tiborsiz qoldirish va yorug'lik polarizatsiyasi yo'nalishini to'lqin uzunligidan qat'i nazar, 90 ° ga aylantirilgan deb hisoblash mumkin. Smektik suyuq kristall turi LEKIN,smektik tekisliklarga perpendikulyar bo'lgan molekulalar optik jihatdan bir o'qli. Molekulalarning qatlamlar tekisligiga qiyshiq yo'nalganligi bilan tavsiflangan S tipidagi smektik kristallar optik jihatdan ikki o'qli bo'ladi.Ba'zi mualliflarning fikriga ko'ra, turdagi smektikalarning optik ikki o'qliligi. FROMtartib parametrining anizotropiyasi va ularning "balyodka" tuzilishi tufayli yuzaga keladi. Xolesterik suyuq kristallar eng qiziqarli optik xususiyatlarga ega. Xolesteriklar, nematiklar va smektikalardan farqli o'laroq, optik jihatdan salbiy. (Pe- n 0<0). Они одноосны. Их замечательными оптическими свойствами, которые характерны для твердых кристаллов в диапазоне рентгеновского излучения, являются очень сильная (большая, чем для всех известных веществ) способность вращать плоскость поляризации, и селективное отражение света. Эти исключительные_ свойства жидких кристаллов холестерического типа - следствие их спиральной структуры и того, что длина шага холестерической спирали сравнима с длиной волны видимого света. Распространение света в холестерических жидких кристаллов изучалось многими авторами как теоретически, так и экспериментально. Теория Озеена и де Ври хорошо обьясняет оптические свойства холестериков для случая, когда направление света перпендикулярно ориентированным слоям.

3.3 Xotira effekti

Suyuq kristallda ion oqimi mavjudligidan kelib chiqqan bulutli holat (dinamik yorug'lik tarqalishi hodisasi) taxminan yo'qoladi. Maydon olib tashlanganidan keyin 100 ms. Heilmeier va Goldmacher salbiy dielektrik anizotropiya nematikalarining bir nechta massa ulushlari bilan xolesterin efirlari aralashmalari dala olib tashlanganidan keyin uzoq vaqt davomida tuman holatini saqlab qolishini kuzatdilar. Namuna nur sochadigan vaqt bir necha soatdan bir necha haftagacha o'zgarib turadi. Namunaga 500 dan 2000 Gts gacha bo'lgan chastotali o'zgaruvchan kuchlanishni qo'llash orqali yupqa qatlamning sutli tuman holatini osongina va tez o'chirish juda muhimdir.

Bu hodisa deyiladi xotira effekti.Xotiraga ega elementning ishlash sxemasi: bu element o'tkazuvchan qatlam bilan qoplangan ikkita parallel plastinkadan iborat bo'lib, ular orasida suyuq kristall aralashmasi qo'yiladi. Dala qo'llanilganda dastlab yo'naltirilgan va shaffof suyuq kristall qatlam sutdek oq rangga aylanadi. Bu holat ("yozuv") bir necha kun va hatto oylar davomida maydonni olib tashlaganidan keyin hujayrada saqlanadi. Akustik chastotali o'zgaruvchan kuchlanish yozuvni o'chiradi. Xotiraga ega bo'lgan hujayralardagi yozish past chastotali o'zgaruvchan kuchlanish yoki 20-30 V ga teng doimiy kuchlanish yordamida amalga oshiriladi Akustik chastotani o'chirish kuchlanishi bir xil tartibga ega. O'chirish o'zgaruvchan kuchlanishning chastotasi ma'lum bir kritik qiymatdan yuqori bo'lishi kerak, undan yuqori elektrohidrodinamik beqarorliklar hosil bo'lmaydi. Kritik chastotaning qiymati suyuq kristallning elektr o'tkazuvchanligiga proportsionaldir.

3.4 Diamagnit xossalari

Magnit maydon nematik strukturaning molekulalarini yo'naltirishning ajoyib vositasidir. Uning harakati to'g'ridan-to'g'ri maydon egallagan deyarli butun maydonga ta'sir qiladi. Organik moddalar molekulalari ko'pincha diamagnitdir. Ularda magnit maydonda paydo bo'ladi Hmagnit moment qarama-qarshidir H. Bu ta'sir, ayniqsa, benzol halqalarini o'z ichiga olgan aromatik birikmalarda seziladi. Agar halqa tekisligi magnit maydon yo'nalishiga perpendikulyar bo'lsa, u holda olti burchakli burchaklarda joylashgan uglerod atomlari o'zini o'tkazuvchi g'altak kabi tutadi, ularda maydon ta'sirida Hqarama-qarshi oqim induktsiya qilinadi.

Doimiy magnit maydondagi suyuq kristallardagi ba'zi hodisalarga to'xtalib o'tamiz.

Bose ko'p sonli molekula guruhlaridan tashkil topgan nematik fazani ko'rib chiqdi, buning natijasida u hajmda loyqa ko'rinardi. U anisaldazin magnit maydonda shaffof bo'lishini ko'rsatdi. Mogen n-azoksianizol va n-azoksifenetolda qoʻsh sinishlikni kuzatar ekan, yetarli kuchga ega boʻlgan magnit maydonning taʼsiri molekulalarning yoʻnalishini keltirib chiqarishini, buning natijasida ularning oʻqlari maydon chiziqlariga parallel yoʻnalishga ega boʻlishini aniqladi. O'zgarishlarni o'rganishda ushbu natijalarni hisobga olish e va magnit maydondagi o'tkazuvchanlik. Kast suyuq kristallardagi dielektrik anizotropiyani va n-asxianizolning dielektrik o'tkazuvchanligining magnit maydon kuchiga bog'liqligini aniqladi.

Ishning keyingi rivojlanishi magnit maydonning mezofazaga yo'naltiruvchi ta'sirini molekulalarning (yoki ularning to'dalarining) magnit momentlarida emas, balki ularning diamagnit xususiyatlarining anizotropiyasida izlash kerak degan xulosaga keldi.

Foix magnit maydondagi suyuq kristallar harakatining magnitlanish vaqtida ferromagnitlarning xatti-harakati bilan o'xshashligiga e'tibor qaratdi va ferromagnitlardagi domenlarga o'xshab, suyuq kristallarda molekulalar bir-biriga parallel bo'lgan juda kichik hajmli elementlar borligini taklif qildi. Tashqi maydon bo'lmasa, bu hajm elementlarining yo'nalishi ixtiyoriydir va har bir element uchun vaqt funksiyasi. Magnit maydon qo'llanilganda, ularning yo'nalishi sodir bo'ladi. Ammo shuni ta'kidlash kerakki, yuqoridagi o'xshashlikning foydaliligiga qaramay, mavjud eksperimental ma'lumotlar molekulalarning yo'nalishi guruhlarning o'zlari - domenlar ichida sodir bo'ladimi yoki yo'qligini aniqlash uchun etarli emas. Guruhlarga kelsak, harorat oshishi bilan ularning o'zaro yo'nalishi kamayadi, shuning uchun magnitlanish koeffitsienti mutlaq qiymatda ortadi. Eksperimental ma'lumotlar shuni ko'rsatdi Smektik va xolesterik suyuq kristallar yuqori maydonlarni talab qiladi (10 4 - 3*104 gs).Ushbu moddalarning ba'zilari maydon olib tashlanganidan keyin ham induksiyalangan yo'nalishni saqlab qoladi, bu yuqori yopishqoqlik bilan bog'liq bo'lib, molekulyar tartibni saqlashga yordam beradi.

Ba'zi natijalarni umumlashtirib, bir tomondan nematik suyuq kristallarning dielektrik xususiyatlari va boshqa tomondan diamagnit va optik xususiyatlar o'rtasidagi sezilarli farqlarni ko'rsatish mumkin. Ular quyida qaynatiladi.

