XVI Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2024

Введение

Жидкие кристаллы – это такое фазовое состояние, во время которого вещество одновременно обладает как свойствами жидкостей, так и свойствами кристаллов. То есть они обладают текучестью, и вместе с тем им присуща анизотропия – различие свойств данной среды в зависимости от направления внутри нее. Жидкие кристаллы имеют структуру вязких жидкостей, которая состоит из молекул дискообразной формы. Ориентация данных молекул может изменяться при взаимодействии с электрическими полями [1].

История открытия

Жидкие кристаллы открыл в 1888 году австрийский ботаник Фридрих Рейнитцер. Он обратил внимание, что у кристаллов холестерилбензоата и холестерилацетата было две точки плавления и, соответственно, два разных жидких состояния — мутное и прозрачное. Само название «жидкие кристаллы» придумал Отто Леманн в 1904 году. Однако учёные не обратили особого внимания на необычные свойства этих жидкостей [2].

В 1963 г. американец Дж. Фергасон использовал важнейшее свойство жидких кристаллов — изменять цвет под воздействием температуры — для обнаружения невидимых простым глазом неоднородно нагретых участков поверхности [2].

В 1965 г. в США собралась Первая международная конференция, посвящённая жидким кристаллам. В 1968 г. американские учёные создали принципиально новые индикаторы для систем отображения информации [2].

Структура жидких кристаллов

Термотропныеполучаются из нагретого твердого вещества, зависящие от параметров температур и давления. Они представляют три типа: — Смектические — определяются тем, что имеют слоистую структуру, где слои способны перемещаться друг с другом. Имеют высокую вязкость, и также с приближением к поверхности плотность слоя меняется [3].

Нематические — определяются нитеобразной структурой, где вытянутые в длину молекулы, вращаясь вокруг своих осей, скользят вдоль них.

Холистерические — образовались за счет того, что состоят в основном из холестерина. Они немного схожи с нематическими, однако отличие все-таки есть — это их расположение молекул. Молекулы образуют спираль, за счет их поворота относительно друг друга. Особенность такое типа в том, что молекулы очень чувствительны и в зависимости от температуры меняют свое положение [3].

Рис. 1.1 (порядки разных термотропных ЖК) [1].

Физические свойства жидких кристаллов

Анизотропия - жидкие кристаллы обладают анизотропией, то есть их свойства зависят от направления. Это означает, что свойства жидкого кристалла вдоль одной оси могут отличаться от свойств вдоль другой оси. Анизотропия позволяет жидким кристаллам быть чувствительными к внешним воздействиям, таким как электрическое поле или механическое напряжение[4].

Оптические свойства - жидкие кристаллы обладают оптическими свойствами, которые могут быть использованы в различных оптических устройствах. Одно из основных оптических свойств жидких кристаллов – это их способность изменять поляризацию света. При наличии внешнего электрического поля, молекулы жидкого кристалла могут выстраиваться в определенном порядке, что приводит к изменению поляризации проходящего через них света. Это свойство используется в жидкокристаллических дисплеях, где изменение поляризации света позволяет создавать изображения[4].

Термическая стабильность - жидкие кристаллы обладают высокой термической стабильностью, то есть они могут сохранять свои свойства при высоких температурах. Это делает их полезными в приложениях, где требуется работа при повышенных температурах, например, в жидкокристаллических дисплеях для автомобилей или промышленных системах контроля[4].

Электрическая проводимость - некоторые жидкие кристаллы могут обладать электрической проводимостью, то есть они могут передавать электрический ток. Это свойство позволяет использовать жидкие кристаллы в электронике, например, в тонкопленочных транзисторах или сенсорах[4].

Реологические свойства - жидкие кристаллы обладают реологическими свойствами, то есть их поведение может быть описано с помощью реологических моделей. Реологические свойства жидких кристаллов включают вязкость, эластичность и пластичность. Эти свойства позволяют жидким кристаллам быть податливыми к деформациям и изменениям формы, что делает их полезными в различных приложениях, таких как оптические линзы или электронные дисплеи[4].

Рис. 1.2 (Жидкие кристаллы — графическая визуализация) [1].

Применение жидких кристаллов

1. Электроника и дисплеи

Прежде всего следует отметить не наиболее полезное, но наиболее известное применения ЖК – жидкокристаллические дисплеи[1].

Рис. 1.3 (Структура жидкокристаллического дисплея) [1].

Жидкие кристаллы используются в LCD-панелях для создания яркого и четкого изображения. Это происходит благодаря способности жидких кристаллов изменять свою оптическую плоскость под воздействием электрического поля. Также жидкие кристаллы используются в электронных часах, мониторах, телевизорах и других устройствах[4].

2. Термография

Менее популярное, но более важное применение ЖК – это термография. Термография позволяет получить тепловое изображение объекта, в результате регистрации инфракрасного излучения – тепла. Инфракрасные приборы ночного зрения используются пожарными, в случае задымления помещения, с целью обнаружения пострадавших в пожаре. Также они нашли применение у служб безопасности и военных служб[1].

Тепловые изображения позволяют обнаруживать места перегрева, нарушения теплоизоляции, или другие аварийные участки при обслуживании линий электропередачи или строительстве[1].

Рис.1.4 (Применение термографии в обслуживании линий электропередач) [1].

3. Медицина

В медицине жидкие кристаллы используются в различных областях. Они могут быть использованы в медицинских датчиках для измерения различных параметров, таких как температура или давление. Также жидкие кристаллы могут быть использованы в оптической микроскопии для улучшения качества изображения и диагностики различных заболеваний[4].

4. Текстильная промышленность

Жидкие кристаллы могут быть использованы в текстильной промышленности для создания тканей с особыми свойствами. Они могут придавать тканям эластичность, прочность и водоотталкивающие свойства. Также жидкие кристаллы могут быть использованы для создания тканей с изменяемым цветом или узором[4].

Список литературы

1. https://spacegid.com/zhidkie-kristallyi.html

2. https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%96%D0%B8%D0%B4%D0%BA%D0%B8%D0%B5_%D0%BA%D1%80%D0%B8%D1%81%D1%82%D0%B0%D0%BB%D0%BB%D1%8B

3. https://moluch.ru/archive/363/81383/

4. https://nauchniestati.ru/spravka/zhidkie-kristally/

5. https://nauka.club/fizika/zhidkie-kristally.html

Код для цитирования: Скопировать