Жидкие кристаллы
Информация - Физика
Другие материалы по предмету Физика
сть, поверхностное натяжение, сцепление с твёрдыми телами, способность отражать, преломлять и рассеивать свет. Такими же свойствами обладают и жидкие кристаллы, хотя у них и имеется ряд особенностей, не присущих жидкостям. Попробуем дать определение жидкого кристалла
- это жидкость описанных несферических молекул, которые не только удерживаются в среднем на некотором расстоянии а друг от друга, но и имеют векторы е, параллельные оси L.
- При этом расстояние а примерно равно толщине молекулы. Здесь необходимо отметить, что несмотря на то, что в таком состоянии оси или плоскости молекул оказываются параллельными, вещество всё равно остаётся жидким. Центры масс молекул не образуют в данном случае какую-то периодическую решётку, как в кристалле, а располагаются хаотично в пространстве и могут в нём свободно перемещаться.
- Ориентация молекул в такой необычной жидкости подчиняется строгому порядку только при умеренной температуре, когда тепловые толчки не на столько сильны, чтобы разрушить этот ориентационный порядок. Сильное повышение температуры влечёт за собой разрушение порядка в ориентации молекул, когда их хаотическое поступательное и вращательное движение становится преобладающим. Фактически при нагревании жидкий кристалл превращается в обыкновенную жидкость.
- Существование того или иного жидкого состояния зависит не только от температуры. Большое значение имеет то, сколько несферических молекул находится в единице объёма, т.е. какова плотность вещества. Это особенно относится к молекулам, которые по каким-либо причинам слабо притягиваются друг к другу. Тогда необходимо выяснить, могут ли силы отталкивания молекул обеспечить ориентационный порядок при умеренных температурах. В ходе исследований оказалось, что могут, если это молекулы особой вытянутой формы, похожие на стержни. Если молекул-стержней мало, т.е. мала плотность вещества, то они при различных поворотах имеют возможность не касаться друг друга своими электронными облаками. Чтобы молекулы не мешая друг другу могли поворачиваться как угодно, достаточно отвести каждой молекуле в жидкости объём - кубик с размером ребра примерно равным длине молекулы l. В пределах такого кубика объёмом l3 стержень действительно может быть ориентирован как угодно.
- Теперь, если поместить такое же число молекул в меньший объём, то на каждую частицу будет приходиться пространства меньше, чем l3, следовательно, теперь они будут располагаться не как попало, а займут более или менее параллельное положение. Если диаметр стержня а заметно меньше его длины l и на каждую молекулу приходится объём а2l, то все молекулы должны быть ориентированы одинаково, т.к. только в таком случае они не задевают друг друга. Но так произойдёт только при очень высокой плотности. При средней плотности, когда на каждую молекулу приходится объём, меньший l3, но больший а2l, ориентационный порядок будет неполным, но всё-таки заметным. Это связано с тем, чтоиз-за сильного отталкивания молекулы не могут проникать друг в друга.
- Из вышеизложенного следует, что в жидкости, состоящей из несферических молекул, при умеренных температурах и плотности вещества появляется особое направление - ось L. Вдоль такой оси ориентируются молекулы-стержни и перпендикулярно к ней - молекулы-диски. Такие же оси имеются и в некоторых твёрдых кристаллах, состоящих, например, из продолговатых молекул. Это сходство между обыкновенным кристаллом и удивительной жидкостью и привело к соединению двух старых понятий в одно новое - жидкий кристалл. Наличие в жидкой среде и в кристаллической решётке выделенной оси придаёт материалам особые оптические свойства. Поэтому такую ось называют оптической. Из этого видно, что сходство жидкого кристалла с твёрдым кристаллом проявляются именно в оптических свойствах
- Особенность материалов с оптическими осями состоит в том, что они эффективно, и часто эффектно, управляют световыми лучами, изменяя их интенсивность, цвет, направление. Скорость света зависит от направления его распространения по отношению к оптической оси. Белый луч света, падающий на кристалл под углом к оптической оси, на выходе может оказаться окрашенным. В некоторых случаях хорошо видно даже невооружённым глазом, что луч света на выходе из такого материала раздваивается, образуя два луча, причём интенсивность обоих лучей можно изменять, поворачивая кристалл.
- Иногда бывает так, что в обычных условиях кристалл не обладает оптической осью. Однако, он может приобрести её в результате какого-нибудь воздействия, например механического. Это обстоятельство часто используют для выяснения того, насколько опасны деформации в сложных технических изделиях, подвергающихся изощрённым нагрузкам. Вокруг места давления какого-нибудь зубца оптическая ось в материале приобретает причудливую ориентацию. Если всё то же самое проделать с прозрачной моделью изделия, то свет, проходя сквозь неё, изменит интенсивность и направление в строгом соответствии с направлением оптических осей.
- Такими же оптическими осями и свойствами могут обладать особые жидкости, причём наблюдать перечисленные эффекты в жидких кристаллах гораздо проще, чем в твёрдых телах. Это связано с тем, что в жидкости изменить ориентацию оптической оси намного легче, чем в кристалле; её можно буквально скрутить или согнуть. Из этого можно дать определение оптической оси
- это выделенное направление, с которым связаны особенности прохождения света сквозь кристалл. <