Barcha nematik suyuq kristallardagi diamagnit va optik anizotropiya ham elektr, ham magnit maydonlarda molekulaning uzun o'qi bo'ylab qutblanish qobiliyati qisqa o'qi bo'ylab ko'proq bo'lishiga muvofiq ijobiydir. Radiochastota diapazonidagi turli kristallarda suyuq kristall o'qi bo'ylab va unga perpendikulyar bo'lgan dielektrik anizotropiya va molyar sezuvchanlik ijobiy yoki salbiy bo'lishi mumkin.

Bu farq mezofazaning dipol polarizatsiyasi ikkinchisida muhim rol o'ynashi bilan izohlanadi. Shuning uchun, agar optik va magnit anizotropiya faqat molekulyar o'qlarning tartiblanishiga bog'liq bo'lsa, u holda dielektrik anizotropiya asosan molekulalarning orientatsion o'zaro ta'siri kuchlari bilan belgilanadi, bu esa ularning qattiq dipollarining elektr maydonida aylanishiga to'sqinlik qiladi. Bunday holda, dipolning aylanishi, ko'rinishidan, molekulalarning uzun o'qi atrofida sodir bo'lganda erkinroq bo'lishi kerak va qisqa o'q atrofida aylanganda ko'proq sekinroq bo'lishi kerak. Shuning uchun, dipol bo'ylama o'qga katta burchak ostida moyil bo'lgan suyuq kristallar uchun manfiy dielektrik anizotropiyani kutish mumkin.

Ko'p sonli ishlarga qaramay, bu soha to'g'ridan-to'g'ri alohida molekulaga ta'sir qiladimi yoki aylanuvchi kuchlar ta'sirida butun molekulyar guruhlar maydonda aylanadimi degan savol yaqin vaqtgacha ochiqligicha qolmoqda.

Nematik mezofazada magnit maydon ta'sirida magnit effektga o'xshash hodisa kuzatilishi mumkin. Shuni ta'kidlash kerakki, elektr maydoni suyuq kristallarning o'sishiga ham ta'sir qiladi, ammo bu hodisalar juda kam o'rganilgan.

.5 Dielektrik xossalari

Elektr yoki magnit maydon qo'llanilganda, suyuq kristall qandaydir elastik deformatsiyaga uchraydi. Mezofazaning deformatsiyasi odatda bir xil emas, chunki suyuqlikning oynaga ulashgan va devorlarga qattiq yopishgan qirralari deformatsiyaga duchor bo'lmaydi. Mezofazaning tomir devorlaridan eng uzoqda joylashgan qismi eng katta deformatsiyaga duchor bo'ladi. Uning o'ziga xos xususiyati shundaki, har bir alohida element, masalan, molekula, birinchi navbatda, aylanishga va shundan keyingina, ehtimol, ko'chishga duchor bo'ladi, chunki u odatda qutblangan yorug'lik yordamida amalga oshiriladi. .

Suyuq kristallarning dielektrik xossalarini o'rganish elektr maydonlarining ta'siri tufayli umumiy qonuniyatlarni ochish imkonini beradi. Bir xil yo'naltirilgan suyuq kristalli preparat o'zini bir o'qli kristal kabi tutadi, unda bir nechta istisnolardan tashqari, optik va dielektrik anizotropiya topiladi. Nematik va smektik fazalar uchun (guruhdan tashqari Dsmektik modifikatsiya) optik o'q molekulyar o'qlarning ustun yo'nalishiga to'g'ri keladi va bir vaqtning o'zida maksimal polarizatsiya yo'nalishi hisoblanadi.

Nematik holatda yo'naltirilgan suyuq kristallar dielektrik anizotropiyani namoyon qiladi, bu musbat siljish polarizatsiyasining (molekula uzunligi bo'ylab) manfiy yo'naltirilgan polarizatsiyasi (optik o'qga perpendikulyar) bilan birikishi natijasida yuzaga keladi. Dielektrik anizotropiya qiymati quyidagi formula bilan aniqlanadi:

e =e ||-e

qayerda e ||, e - o'q yo'nalishi bo'yicha dielektrik doimiylar: nematik tartib va ​​unga perpendikulyar yo'nalishda. Dielektrik anizotropiyaning belgisi qaysi polarizatsiya ustunligiga bog'liq bo'lib, u o'z navbatida dipol momentining kattaligi va yo'nalishi bilan belgilanadi.

Nematik fazada molekulalararo kuchlar va molekulalarning shakli molekulalarning parallel joylashishiga yordam beradi, bunda molekulalarning uzunligi yo'nalishi bo'yicha harakatiga to'sqinlik qilmaydi va parallel harakatdan har qanday og'ish kuchli kuchlanishni keltirib chiqaradi. bu kuchlarning qarshiligi.

Bir o'qli kristal kabi bir xil yo'naltirilgan suyuq kristall qatlam dielektrik va optik anizotropiyaga ega. Nematik va smektik holatlarda optik o'qning yo'nalishi molekulyar o'qlarning ustun yo'nalishiga va bir vaqtning o'zida eng yuqori polarizatsiya yo'nalishiga to'g'ri keladi. Shuning uchun, yorug'lik nuri, elektr vektori Eoptik o'qga parallel ravishda tebranuvchi, tebranishli nurga qaraganda kuchliroq sinadi. E,optik o'qga perpendikulyar. Agar = Pe - P0 > 0, qayerda Pe Va P0 navbati bilan favqulodda va oddiy nurlarning sinishi ko'rsatkichlari bo'lsa, u holda musbat ikki sinishi kuzatiladi. Xolesterik suyuq kristallarda optik o'q molekulyar o'qlarning ustun yo'nalishiga perpendikulyar joylashgan, shuning uchun < 0, т. е. в этом случае имеется отрицательное двулучепреломление.

Yorug'likning sinishi yoki ikki sinishi moddaning zichligi va S molekulalarining parallel joylashish darajasi bilan bog'liq bo'lib, u quyidagi ifoda bilan aniqlanadi:

qayerda φ - molekulaning bo'ylama o'qining ushbu yo'nalish yaqinidagi termal aylanish tebranishlari paytida imtiyozli yo'nalish yo'nalishidan og'ish burchagi; - molekulalarning barcha yo'nalishlari bo'yicha o'rtacha olish natijasida olingan qiymat. S tartibining darajasi nematik fazadagi haroratga qarab kuchli o'zgaradi, ko'rinishidan xolesterik fazada kamroq darajada va smektik fazada kamroq. Shuning uchun nematik holatdagi sindirish ko'rsatkichi yoki ikki sinishi haroratga bog'liqligi smektik holatga qaraganda kuchliroq bo'lib, zichlikning o'zgarishi sezilarli darajada ta'sir qiladi.

Ikkala qiymat ham e || Va e - xarakterli dispersiyani ochish. Bu molekula bilan kuchli bog'langan azoksiguruhning ko'ndalang momentining aylanish vektorining uzunlamasına o'qiga nisbatan, shuningdek, molekula ichidagi o'rta qismining qo'sh bog'lanishiga nisbatan muvozanat holatini o'rnatish bilan bog'liq. alkoksi guruhining aylanish momenti. Nematik va izotrop fazalarda bo'shashish vaqti 10 ga teng -11 sek.Aksincha, nematik holatda ko'ndalang o'q atrofida aylanish tufayli azoksi guruhining bo'ylama momentini o'rnatish juda qiyin. Dam olish vaqti taxminan 10 -8 sek.

