Выступление на научном совете по проекту Жидкие кристаллы
Выступление
Добрый день! Предлагаю Вашему вниманию проект « Жидкие кристаллы».
Все чаще на страницах научных, а последнее время и научно-популярных журналов появляется термин «жидкие кристаллы» и статьи, посвященные жидким кристаллам.
В повседневной жизни, мы тоже встречаться с термином “жидкие кристаллы”. Мы с ними общаемся, и они играют немаловажную роль в нашей жизни. Многие современные приборы и устройства работают на них. К таким относятся часы, термометры, дисплеи, мониторы и прочие устройства .
Цель моего исследования, выяснить: что же это за вещества с таким парадоксальным названием «жидкие кристаллы» и почему к ним проявляется столь значительный интерес?
В ходе работы передо мною стояли следующие задачи:
1. Ознакомление со структурой строения различных видов жидких кристаллов, их свойствами и принципами действия.
2. Выяснение условий управления жидкими кристаллами.
3. Рассмотрение перспектив актуального развития технологий, работающих на жидких кристаллах.
4. Исследование характеристик мониторов с разными принципами работы.
Впервые образование новой, необычной фазы было замечено австрийским ботаником Ф. Рейнитцером в 1888, изучавшим роль холестерина в растениях. Далее эту теорию подхватил Леман и показал, что мутная промежуточная фаза – это кристаллоподобная структура и предложил для нее термин «жидкий кристалл». А в 1963 г. американец Джорж Фергюсон использовал важнейшее свойство жидких кристаллов - изменять цвет под воздействием температуры - для обнаружения невидимых простым глазом тепловых полей. После того как ему выдали патент на изобретение, интерес к жидким кристаллам резко возрос.
В последние годы бурного изучения жидких кристаллов отечественные исследователи также вносят весомый вклад в развитие учения о жидких кристаллах в целом и, в частности, об оптике жидких кристаллов. Так, работы И. Г. Чистякова, А. П. Капустина, С. А. Бразовского, С. А. Пикина, Л. М. Блинова и многих других советских и российских исследователей широко известны научной общественности и служат фундаментом ряда эффективных технических приложений жидких кристаллов.
Итак, что же такое жидкие кристаллы, в литературе дано много определений, но я считаю что наиболее полное то, которое приведено на экране. Жидкие кристаллы (сокращённо ЖК ) это фазовое состояние, в которое переходят некоторые вещества при определенных условиях (температура, давление, концентрация в растворе).
Посмотрим при каких условиях появляются ЖК?
Нагревая синтезированное им твердое вещество холестерилбензоат, он обнаружил, что при температуре
·1450С кристаллы плавятся и образуют мутную, сильно рассеивающую свет жидкость, ныне называемую жидким кристаллом, которая при дальнейшем нагревании
·1790С становится совершенно прозрачной, то есть начина ет вести себя в оптическом отношении, как обычная жидкость, например вода. Так же у этого соединения имеются две точки плавления, три различные фазы: твердая, жидкокристалическая и жидкая. Интервал этого перехода достаточно велик и составляет 34°С.
Жидкие кристаллы обладают следующими свойствами:
Подобно обычной жидкости, жидкий кристалл обладает текучестью и принимает форму сосуда, в который он помещен.
ЖК обладает свойством, характерным для кристаллов - упорядочиванием в пространстве молекул, образующих кристалл.
Не имеют жёсткую кристаллическую решётку.
Наличие порядка пространственной ориентации молекул. Осуществление более сложного ориентационного порядка молекул, чем у кристаллов.
Рассмотрим свойства подробнее :
Упругость жидкого кристалла- заключается в том, что в жидком кристалле, конкретно нематике, сущест вует корреляция (выстраивание) направлений ориента ции длинных осей молекул.( Это означает, что ес ли по какой-то причине произошло небольшое наруше ние в согласованной ориентации молекул в соседних точ ках нематика, то возникнут силы, которые будут старать ся восстановить порядок, т. е. согласованную ориентацию молекул.)
Флексоэлектрический эффект - означает, что можно не только путем деформации ЖК индуцировать в нем электрическое поле и макроскопический диполь ный момент (прямой эффект), но и, прикладывая к образцу внешнее электрическое поле, вызывать дефор мацию ориентации директора в жидком кристалле.
