Реферат з фізики
Виконав студент I курсу групи Н-5972 Глухенький Р.Є.
Далекосхідний Державний Технічний Університет
Владивосток 2006
Введення
Незвичайне поєднання слів "рідкі кристали", ймовірно, багатьом вже знайоме, хоча далеко не всі собі уявляють, що ж стоїть за цим дивним і, здавалося б суперечливим поняттям. Рідкі кристали володіють подвійними властивостями, поєднуючи в собі властивість рідин (плинність) і властивість кристалічних тіл (Анізотропію). Їх поведінка не завжди вдається описати за допомогою звичних методів і понять. Але саме в цьому і поміщена їх привабливість д ля дослідників, що прагнуть пізнати ще незвідане. У той же час, мабуть, кожен другий (ну, може бути третій!) людина носить при собі рідкокристалічні (РК) індикатори і по кілька десятків разів на день поглядає на свої електронні годинники. РК-циферблат яких акуратно відраховує години, хвилини, секунди, а іноді й частки секунд. Саме РК-індикатори є основою сучасних калькуляторів, портативних комп'ютерів "Notebooks", мініатюрних плоских екранів телевізорів, словників-перекладачів, пейджерів і багатьох інших сучасних електронних технічних і побутових приладів та пристроїв.
Світове виробництво РК-індикаторів та дисплеїв обчислюється мільярдами, і за прогнозами буде збільшуватися й далі. Вже зараз без перебільшення можна сказати, що прогрес і розвиток низки галузей науки і техніки немислимі без розвитку досліджень в області рідких кристалів. Не менший інтерес являють собою рідкі кристали з погляду біології і процесів життєдіяльності. Функціонування клітинних мембран і ДНК, передача нервових імпульсів, робота м'язів, формування атеросклеротичних бляшок - ось далеко неповний перелік процесів, що протікають в ЖК-фазі, з притаманними цій фазі особливостями - схильністю до самоорганізації та збереженні високої молекулярної рухливості. Світ рідких кристалів лов нескінченно великий і охоплює найширше коло природ вих та синтетичних об'єктів, привертаючи увагу не тільки вчених - фіз іков, хіміків та біологів, але й дослідників-практиків, що працюють в самих різноманітних від расло сучасної техніки.
1. Історія відкриття рідких кристалів
Зі часу відкриття рідких кристалів пройшло більше 100 років. Вперше їх виявив австрійський ботанік Фрідріх Рейнитцер, спостерігаючи дві точки плавлення складного ефіру холестерину - холестерилбензоат (рис.1).
Рис.1
Перше РК-з'єднання - холестерилбензоат і діаграма, що ілюструє температурну область існування РК-фази.
При температурі плавлення (Tпл), 1450C, кристалічна речовина перетворювалося на каламутну, сильно розсіюють світло рідина, яка при 1790C ставала прозорою. У відмінності від точки плавлення температуру, при якій відбувалося просвітлення зразка, Рейнитцер назвав точкою просвітління (Tпр). Вражений цим надзвичайним явище, що свідчить начебто про подвійному плавленні, Рейнитцер відправив свої препарати німецькому кристалографії Отто Леману з проханням допомогти розібратися в дивній поведінці холестерілбенозоата. Досліджуючи їх за допомогою поляризаційного мікроскопа, Леман встановив, що каламутна фаза, спостережувана Рейнитцер, є анізотропної. Оскільки властивості анизотропии притаманне твердому кристалу, а речовина у мутній фазі було рідким, Леман назвав його рідким кристалом.
З Відтоді речовини, здатні в певному температурному інтервалі вище точки плавлення поєднувати одночасно властивості рідин (плинність, здатність до утворенню крапель) і властивості кристалічних тіл (анизотропии), стали називатися рідкими кристалами або рідкокристалічними. РК-речовини часто називають мезоморфного, а утворену ними РК-фазу - мезофази (від грец. "Мезос" - проміжний).
Таке стан є термодинамічним стабільним фазовим станом і по праву на ряду з твердим, рідким і газоподібним може розглядатися як четверте стан речовини.