Besler va Labes tomonidan xolesterik suyuq kristallardagi molekulalarning dielektrik xossalari va orientatsiyasiga elektr maydonining ta'sirini o'rgangan juda qiziqarli natijalarga erishildi. Xolesteril miristat va xolesterilxlorid aralashmasi (og'irligi bo'yicha 1,75: 1,00) uchun ular doimiy elektr maydonida va bo'lmagan holda dielektrik o'tkazuvchanlikni o'lchadilar. Ma'lumki, bunday aralashma 43° haroratda xolesterik xususiyatlarini yo'qotadi va o'tkazuvchanligi 10 ga teng bo'lgan nematik faza kabi harakat qiladi. -12 ohm-1 *sm-1 . Elektr maydonining chegara qiymatlari egilish va burilishning elastik modullarini harorat va maydon kuchining funktsiyasi sifatida, helikoidal strukturaning induktsiyalangan buzilishi va nematik fazaga o'tish paytida uning buzilishi sharoitida baholash imkonini berdi.

.6 Akusto-optik xususiyatlar

Suyuq kristall holatning akustik kristallografiyasining rivojlanishi endigina boshlandi. Ushbu fanning yana bir predmeti elastik to'lqinlarning keng diapazondagi mexanik tebranishlarda - infrasonikdan gipertovushgacha, suyuq kristallni tashkil etuvchi zarrachalarning mikroskopik o'zaro ta'siri va sodir bo'ladigan kinetik jarayonlar bilan bog'lanishi kabi hodisalardir. unda.

Elastik to'lqin sohasidagi o'ziga xos hodisalar molekulalarning harakatchanligi va suyuq kristallarning anizotropiyasi bilan bog'liq. Ko'pgina eksperimental tadqiqotlarning asosini kesib o'tgan polaroidlar orasiga joylashtirilgan ikkita parallel shaffof plitalar orasidagi nozik suyuq kristall qatlamini o'z ichiga olgan hujayra tashkil etadi. Plitalarning sirtlari ko'pincha tashqi ta'sirlar bo'lmasa, molekulalar gomeotropik qatlam hosil qiladigan tarzda ishlov beriladi. Kesishgan nikollar orasidagi bunday qatlam yorug'likni o'tkazmaydi. Plitalarning birida har xil turdagi tebranishlar qo'zg'atilganda, qatlamda yopishqoq to'lqin hosil bo'ladi. Viskoz to'lqindagi tezlik gradienti qatlam molekulalarining aylanishiga olib keladi, buning natijasida yorug'lik oqimining bir qismi tizimdan o'tadi. Bunday akusto-optik qurilmaning samaradorligi, yopishqoq to'lqin uzunligining kichikligi tufayli qatlamda paydo bo'ladigan gradientlarning katta bo'lishi bilan bog'liq.

Tebranishga olib kelingan tyuning vilka, preparat joylashgan stolga yoki pechka ustiga qo'yildi. Gomeotrop qatlamdagi elastik to'lqin ta'sirida ikkita kesishuvchi to'g'ri chiziqdan, shuningdek ikkita giperboladan interferentsiya naqsh paydo bo'ladi, ularning shakli tyuning vilkasini qo'llash nuqtasiga va uning bosim darajasiga bog'liq. stol. Interferentsiya kuzatiladigan chastota oralig'i 200 dan 600 Gts gacha. Eng aniq raqam 300 Gts chastotada ko'rinadi.

Nikolni aylantirish shovqin naqshini o'zgartiradi va uni suratga olish mumkin. Nikollarni 90 ga aylantiring 0asl shaklga olib keladi.

Interferentsiya figurasining hosil bo'lishi molekulalarning optik o'qlari yo'nalishining o'zgarishi natijasidir. Shaklning o'zi tebranishlar amalga oshiriladigan yo'nalishni aniqlashga imkon beradi. Qorong'i chiziqlar ko'rinadigan joyda molekulalarning optik o'qlarining tebranish yo'nalishi qutblanish tekisligining yo'nalishiga perpendikulyar yoki parallel bo'ladi.

Siqilish deformatsiyasi, buralish va kesish paytida akusto-optik hodisalar kuzatiladi. Qatlamni tozalashning ta'siri, ayniqsa, yupqa qatlamda tasodifan saqlanib qolgan havo pufakchalari chegaralari yaqinida seziladi. Qatlamning deformatsiyasi elastikdir. Qatlamning dastlabki holatiga qaytish vaqti tashqi qo'llaniladigan kuchning kattaligiga bog'liq. Zaif siqilish bilan bo'shashish vaqti juda qisqa va ko'z uchun qatlamni tiklash jarayoni deyarli bir zumda davom etadi. Kuchli bilan - jarayon bir necha soniya davom etadi. Qatlamning tiklanish vaqti nematik fazaning viskozitesiga va bo'shashtiruvchi qatlamning qalinligiga bog'liq. Qatlamning muhrlanishi bo'lmasa, optik ta'sir faqat tashqi bosim P dan P + gacha o'zgarganda kuzatiladi P. Doimiy bosim, hatto juda muhim bo'lsa ham, qatlamning faqat dastlabki zarbada shaffof bo'lishiga olib keladi, shundan so'ng qatlam asl holatiga qaytadi. Muhrlangan hujayrada doimiy bosimning ta'siri qatlamning ma'lum bir deformatsiyasiga to'g'ri keladi, bu esa ikki sinishi ta'siriga mos keladi.

Rang effekti mavjud: ma'lum miqdordagi mexanik impuls ma'lum bir rangning ko'rinishiga mos keladi. Tashqi kuchlar ta'sirida yuzaga keladigan zarrachalar tartibining o'zgarishi tashqi bosimning o'zgarishidan orqada qoladi, chunki bu zarralarning qayta joylashishi yoki ularning o'zaro yo'nalishini qayta taqsimlanishi, ya'ni ma'lum vaqt talab qiladigan jarayonlar bilan bog'liq.

Akusto-optik effekt nematik faza mavjudligining butun harorat oralig'ida kuzatiladi. Smektik fazada va izotrop holatda ta'sir yo'q. Buning sababi shundaki, yupqa mezofaza qatlamidagi mexanik kuchlanishlar materiya oqimini keltirib chiqaradi, ularning mavjudligi tashqi kuchning kattaligi va o'z o'lchamlariga qarab, kichik begona zarralarning xatti-harakatlaridan baholanishi mumkin. boshlang'ich pozitsiyasidan turli masofalarga ko'chirilgan. Bu oqimlar molekulalar o'qlari yo'nalishini o'zgartirish uchun etarli. Smektik mezofazada molekulalar nafaqat bir-biriga parallel, balki ularning uchlari bir tekislikda bo'lib, bir-birining ustiga osongina siljiydigan qatlamlarni hosil qiladi, shuning uchun oqimlar faqat smektik fazaning qatlamlarini siljitadi, shu bilan birga yo'nalish. molekulalarning o'qlari saqlanib qoladi.

Akusto-optik effekt mexanik impulsga nochiziqli bog'liq va uning kattaligi bilan ortib boradi, to'yinganlikka yaqinlashadi. Haqiqiy sharoitda yorug'lik tartib darajasi haroratga bog'liq bo'lgan murakkab suyuq kristalli tizimdan o'tadi. Issiqlik harakati molekulalarning joylashishidagi tartibni buzadi. Bundan tashqari, harorat oshishi bilan suyuq kristalning viskozitesi pasayadi. Shuning uchun harorat oshishi bilan fotoelastik effekt zaiflashadi.

Suyuq kristall qatlamining shaffofligining o'zgarishi yuqori chastotalarda va akustik signalning turli amplitudalarida kuzatiladi. Maydon komponentini o'zgartirish orqali yorug'lik oqimini ro'yxatga olish orqali yorug'lik oqimining modulyatsiyasini olish mumkin.