Текучесть жидких кристаллов – показывает, что течение жидкости вызывает переориентацию длинных осей молекул. (То есть с одной стороны, может приводить к переориентации директора, а с другой, к тому, что характеристики течения оказыва ются различными при различной ориентации директора по отношению к направлению скорости течения жидко сти.)
Существует 2 вида ЖК
1 лиотропные - кристаллы растворяются в воде
2 термотропные - возникают при определенной температуре и давлении.
Термотропные делятся:
Нематические Упорядоченность в ориентации поперечных осей молекул и в расположении их центров тяжести отсутствует. Это обеспечивает свободу поступательных перемещений молекул. Поэтому вязкость вещества в нематической фазе лишь незначительно отличается от вязкости в аморфно-жидком состоянии.
Холестерические имеют форму продолговатых пластинок, расположенных параллельно друг другу. Своеобразная молекулярная структура холестерических жидких кристаллов обусловливает их уникальные оптические свойства. Холестерические жидкие кристаллы обладают весьма большой оптической активностью
Смектические В смектических жидких кристаллах концы молекул как бы закреплены в плоскостях, перпендикулярных продольным осям молекул. Смектические кристаллы характеризуются слоистым строением. Различают несколько смектических полиморфных модификаций.
Итак, мы выяснили: Что же это за вещества , а теперь посмотрим почему к ним проявляется столь значительный интерес?
В наше время наука стала производительной силой, и поэтому, как правило, повышенный научный интерес к тому или иному явлению или объекту означает, что это явление или объект представляет интерес для материального производства. В этом отношении не являются исключением и жидкие кристаллы. Интерес к ним, прежде всего, обусловлен возможностями их эффективного применения в ряде отраслей производственной деятельности. Внедрение жидких кристаллов означает экономическую эффективность, простоту, удобство.
Например: применение ЖК в промышленности - Измеритель параметров окружающей среды, вредности газов.
Жидкие кристаллы играют важную роль в ряде механизмов жизнедеятельности человеческого организма. Поэтому и в медицине ЖК нашли свое место.
Самая многообещающая область применения жидкокристаллических веществ информационная техника.
Широкое применение ЖК получили в сферах промышленного производства, нанотехнологий, в транспорте, в радиолокационных измерительных приборах, дисплеях, а так же в ювелирном деле.
Некоторое время тому назад необычной популярностью в США пользовалась новинка ювелирного производства, получившая название “перстень настроения”. За год было продано 50 миллионов таких перстней.
Чтобы достичь определенных результатов ЖК нужно управлять.
Технология управления кристаллами более подробно изложена в моей работе и с данной информацией вы можете познакомиться, прочитав главу о работе ЖК монитора.
А мы рассмотрим, где еще в будущем могут применяться ЖК? (Слайд Перспективы актуального развития технологий работающих на жидких кристаллах )
Это такие направления как:
1. Управляемые оптические транспаранты.
2. Принцип записи на ЖК.
3. Принцип работы ЖК мониторов с подвижной матрицей.
При всей принципиальной простоте обсуждаемых жидкокристаллических устройств их широкое внедрение в массовую продукцию зависит от ряда технологических вопросов, связанных с обеспечением длительного срока работы жидкокристаллических - элементов, их работы в широком температурном интервале, наконец, конкуренции с традиционными и устоявшимися техническими решениями и т. д.
Чтобы доказать преимущество жидкокристаллических устройств, я провел сравнительную характеристику, по десяти бальной шкале, трех самых распространенных видов мониторов телевизора: монитора с электронно-лучевой трубкой, плазменного монитора и ЖК монитора.
Данные характеристики представлены на экране. Из данных таблицы видно, что по многим критериям первенство одерживает жидкокристаллический монитор.
Я надеюсь, что решение проблемы широкого применения жидких кристаллов это только вопрос времени, и скоро, наверное, трудно будет себе представить совершенный фотоаппарат или телевизор, не содержащий жидкокристаллические устройства.
Тема « Жидкие кристаллы» актуальна, и если в неё вникнуть глубже, то она будет интересна каждому, даст ответы на многие вопросы, а самое главное – безграничное применение жидких кристаллов. Жидкие кристаллы загадочны по своей сущности и настолько неординарны.
В моей работе была рассказана лишь малая часть того, что известно о жидких кристаллах и их применении в настоящее время. Может быть, что жидкокристаллическое состояние вещества – это та ступенька, которая объединила неорганический мир с миром живой материи. Будущее новейших технологий принадлежит жидким кристаллам и жидкокристаллическим агрегатам!
15