Однак розуміння природи ЖК-стану речовин встановлення та дослідження їх структурної організації приходить значно пізніше. Серйозне недовіру до самому факту
існування таких незвичайних сполук у 20 - 30-х роках змінилося їх активним дослідженням. Роботи Д. Форлендер в Німеччині багато в чому сприяли синтезу нових
РК-з'єднань. Досить сказати, що під його керівництвом було виконано 85 дисертацій з рідким кристалам. Французький учений Ж. Фрідель запропонував першу класифікацію рідких кристалів, голландець С. Озеен і чех Х. Цохер створили теорію пружності, російські вчені В.К. Фредерікс і В.М. Цвєтков у СРСР в 30-х роках вперше досліджували поведінку рідких кристалів в електричних і магнітних полях. Однак те 60-х років вивчення рідких кристалів не представляло істотного практичного інтересу, і всі наукові дослідження мали досить обмежений, суто академічний інтерес.
Ситуація різко змінилася в середині 60-х років, коли у зв'язку з бурхливим розвитком мікроелектроніки та мікромініатюризації приладів знадобилися речовини, здатні відображати і передавати інформацію, споживаючи при цьому мінімум енергії. І ось тут на допомогу прийшли рідкі кристали, двоїстий характер яких (Анізотропія властивостей і висока молекулярна рухливість) дозволили створити керовані зовнішнім електричним полем швидкодіючі й економічні РК-індикатори, що є по суті основним елементом багатомільйонної "Армії" годин, калькуляторів, пласких екранів телевізорів і т. д.
Рідкокристалічний бум, в свою чергу, стимулював активну наукову діяльність, скликалися міжнародні симпозіуми та конференції по рідким кристалам, організовувалися школи для молодих науковців, випускалися збірники та монографії.
2. Рідкий кристал
Рідкий кристал - стан речовини, проміжне між рідким і твердим станами. В рідини молекули можуть вільно обертатися та переміщатися в будь-яких напрямках. У кристалічному твердому тілі вони розташовані по вузлах правильної геометричної сітки, званої кристалічною решіткою, і можуть лише обертатися в своїх фіксованих позиціях. У рідкому кристалі є деяка ступінь геометричній упорядкованості в розташуванні молекул, але допускається і деяка свобода переміщення.
.
Малюнок 2. Збільшене зображення рідкого кристала
Вважається, що стан рідкого кристала відкрив в 1888 австрійський ботанік Ф.Рейнітцер. Він вивчав поведінку органічного твердої речовини, званого холестерилбензоат. При нагріванні це з'єднання переходило з твердого в каламутне на вигляд стан, нині зване рідкокристалічним, а потім в прозору рідину; при охолодженні послідовність перетворень повторювалася у зворотному порядку. Рейнитцер зазначив також, що при нагріванні змінюється колір рідкого кристала - від червоного до синього, з повторенням у зворотному порядку при охолодженні. Майже всі рідкі кристали, виявлені на сьогоднішній день, являють собою органічні сполуки; приблизно 50% всіх відомих органічних сполук при нагріванні утворюють рідкі кристали. У літературі описані також рідкі кристали деяких гідроксидів (наприклад, Fe2O3 В· xH2O).
Рідкі кристали, рідкокристалічний стан, мезоморфное стан - стан речовини, у якому воно має властивості рідини (текучістю) і деякими властивостями твердих кристалів (анізотропією властивостей). Ж. до утворять речовини, молекули яких мають форму паличок або витягнутих пластинок. Розрізняють термотропниє і ліотропні Ж. до Перші - індивідуальні речовини, які існують в мезоморфного стані в певному температурному інтервалі, нижче якого речовина є твердим кристалом, вище - звичайною рідиною. Приклади:
параазоксіанізол (В інтервалі температур 114-135 В° С), етиловий ефір азоксибензойної кислоти
(100-120 В° С), пропіловий ефір холестерину (102-116 В° С). Ліотропні Ж. до - розчини деяких речовин в певних розчинниках. Приклади: водні розчини мильні розчини синтетичних поліпептидів (полі-пЃ§-бензил-L-глутамат) у ряді органічних розчинників (діоксан, дихлоретан).
3. Структура рідких к...