4. Suyuq kristallarning qo'llanilishi

Organik materiallar zamonaviy mikro va optoelektronikaga tobora ko'proq kiritilmoqda. Litografik jarayonda ishlatiladigan foto- va elektron-rezistorlar, organik bo'yoq lazerlari va polimer ferroelektrik plyonkalarni eslatib o'tish kifoya. Ushbu tendentsiyani tasdiqlovchi klassik misollardan biri suyuq kristallardir.

Bugungi kunda nematik suyuq kristallar boshqa elektrooptik materiallar orasida ularni almashtirish uchun energiya xarajatlari bo'yicha raqobatchilarga ega emas. Suyuq kristallning optik xususiyatlarini mikrovatt diapazonidagi quvvatdan foydalangan holda to'g'ridan-to'g'ri mikrochiplardan boshqarish mumkin. Bu suyuq kristallarning strukturaviy xususiyatlarining bevosita natijasidir.

Soatlar, kalkulyatorlar, elektron tarjimonlar yoki suyuq kristalli tekis ekranli televizor ekranida xuddi shunday asosiy jarayon amalga oshiriladi. O'tkazuvchanlikning katta anizotropiyasi tufayli ancha zaif elektr maydoni rejissyorga ta'sir qiluvchi sezilarli momentni hosil qiladi (bunday moment izotrop suyuqlikda bo'lmaydi). Past yopishqoqlik tufayli, bu moment rejissyorning (optik o'q) yo'nalishini o'zgartirishga olib keladi, bu qattiq jismda sodir bo'lmaydi. Va nihoyat, bu aylanish suyuq kristallning optik xususiyatlarining anizotropiyasi tufayli uning optik xususiyatlarining o'zgarishiga olib keladi (qo'sh sinishi, dixroizm). Axborotni eslab qolish zarur bo'lgan hollarda, masalan, lazer nurlari bilan yozilganda, smektik fazaning o'ziga xos viskoelastik xususiyatlaridan foydalaniladi.Xotiraga ega optoelektronik qurilmalar uchun suyuq kristalli polimerlar ham juda istiqbolli.

Tibbiy diagnostikada xolesterik suyuq kristalllarning spiral tuzilishining haroratga yuqori ohang sezgirligi qo'llaniladi. Bu strukturaga diffraksiya qiluvchi oq yorug'lik spektrga parchalanadi va tana yuzasi haroratining mahalliy o'zgarishini iridescent ranglardan aniqlash mumkin.Xuddi shu usul har xil qizdirilgan jismlar yuzasini buzmasdan tekshirish texnikasida qo'llaniladi. Shunday qilib, bu erda suyuq kristallarning oyna-assimetrik fazasining modulyatsiyalangan (spiral) tuzilishining xususiyatlari qo'llaniladi.

Chiziqli suyuq kristall polimerlarning eritmalari bo'lgan liotrop fazalar yuqori quvvatli to'liq uzunlikdagi tolalar texnologiyasida qo'llaniladi. Buyurtma qilingan fazadan ipni chizish uning kuchini oshirishga yordam beradi. Kimyoviy texnologiyada suyuq kristall fazalardan foydalanishning yana bir misoli og'ir neft fraksiyalaridan yuqori sifatli koks olishdir. Ikkala holatda ham hal qiluvchi rolni birinchi misolda chiziqli va ikkinchi misolda disk shaklidagi molekulalarning strukturaviy tartiblanishining xususiyatlari o'ynaydi.

Anizotrop optik elementlarni, shuningdek, suyuq kristallarning strukturaviy tashkil etilishini (shu jumladan o'z-o'zidan qutblanishni) birlashtirgan taroqsimon suyuq kristalli polimerlar asosidagi piro-, piezoelektrik sensorlar va chiziqli bo'lmagan optik materiallarni yaratish imkoniyatiga alohida e'tibor qaratish lozim. polimer materiallarning mexanik xususiyatlari.

LCD televizorlar

Suyuq kristall ekranli televizorlarning yaratilishi suyuq kristalllardan (LCD) foydalanishning yangi tarixiy bosqichiga aylandi. Ushbu turdagi televizorlar xaridorlar uchun yanada qulay bo'lib bormoqda, chunki ishlab chiqarish texnologiyalarini takomillashtirish tufayli narxlar muntazam ravishda pasaymoqda.

LCD displey - shaffof ekran, ya'ni orqa tomondan oq chiroq bilan yoritilgan ekran va asosiy ranglarning hujayralari (RGB - qizil, yashil, ko'k), mos keladigan ranglarning uchta panelida joylashgan. qo'llaniladigan kuchlanishga qarab yorug'likni o'zlari orqali uzatadi yoki o'tkazmaydi. Shuning uchun rasmda ma'lum bir kechikish (javob berish vaqti) mavjud, bu ayniqsa tez harakatlanuvchi narsalarni ko'rishda seziladi. Zamonaviy modellarda javob vaqti 15 ms dan 40 ms gacha o'zgarib turadi va matritsaning turi va hajmiga bog'liq. Bu vaqt qanchalik qisqa bo'lsa, tasvir tezroq o'zgaradi, hech qanday plyus hodisalari va tasvir qoplamalari mavjud emas.

Ko'pgina LCD panellar uchun deyarli boshlang'ich nashrida chiroqning ishlash muddati 60 000 soatni tashkil qiladi (bu kuniga 10 soat televizor tomosha qilganda taxminan 16 yil uchun etarli). Taqqoslash uchun: plazma televizorlari uchun yorqinlik bir vaqtning o'zida ancha pasayadi va CRT televizorlari uchun (fosfor yonib ketadi) chegara 15 000-20 000 soatni tashkil qiladi (taxminan 5 yil), keyin sifat sezilarli darajada yomonlashadi.

LCD monitor qurilmasi

Har bir LCD piksel ikki shaffof elektrod orasidagi molekulalar qatlamidan va polarizatsiya tekisliklari (odatda) perpendikulyar bo'lgan ikkita polarizatsiya filtridan iborat. Suyuq kristallar bo'lmasa, birinchi filtr tomonidan uzatiladigan yorug'lik ikkinchisi tomonidan deyarli to'liq bloklanadi. Suyuq kristallar bilan aloqa qiladigan elektrodlarning yuzasi molekulalarning bir yo'nalishda dastlabki yo'nalishi uchun maxsus ishlov beriladi.

TN matritsasida bu yo'nalishlar o'zaro perpendikulyar bo'ladi, shuning uchun molekulalar kuchlanish bo'lmaganda spiral tuzilishda joylashgan. Bu struktura yorug'likni shunday sindiradiki, ikkinchi filtrdan oldin uning qutblanish tekisligi aylanadi va yorug'lik yo'qotmasdan o'tadi. Birinchi filtr tomonidan qutblanmagan yorug'likning yarmini yutishdan tashqari, hujayra shaffof deb hisoblanishi mumkin. Agar elektrodlarga kuchlanish qo'llanilsa, u holda molekulalar elektr maydoni yo'nalishi bo'yicha to'g'ri keladi, bu esa spiral strukturani buzadi. Bunday holda, elastik kuchlar bunga qarshi turadi va kuchlanish o'chirilganda molekulalar dastlabki holatiga qaytadi. Etarli maydon kuchi bilan deyarli barcha molekulalar parallel bo'ladi, bu esa strukturaning shaffofligiga olib keladi. Voltajni o'zgartirish orqali siz shaffoflik darajasini nazorat qilishingiz mumkin.

Agar doimiy kuchlanish uzoq vaqt davomida qo'llanilsa, suyuq kristall strukturasi ion migratsiyasi tufayli buzilishi mumkin. Ushbu muammoni hal qilish uchun o'zgaruvchan tok qo'llaniladi yoki hujayraning har bir manzili bilan maydonning polaritesining o'zgarishi (chunki shaffoflikning o'zgarishi oqim yoqilganda, uning polaritesidan qat'iy nazar sodir bo'ladi).

