Пример: Транспортная логистика
Я ищу:
На главную  |  Добавить в избранное  

Физика /

Жидкие кристаллы

Документ 1 | Документ 2 | Документ 3

←предыдущая  следующая→
1 2 3 4 



Скачать реферат


Курсовая работа.

Жидкие кристаллы.

Выполнил:

ученик 10 «ф» класса

гимназии «Эврика»

Мамаев Виктор

Научный руководитель:

Иванов В.Г.

Великий Новгород

2005

Содержание.

Введение

1. История открытия жидких кристаллов

2. Молекулярное строение и структура жидких кристаллов.

2.1. Термотропные жидкие кристаллы

2.2. Лиотропные жидкие кристаллы

3. Анизотропия физических свойств — основная особенность жидких кристаллов.

4. Как управлять жидкими кристаллами

5. Как управлять холестерической спиралью

Заключение

Введение

Необычное сочетание слов "жидкие кристаллы", вероятно, многим уже знакомо, хотя далеко не все себе представляют, что же стоит за этим странным и, казалось бы противоречи-вым понятием. Эти удивительные вещества удачно сочетают в себе анизотропные свойства кристаллов и текучие свойства жидкостей.

В то же время, вероятно, каждый второй(ну, может быть третий!) человек носит при себе жидкокристаллические(ЖК) индикаторы и по несколько десятков раз в день посматри-вает на свои электронные часы. ЖК-циферблат которых аккуратно отсчитывает часы, мину-ты, секунды, а иногда и доли секунд. Именно ЖК-индикаторы являются основой современ-ных калькуляторов, портативных компьютеров "Notebooks", миниатюрных плоских экранов телевизоров, словарей-переводчиков, пейджеров и многих других современных электронных технических и бытовых приборов и устройств.

Мировое производство ЖК-индикаторов и дисплеев исчисляется миллиардами и ,по прогнозам будет увеличиваться и дальше. Уже сейчас без преувеличения можно сказать, что прогресс и развитие ряда отраслей науки и техники немыслимы без развития исследований в области жидких кристаллов. Не меньший интерес представляют собой жидкие кристаллы с точки зрения биологии и процессов жизнедеятельности. Функционирование клеточных мем-бран и ДНК, передача нервных импульсов, работа мышц, формирование аттеросклеротиче-ских бляшек — вот далеко неполный перечень процессов, протекающих в ЖК-фазе, с прису-щими этой фазе особенностями — склонностью к самоорганизации и сохранении высокой молекулярной подвижности.

1. История открытия жидких кристаллов.

Со времени открытия жидких кристаллов прошло более 100 лет. Впервые их обна-ружил австрийский ботаник Фридрих Рейнитцер, наблюдая две точки плавления сложного эфира холестерина — холестерилбензоата (рис.1).

Рис.1

Первое ЖК-соединение — холестерилбензоат и диаграмма, иллюстрирующая температурную область существования ЖК-фазы.

При температуре плавления (Tпл), 1450C, кристаллическое вещество превращалось в мутную, сильно рассеивающую свет жидкость, которая при 1790C становилась прозрачной. В отличии от точки плавления температуру, при которой происходило просветление образца, Рейнитцер назвал точкой просветления (Tпр). Пораженный этим необычайным явление, сви-детельствующим как будто о двойном плавлении, Рейнитцер отправил свои препараты не-мецкому кристаллографу Отто Леману с просьбой помочь разобраться в странном поведении холестерилбенозоата. Исследуя их при помощи поляризационного микроскопа, Леман уста-новил, что мутная фаза, наблюдаемая Рейнитцером, является анизатропной. Поскольку свой-ства анизотропии присуще твердому кристаллу, а вещество в мутной фазе было жидким, Ле-ман назвал его жидким кристаллом.

С тех пор вещества, способные в определенном температурном интервале выше точ-ки плавления сочетать одновременно свойства жидкостей (текучесть, способность к образо-ванию капель) и свойства кристаллических тел (анизотропии), стали называться жидкими кристаллами или жидкокристаллическими. ЖК-вещества часто называют мезоморфными, а образуемую ими ЖК-фазу — мезофазой (от греч. "мезос" — промежуточный). Такое состоя-ние является термодинамически стабильным фазовым состоянием и по праву на ряду с твер-дым, жидким и газообразным может рассматриваться как четвертое состояние вещества.