Hujayralardan o'tadigan yorug'lik tabiiy bo'lishi mumkin - substratdan aks ettiriladi (orqa yorug'liksiz LCD displeylarda). Ammo ko'pincha sun'iy yorug'lik manbai ishlatiladi, bu tashqi yorug'likdan mustaqil bo'lishdan tashqari, natijada paydo bo'lgan tasvirning xususiyatlarini ham barqarorlashtiradi.

Shunday qilib, to'liq LCD monitor kirish video signalini qayta ishlaydigan elektronika, LCD matritsasi, orqa yorug'lik moduli, quvvat manbai va korpusdan iborat. Aynan shu komponentlarning kombinatsiyasi monitorning umumiy xususiyatlarini aniqlaydi, garchi ba'zi xususiyatlar boshqalardan ko'ra muhimroqdir.

LCD monitorlarning asosiy xususiyatlari:

Ruxsat: Piksellarda ifodalangan gorizontal va vertikal o'lchamlar CRT monitorlaridan farqli o'laroq, LCD displeylar bitta qat'iy ruxsatga ega, qolganlariga interpolatsiya orqali erishiladi.

Nuqta kattaligi: Qo'shni piksellar markazlari orasidagi masofa. To'g'ridan-to'g'ri jismoniy ruxsat bilan bog'liq.

Ekran nisbati(format): Kenglik va balandlik nisbati, masalan: 5:4, 4:3, 5:3, 8:5, 16:9, 16:10.

Ko'rinadigan diagonal: diagonal ravishda o'lchangan panelning o'lchami. Displey maydoni formatga ham bog'liq: 4:3 monitor bir xil diagonali 16:9 monitorga qaraganda kattaroq maydonga ega.

Kontrast: Eng yorug'lik nuqtasi yorqinligining eng qorong'i nuqtaga nisbati. Ba'zi monitorlar qo'shimcha lampalar yordamida moslashtirilgan orqa yorug'lik darajasidan foydalanadi va ular uchun berilgan kontrast ko'rsatkich (dinamik deb ataladi) statik tasvirga taalluqli emas.

Javob vaqti: Pikselning yorqinligini oʻzgartirish uchun zarur boʻlgan minimal vaqt.

Ko'rish burchagi: kontrastning pasayishi belgilangan qiymatga yetadigan burchak turli xil matritsalar va turli ishlab chiqaruvchilar tomonidan turlicha hisoblab chiqiladi va ko'pincha taqqoslanmaydi. Eng so'nggi LCD televizorlarning ko'rish burchagi vertikal va gorizontal ravishda 160-170 darajaga etadi va bu muammoni bir necha yil oldingiga qaraganda ancha keskinlashtiradi.

LCD displeylarning kamchiliklari: O'lik piksellar mavjudligi. Ishlamaydigan piksellar - doimiy ravishda bir holatda yoniq bo'lgan va signalga qarab rangini o'zgartirmaydigan piksellar. CRT dan farqli o'laroq, ular aniq tasvirni faqat bitta ("standart") ruxsatda ko'rsatishi mumkin. Qolganlari tiniqlikning yo'qolishi bilan interpolyatsiya orqali erishiladi. Bundan tashqari, juda past ruxsatlar (masalan, 320 × 200) ko'p monitorlarda umuman ko'rsatilmaydi. Rangli gamut va ranglarning aniqligi mos ravishda plazma panellari va CRTlarga qaraganda past. Ko'pgina monitorlarda yorqinlikni uzatishda tuzatib bo'lmaydigan notekislik mavjud (gradientlardagi bantlar).

Ko'pgina LCD monitorlar nisbatan past kontrast va qora chuqurlikka ega. Haqiqiy kontrastni oshirish ko'pincha orqa yorug'likning yorqinligini noqulay qiymatlarga qadar oshirish bilan bog'liq. Matritsaning keng qo'llaniladigan porloq qoplamasi faqat yorug'lik sharoitida sub'ektiv kontrastga ta'sir qiladi. Matritsalarning doimiy qalinligi uchun qat'iy talablar tufayli bir xil rang notekisligi (orqa yorug'likning notekisligi) muammosi mavjud. Haqiqiy tasvirni o'zgartirish tezligi CRT va plazma displeylarga qaraganda pastligicha qolmoqda.

Kontrastning ko'rish burchagiga bog'liqligi hali ham texnologiyaning muhim kamchiliklari hisoblanadi.

Ommaviy ishlab chiqarilgan LCD monitorlar shikastlanishdan yaxshi himoyalanmagan. Shisha bilan himoyalanmagan matritsa ayniqsa sezgir. Kuchli bosim bilan qaytarib bo'lmaydigan buzilish mumkin.

Suyuq kristalli displeylar

Odatda jamoat joylaridagi o'yin-kulgi xonasida yoki kinoteatrlar foyesida o'rnatilgan turli xil elektron o'yinlar qanchalik mashhur bo'lganligi ma'lum. Matritsali suyuq kristall displeylarning rivojlanishidagi yutuqlar bunday o‘yinlarni miniatyura, ta’bir joiz bo‘lsa, cho‘ntak versiyasida yaratish va ommaviy ishlab chiqarish imkonini berdi.

Rossiyadagi birinchi bunday o'yin mahalliy sanoat tomonidan o'zlashtirilgan "Xo'sh, kuting!" O'yini edi. Ushbu o'yinning o'lchamlari noutbuknikiga o'xshaydi va uning asosiy elementi suyuq kristalli matritsali displey bo'lib, unda bo'ri, quyon, tovuqlar va oluklar bo'ylab dumalab yurgan moyaklar tasvirlari aks ettiriladi. O'yinchining vazifasi, boshqaruv tugmachalarini bosib, bo'rini trubadan trubaga o'tayotganda, tuproqqa tushib, sinib ketishining oldini olish uchun trubadan pastga dumalab tushayotgan tuxumlarni savatga tushirishdir. Bu erda shuni ta'kidlaymizki, ko'ngilochar maqsadlardan tashqari, bu o'yinchoq soat va budilnik vazifasini bajaradi, ya'ni boshqa ish rejimida displeyda vaqt ko'rsatiladi va kerakli vaqtda ovozli signal berilishi mumkin.

Har qanday LCD displeyning markazida dizayn printsipi mavjud. LCD displeyning keyingi qatlamlari uchun asos polarizatsiya plyonkalari bilan qoplangan ikkita parallel shisha plitalardir. Bir-biriga perpendikulyar yo'naltirilgan yuqori va pastki polarizatorlar mavjud. Kelajakda tasvir paydo bo'ladigan joylarda shisha plitalarga shaffof metall oksidi plyonkasi qo'llaniladi, keyinchalik u elektrodlar bo'lib xizmat qiladi. Ko'zoynak va elektrodlarning ichki yuzasiga polimer tekislash qatlamlari qo'llaniladi, ular keyinchalik jilolanadi, bu ularning yuzasida LC bilan aloqa qilganda mikroskopik uzunlamasına yivlarning paydo bo'lishiga yordam beradi. Nivelirlash qatlamlari orasidagi bo'shliq LC moddasi bilan to'ldiriladi. Natijada, LC molekulalari tekislash qatlamini silliqlash yo'nalishi bo'yicha qatorlanadi.

Yuqori va pastki tekislash qatlamlarining silliqlash yo'nalishlari perpendikulyar (polarizatorlarning yo'nalishiga o'xshash). Bu LC molekulalarining qatlamlarini ko'zoynaklar orasidagi 90 ° ga dastlabki "burilish" uchun zarurdir. Tekshirish elektrodlariga kuchlanish qo'llanilmaganda, yorug'lik oqimi pastki polarizatordan o'tib, suyuq kristall qatlamlari bo'ylab harakatlanadi, bu uning polarizatsiyasini silliq o'zgartiradi va uni 90 ° burchak ostida aylantiradi. Natijada, LC materialidan chiqqandan keyin yorug'lik oqimi yuqori polarizatordan (pastki qismga perpendikulyar yo'naltirilgan) to'sqinliksiz o'tadi va kuzatuvchiga etib boradi. Rasmga tushirish amalga oshirilmaydi. Elektrodlarga kuchlanish qo'llanilganda, ular o'rtasida elektr maydoni hosil bo'ladi, bu esa LC molekulalarining qayta yo'nalishini keltirib chiqaradi. Molekulalar maydon chiziqlari bo'ylab bir elektroddan ikkinchisiga yo'nalishda to'planishga moyildirlar. Natijada, polarizatsiyalangan yorug'likning "burilish" ta'siri yo'qoladi, elektrod ostida uning konturlarini takrorlaydigan soya mintaqasi paydo bo'ladi. Yoqilgan elektrod ostida yorug'lik fon maydoni va qorong'i maydon hosil bo'lgan tasvir yaratiladi. Elektrod egallagan maydonning konturlarini o'zgartirib, turli xil tasvirlarni hosil qilish mumkin: harflar, raqamlar, piktogrammalar va boshqalar. Belgilar LCD-lari shunday yaratiladi. Va elektrodlar majmuasini (ortogonal matritsa) yaratishda siz elektrodlar soniga qarab aniqlangan o'lchamlari bilan grafik LCD olishingiz mumkin.

Televizor ekrani sifatida ishlatiladigan matritsali displeyga qo'yiladigan talablar elektron o'yinchoq va tarjimon lug'atiga qaraganda tezlik va elementlar soni jihatidan ancha yuqori bo'lib chiqadi. Televizion standartga muvofiq, ekrandagi tasvir 625 satrdan (va har bir satr taxminan bir xil miqdordagi elementlardan iborat) va bitta kadrni yozish vaqti 40 ms ekanligini eslasak, bu aniq bo'ladi. . Shuning uchun, LCD televizorni amaliy amalga oshirish yanada qiyin vazifadir. Shunga qaramay, olimlar va dizaynerlar ushbu muammoni texnik jihatdan hal qilishda ham katta muvaffaqiyatlarga erishdilar. Shunday qilib, Yaponiyaning Sony kompaniyasi rangli tasvirli va deyarli kaftingizga sig'adigan 3,6 sm ekranli miniatyura televizorini ishlab chiqarishni yo'lga qo'ydi.

Xulosa

Suyuq kristallarning mavjudligi nisbatan uzoq vaqtdan beri ma'lum, ammo o'ttiz yil oldin amalga oshirilishi mumkin bo'lgan ko'plab tajribalar endigina amalga oshirildi. Ularning termografiya va elektro-optik displeylarda potentsial qo'llanilishining ahamiyati faqat o'n yil oldin tushunilgan. Oxirgi tadqiqotlar shuni ko'rsatdiki, suyuq kristallning tuzilishi nihoyatda harakatchan va o'zgaruvchan: uni o'zgartirish uchun kichik tashqi ta'sirlar etarli va bu darhol moddaning makroskopik xususiyatlarining o'zgarishiga olib keladi. Shuning uchun suyuq kristallar xossalari nazorat harakatlari yordamida o'zgartirilishi mumkin bo'lgan noyob materialdir.

Suyuq kristallar fan va texnologiyada katta rol o'ynadi. Suyuq kristallar radioelektronika va optoelektronika uchun katta qiziqish uyg'otadi. Hozirgi vaqtda soatlar, minikalulyatorlar va boshqalar uchun suyuq kristall indikatorlarni sanoat ishlab chiqarish yo'lga qo'yildi.Ularning o'ziga xos xususiyati juda kam quvvat iste'moli, past nazorat kuchlanishi bo'lib, miniatyura quvvat manbalaridan foydalanishni osonlashtiradigan miniatyura elektron qurilmalar bilan ko'rsatkichlarni birlashtirish imkonini beradi. uzoq xizmat muddati bilan.

Adabiyotlar ro'yxati

suyuq kristalli optik dielektrik

1.A.P. Kapustin Suyuq kristallarning elektro-optik va akustik xususiyatlari. -M.: Nauka, 1973 yil.

.A. Adamchik, Z. Strugalskiy Suyuq kristallar - M .: Sovet radiosi, 1979 yil.

.L.M. Blinov, SA Pikin Moddaning suyuq kristall holati. -M.: Bilim, 1986 yil.

4.De Zhen P. Suyuq kristallar fizikasi. - Per. ingliz tilidan. ed. A.F. Sonina. - M.: Mir, 1977 yil.

.Pikin S.A., Blinov L.M. suyuq kristallar. - M.: Nauka, 1982 yil.

Rossiya Federatsiyasi Fan va ta'lim federal agentligi

Irkutsk davlat texnika universiteti

Fizika kafedrasi

ESSE

mavzusida: Suyuq kristallar va ularning

suyuq kristallda qo'llash

Bajarildi:

EL-03-1 talabalar guruhi

Moroz Ya.V.

Tekshirildi:

o'qituvchilar

Sozinova T.V.

Shishilova T.I.

Irkutsk, 2005 yil

1. Suyuq kristallar nima 3

1.1. Suyuq kristallar 3

1.2. Suyuq kristall turlari 4

1.3. Ilova 5

2. LCD monitorlar 6

2.1. TN - kristallar 6

2.2. LCD 8 anatomiyasi

2.3. TFT displeylari 8

2.4. Ferrodielektrik suyuq kristallar 12

2.5. Plazma manzilli suyuq kristall (PALC) 12

3. Natijalar 13

1.1 SUYUK KRISTAL - materiyaning suyuq va qattiq holatlar orasidagi oraliq holati. Suyuqlikdagi molekulalar erkin aylanadi va istalgan yo'nalishda harakatlanadi. Kristalli qattiq jismda ular kristall panjara deb ataladigan muntazam geometrik to'rning tugunlarida joylashgan bo'lib, faqat o'zlarining sobit pozitsiyalarida aylana oladilar. Suyuq kristallda molekulalarning joylashishida ma'lum darajada geometrik tartib mavjud, ammo harakat erkinligiga ham ruxsat beriladi.

1-rasm. Suyuq kristallning kattalashtirilgan tasviri.

Suyuq kristallning holatini 1888 yilda avstriyalik botanik F. Reynitser kashf etgan deb ishoniladi. U xolesteril benzoat deb ataladigan organik qattiq moddaning harakatini o'rgandi. Bu birikma qizdirilganda qattiq holatdan loyqa ko'rinishga ega bo'lib, hozir suyuq kristall deb ataladi, keyin esa shaffof suyuqlikka aylanadi; sovutishda transformatsiyalar ketma-ketligi teskari tartibda takrorlandi. Reinitser, shuningdek, qizdirilganda suyuq kristallning rangi o'zgarishini ta'kidladi - qizildan ko'k rangga, sovutilganda teskari tartibda takrorlanadi. Hozirgacha topilgan deyarli barcha suyuq kristallar organik birikmalardir; Barcha ma'lum bo'lgan organik birikmalarning taxminan 50% qizdirilganda suyuq kristallar hosil qiladi. Adabiyotda ba'zi gidroksidlarning suyuq kristallari ham tasvirlangan (masalan, Fe 2 O 3 x H2O).

suyuq kristallar , suyuq kristall holat, mezomorf holat - moddaning suyuqlik (suyuqlik) xususiyatlariga va qattiq kristallarning ba'zi xususiyatlariga (xususiyatlarning anizotropiyasi) ega bo'lgan holati. J. molekulalari tayoq yoki choʻzilgan plastinka shaklida boʻlgan moddalar hosil qiladi. Termotrop va liotrop suyuq kristallar farqlanadi.Birinchisi ma'lum bir harorat oralig'ida mezomorf holatda mavjud bo'lgan alohida moddalar bo'lib, undan pastda modda qattiq kristall, undan yuqorida u oddiy suyuqlikdir. Misollar:

paraazoksianizol (114-135 ° S harorat oralig'ida), azoksibenzoy kislotasi etil efiri

(100-120 ° S), xolesterin propil efir (102-116 ° S). Liotrop suyuq kristallar - bu ma'lum moddalarning ma'lum erituvchilardagi eritmalari. Misollar: sintetik polipeptidlarning suvli eritmalari sovun eritmalari (poli-g-benzil- L-glutamat) bir qator organik erituvchilarda (dioksan, dikloroetan).