Однако понимание природы ЖК-состояния веществ установление и исследование их структурной организации приходит значительно позднее. Серьезное недоверие к самому фак-ту существования таких необычных соединений в 20 — 30-х годах сменилось их активным исследованием. Работы Д. Форлендера в Германии во многом способствовали синтезу новых ЖК-соединений. Достаточно сказать, что под его руководством было выполнено 85 диссер-таций по жидким кристаллам. Французский ученый Ж. Фридель предложил первую класси-фикацию жидких кристаллов, голландец С. Озеен и чех Х. Цохер создали теорию упругости, русские ученые В.К. Фредерикс и В.Н. Цветков в СССР в 30-х годах впервые исследовали поведение жидких кристаллов в электрических и магнитных полях. Однако то 60-х годов изучение жидких кристаллов не представляло существенного практического интереса, и все научные исследования имели достаточно ограниченный, чисто академический интерес.

Ситуация резко изменилась в середине 60-х годов, когда в связи с бурным развитием микроэлектроники и микроминиатюризации приборов потребовались вещества, способные отражать и передавать информацию, потребляя при этом минимум энергии. И вот здесь на помощь пришли жидкие кристаллы, двойственный характер которых (анизотропия свойств и высокая молекулярная подвижность) позволили создать управляемые внешним электриче-ским полем быстродействующие и экономичные ЖК-индикаторы, являющиеся по существу основным элементом многомиллионной "армии" часов, калькуляторов, плоских экранов те-левизоров и т. д.

Жидкокристллический бум, в свою очередь, стимулировал активную научную дея-тельность, созывались международные симпозиумы и конференции по жидким кристаллам, организовывались школы для молодых ученых, выпускались сборники и монографии.

Что же представляют собой эти необычные кристаллы и каковы особые свойства, сделавшие их сегодня практически незаменимыми?

2. Молекулярное строение и структура жидких кристаллов.

Сейчас известно уже около сотни тысяч органических веществ, которые могут нахо-диться в ЖК-состоянии, и число таких соединений непрерывно растет. Если первые десяти-летия после открытия жидких кристаллов основными представителями этих соединений яв-лялись только вещества, состоящие из асимметрических молекул стержнеобразной формы, — так называемые каламитики (от греч. "каламис" — тростник), то в последствии было обнару-жено, что в ЖК-состояние могут переходить самые разнообразные вещества, имеющие моле-кулы более сложной формы (диски, пластины и др.). Молекулы ЖК-соединений очень часто называют мезогенами, а группировки или фрагменты малеку, способствующие формирова-нию ЖК-фазы, — мезогенными группами. В таблице 1 приведены примеры стержнеобразных мезогенов — каломитиков, а также химические формулы дискообразных (дискотики) и план-кообразных мезогенов (санидики) (от греч. "санидис" — планка).

Как видно из таблицы 1, среди мезогенных групп чаще всего встречаются бензоль-ные кольца, связанные непосредственно друг с другом с помощью различных химических группировок( –CH=CH–, –CH=N–, –NH–CO и др.). Характерной особенностью всех ЖК-соединений является асимметричная форма малеку, обеспечивающая анизотропию поляри-зуемости и тенденцию к расположению молекул преимущественно параллельно друг другу вдоль их длинных (каламитики и санидики) и коротких (дискотики) осей.

Таблица 1.

Типичные примеры химических соединений, образующих ЖК-фазу

.

2.1.Термотропные жидкие кристаллы

В зависимости от характера расположения молекул согласно классификации, пред-ложенной еще Фриделем, различают три основных типа структур ЖК-соединений: смектиче-ский, нематический и холестерический. Указанные типы структур относятся к так называе-мым термотропным жидким кристаллам, образование которых осуществляется только при термическом воздействии на вещество (нагревание или охлаждение). На рис. 2 показаны схе-мы расположения стержне- и дискообразных молекул в трех перечисленных структурных модификациях жидких кристаллов.

Рис. 2. Основные типы расположения стержне-образных (а-в) и дискообразных (г) молекул в жидких кристаллах: а - смектическая фаза, б - нематическая, в - холесте-рическая, г - дискотическая (n- директор).

Смектический тип жидких кристаллов (смектики – от греч. слова "смегма" – мыло) ближе всего к истинно кристаллическим телам. Молекулы располагаются в слоях, и их цен-тры тяжести подвижны в двух измерениях (на смектической плоскости). При этом длинные оси молекул в каждом слое могут располагаться как перпендикулярно плоскости слоя (орто-гональные смектики), так и под некоторым углом (наклонные смектики). Направление пре-имущественной ориентации осей молекул принято называть директором, который обычно обозначается вектором n (рис. 2, а).

Нематический тип жидких кристаллов (нематики от греч. "нема" — нить) характери-зуется наличием только одномерного ориентационного порядка длинных (каламитики) или коротких (дискотики) осей молекул (рис. 2 б и г соответственно). При этом центры тяжести молекул расположены в пространстве хаотично, что свидетельствует об отсутствии

←предыдущая  следующая→
1 2 3 4 



Copyright © 2005—2007 «Mark5»