1.2 Suyuq kristallarning turlari .

Suyuq kristall olishning ikki yo'li mavjud. Ulardan biri yuqorida xolesteril benzoat haqida gapirganda tasvirlangan. Ayrim qattiq organik birikmalar qizdirilganda ularning kristall panjarasi parchalanadi va suyuq kristall hosil bo'ladi. Agar harorat yanada oshirilsa, suyuq kristall haqiqiy suyuqlikka aylanadi. Qizdirilganda hosil bo'lgan suyuq kristallar termotropik deyiladi. 1960-yillarning oxirida xona haroratida suyuq kristall bo'lgan organik birikmalar olindi.

Termotrop suyuq kristallarning ikkita klassi mavjud: nematik (filamentli) va smektik (yog 'yoki shilliq). Nematik suyuq kristallarni ikki toifaga bo'lish mumkin: oddiy va xolesterik-nematik (burmali nematiklar).

2-rasm. TERMOTROP SUYUQ KRISTALLAR, molekulyar qadoqlash sxemasi. Smektik sinfda (smektik D dan tashqari) molekulalar qatlamlarda joylashgan. Har bir molekula o'z qatlamida qoladi, lekin qatlamlar bir-biriga nisbatan siljishi mumkin. Nematik suyuq kristallarda molekulalar barcha yo'nalishlarda harakatlanishi mumkin, ammo ularning o'qlari doimo bir-biriga parallel bo'lib qoladi. Xolesterik-nematik suyuq kristallarda molekulalarning o'qlari qatlam tekisligida yotadi, lekin ularning orientatsiyasi qatlamdan qatlamga spiral kabi o'zgaradi. Ushbu spiral burilish tufayli xolesterik suyuq kristallarning yupqa plyonkalari qutblangan yorug'likning qutblanish tekisligini aylantirish uchun g'ayrioddiy yuqori qobiliyatga ega. lekin- smektik; b- nematik; ichida- xolesterik.

1.3 Ilova.

Suyuq kristallardagi molekulalarning joylashishi harorat, bosim, elektr va magnit maydonlari kabi omillar ta'sirida o'zgaradi; molekulalarning joylashuvidagi o'zgarishlar rang, shaffoflik va uzatiladigan yorug'likning qutblanish tekisligini aylantirish qobiliyati kabi optik xususiyatlarning o'zgarishiga olib keladi. (Xolesterik-nematik suyuq kristallarda bu qobiliyat juda yuqori.) Suyuq kristallarning ko'plab qo'llanilishi bularning barchasiga asoslanadi. Masalan, rangning haroratga bog'liqligi tibbiy diagnostika uchun ishlatiladi. Bemorning tanasiga ma'lum suyuq kristall materiallarni qo'llash orqali shifokor kasallikdagi to'qimalarni rangi o'zgarishi bilan osongina aniqlashi mumkin, bu to'qimalarda issiqlik miqdori ko'payadi. Rangning haroratga bog'liqligi, shuningdek, mahsulot sifatini ularni buzmasdan nazorat qilish imkonini beradi. Agar metall mahsulot qizdirilsa, uning ichki nuqsoni sirtdagi harorat taqsimotini o'zgartiradi. Ushbu nuqsonlar sirtga yotqizilgan suyuq kristall materialning rangi o'zgarishi bilan aniqlanadi.

Ko'zoynaklar yoki plastmassa plitalar orasiga o'ralgan suyuq kristallarning yupqa plyonkalari indikator qurilmalari sifatida keng qo'llanilishini topdi (to'g'ri tanlangan plyonkaning turli qismlariga past kuchlanishli elektr maydonlarini qo'llash orqali ko'zga ko'rinadigan shakllarni olish mumkin, masalan, shakllangan). , shaffof va shaffof bo'lmagan joylar bo'yicha). Suyuq kristallar soatlar va kichik kalkulyatorlar ishlab chiqarishda keng qo'llaniladi. Yupqa suyuq kristall ekranli tekis panelli televizorlar yaratilmoqda. Nisbatan yaqinda suyuq kristall matritsalar asosidagi uglerod va polimer tolalar olindi.

2. LCD monitorlar

Suyuq kristall displeylar bilan tanishligimiz ko'p yillar davomida davom etmoqda va uning tarixi kompyuterdan oldingi davrga borib taqaladi. Bugungi kunda odam qo'l soatiga qarasa, printer holatini tekshirsa yoki noutbuk bilan ishlasa, u beixtiyor suyuq kristallar hodisasiga duch keladi. Bundan tashqari, ushbu texnologiya CRT monitorlarining an'anaviy domeniga - shaxsiy kompyuterlar uchun ish stoli displeylariga tajovuz qiladi.

LCD texnologiyasi yorug'likning polarizatsiya kabi xususiyatlaridan foydalanishga asoslangan. Inson ko'zi to'lqinning qutblanish holatlarini ajrata olmaydi, lekin ba'zi moddalar (masalan, polaroid plyonkalar) yorug'likni faqat ma'lum bir qutblanish bilan uzatadi. Agar siz ikkita polaroidni - biri vertikal qutblanishga ega sekinlashtiruvchi nurni, ikkinchisini esa gorizontal qutblanishni olib, ularni bir-biriga qarama-qarshi qo'ysangiz, yorug'lik bunday tizimdan o'tolmaydi (3-rasm).

3-rasm yorug'likning polarizatsiyasi.

Yorug'likning qutblanishini plyonkalar orasidagi bo'shliqda tanlab aylantirib, biz yorqin va qorong'i joylarni - piksellarni hosil qilishimiz mumkin. Agar siz optik faol kristallar bilan kesishgan plastinkadan foydalansangiz, bu mumkin (ular shunday nomlanadi, chunki ular assimetrik molekulalarining xususiyatlari tufayli yorug'lik qutblanishini o'zgartirishi mumkin).

Ammo displey ma'lumotlarning dinamik ko'rinishini nazarda tutadi va oddiy kristallar bu erda bizga yordam bera olmaydi. Ularning suyuq hamkasblari yordamga keladi. Suyuq kristallar - molekulalarni joylashtirishning ma'lum bir tartibiga ega suyuqliklar, buning natijasida mexanik, magnit va biz uchun eng qizig'i, elektr va optik xususiyatlarning anizotropiyasi paydo bo'ladi.

Elektr xususiyatlarining anizotropiyasi va suyuqlikning mavjudligi tufayli molekulalarning afzal yo'nalishini nazorat qilish va shu bilan kristalning optik xususiyatlarini o'zgartirish mumkin. Va ularning ajoyib xususiyati bor - molekulalarning o'ziga xos cho'zilgan shakli va ularning parallel joylashishi ularni juda samarali polarizatorga aylantiradi. Keling, LCD displeylarning elementar xilma-xilligini - buralgan nematik kristallarda (Twisted Nematic - TN) o'rganishni boshlaylik.

2.1 TN - kristallar.

Nematik suyuq kristalning molekulalari paraddagi askarlar kabi bir qatorda turishi ularning o'zaro ta'sir kuchlarining anizotropiyasining natijasidir. Erkin suyuq kristallda rejissyorning pozitsiyasini makroskopik nuqtai nazardan bashorat qilishning iloji yo'q, shuning uchun u qaysi tekislikda yorug'lik qutblanishini oldindan aniqlash mumkin emas.

Ma'lum bo'lishicha, molekulalarga u yoki bu yo'nalishni berish juda oddiy, shunchaki ko'plab mikroskopik parallel yivlari bo'lgan plastinka (bizning maqsadlarimiz uchun shaffof, masalan, shisha) qilish kerak (ularning kengligi minimal o'lchamga mos kelishi kerak). shakllanayotgan tasvir elementi).

suyuq kristallar(qisqartirilgan LCD; eng. l suyuqlik c kristallar, LC) - ba'zi moddalar ma'lum sharoitlarda (harorat, bosim, eritmadagi konsentratsiya) o'tadigan faza holati. Suyuq kristallar bir vaqtning o'zida suyuqlik (suyuqlik) va kristallar (anizotropiya) xususiyatlariga ega. Tuzilishiga ko'ra, LC - bu suyuqlikning butun hajmi bo'ylab ma'lum bir tarzda tartiblangan cho'zilgan yoki disk shaklidagi molekulalardan tashkil topgan yopishqoq suyuqliklar. LC larning eng xarakterli xususiyati ularning elektr maydonlari ta'sirida molekulalarning yo'nalishini o'zgartirish qobiliyatidir, bu ularni sanoatda qo'llash uchun keng imkoniyatlar ochadi. LC turiga ko'ra, ular odatda ikkita katta guruhga bo'linadi: nematiklar va smektikalar. O'z navbatida, nematiklar tegishli nematik va xolesterik suyuq kristallarga bo'linadi.

Suyuq kristallarning kashf etilishi tarixi

Ilmiy dalil Karlsrue universiteti professori Otto Leman tomonidan ko'p yillik izlanishlardan so'ng keltirildi, ammo 1904 yilda u tomonidan yozilgan "Suyuq kristallar" kitobi paydo bo'lgandan keyin ham kashfiyot qo'llanilmadi.

Suyuq kristallar fizikasiga asosiy hissa sovet olimi V. K. Frederiks tomonidan qo'shilgan.

Suyuq kristallardan birinchi amaliy foydalanish 1936 yilda Marconi Wireless Telegraph kompaniyasi o'zining elektro-optik yorug'lik klapanini patentlaganida paydo bo'ldi.

Liotropik LClarda ishlaydigan ko'plab elektro-optik qurilmalarning xarakteristikalari ularning elektr o'tkazuvchanligining anizotropiyasi bilan belgilanadi, bu esa, o'z navbatida, elektron qutblanishning anizotropiyasi bilan bog'liq. Ba'zi moddalar uchun LC xususiyatlarining anizotropiyasi tufayli elektr o'tkazuvchanligi o'z belgisini o'zgartiradi. Misol uchun, n-oktiloksibenzoy kislotasi uchun u 146 ° C haroratda noldan o'tadi va bu mezofazaning strukturaviy xususiyatlari va molekulalarning polarizatsiyasi bilan bog'liq. Nematik faza molekulalarining yo'nalishi, qoida tariqasida, eng yuqori o'tkazuvchanlik yo'nalishiga to'g'ri keladi.

Hayotning barcha shakllari u yoki bu tarzda tirik hujayraning faoliyati bilan bog'liq bo'lib, ularning ko'p strukturaviy aloqalari suyuq kristallar tuzilishiga o'xshaydi. Ajoyib dielektrik xususiyatlarga ega [ ], FA hujayra ichidagi heterojen sirtlarni hosil qiladi, ular hujayra va atrof-muhit o'rtasidagi, shuningdek, alohida hujayralar va to'qimalar o'rtasidagi munosabatlarni tartibga soladi, hujayraning tarkibiy qismlariga zarur inertlikni ta'minlaydi, uni fermentativ ta'sirdan himoya qiladi. ]. Shunday qilib, FA xatti-harakatlarida qonuniyatlarning o'rnatilishi molekulyar biologiyaning rivojlanishida yangi istiqbollarni ochadi [ ] .

Suyuq kristall ilovalari

Suyuq kristallardan foydalanishning muhim usullaridan biri bu termografiya. Suyuq kristall moddaning tarkibini tanlab, turli xil harorat diapazonlari va turli dizaynlar uchun ko'rsatkichlar yaratiladi. Masalan, plyonka shaklidagi suyuq kristallar tranzistorlar, integral mikrosxemalar va elektron sxemalarning bosilgan elektron platalariga qo'llaniladi. Noto'g'ri elementlar - juda issiq yoki sovuq, ishlamaydigan - yorqin rangli dog'lar bilan darhol seziladi. Shifokorlar yangi imkoniyatlarga ega bo'lishdi: bemorning terisida suyuq kristalli indikator tezda yashirin yallig'lanishni va hatto o'simtani aniqlaydi.

Suyuq kristallar yordamida zararli kimyoviy birikmalarning bug'lari va inson salomatligi uchun xavfli gamma va ultrabinafsha nurlanish aniqlanadi. Suyuq kristallar asosida bosim o'lchagichlar va ultratovush detektorlari yaratilgan.

Ammo suyuq kristall moddalarni qo'llashning eng istiqbolli sohasi - bu axborot texnologiyalari: hamma uchun tanish bo'lgan birinchi ko'rsatkichlardan elektron soatlardan rangli LCD televizorlargacha. Bunday televizorlar juda yuqori sifatli tasvirni ta'minlaydi, CRT televizorlariga qaraganda kamroq energiya sarflaydi. Suyuq kristall displeylar 1927 yilda kashf etilgan Freedericksz birikmasidan foydalanadi.

M. G. Tomilin tasvirlarni saqlash uchun ikki bosqichli fotografiya texnologiyalarida suyuq kristallardan foydalanishni taklif qildi, tashqi ta'sirlarni ro'yxatga olish mezofazada, saqlash esa qattiq kristall holatda bo'ladi.

Suyuq kristallar yorug'lik o'tkazish koeffitsientini o'zgartira oladigan "aqlli shisha" ishlab chiqarishda qo'llaniladi.

Ishlab chiqarish

Suyuq kristallarning asosiy ishlab chiqaruvchisi Germaniyaning Merck kompaniyasidir. Bu LCD displey komponentlariga jahon talabining yarmidan ko‘pini ta’minlaydi. U innovatsion UB-FFS suyuq kristall ishlab chiqarish texnologiyasini ishlab chiqqanligi uchun "Displeylar uchun komponentlar" nominatsiyasida SID-2015 (Axborot displeylari jamiyati) Axborot displeylarini ishlab chiquvchilar va ishlab chiqaruvchilar assotsiatsiyasining yillik mukofotining oltin medaliga sazovor bo'ldi.

Havolalar

Eslatmalar

1. Shibaev. G'ayrioddiy kristallar yoki sirli suyuqliklar (neopr.) // Soros Educational Journal. - 1996 yil - 11-son. - S. 41.
2. Reinitser, Fridrix. Beiträge zur Kenntniss des Cholesterins (neopr.) // Monatshefte für Chemie (Viya). - 1888. - V. 9, 1-son. - 421-441-betlar. -