Жидкие кристаллы
Информация - Физика
Другие материалы по предмету Физика
°точно пропускать через жидкий кристалл ток плотностью 1 мкА/см2. Этого вполне хватает, чтобы движущиеся ионы меняли ориентацию оптической оси нематика, т.к. противодействующие этому силы упругости очень малы.
Эффект динамического рассеяния света позволяет имитировать туман или моделировать различные рассеивающие среды. Это важно для изучения физики таких сред. Приборы, имитирующие туман за бортом самолёта, могут использоваться при обучении лётчиков в реальных условиях полёта. Наиболее широкое применение этот эффект находит в индикаторной технике. Например, индикаторы на динамическом рассеянии используются в приборных панелях автомобилей. Здесь плюсом является выигрыш в яркости и возможность наблюдения изображения под достаточно большими углами, характерными для динамического рассеяния.
Существует интересная разновидность эффекта, которая позволяет надолго (на месяцы) сохранять мутно-молочное состояние даже после выключения напряжения. В таком случае реализуется оптическая память. Такое явление наблюдается при возбуждении полем не простого нематика, а его смеси с жидкими кристаллами, имеющими спиральное строение. При включённом поле, как в обычном нематике, возникает движение жидкости. При включении поля это движение прекращается (из-за расхода энергии на внутреннее трение). Но в отличие от обычных нематиков для этих смесей характерно образование незалечивающихся дефектов ориентации. Движение жидкости способствует образованию таких дефектов, сохраняющихся и после прекращения движения. На дефектах ориентации происходит сильное рассеяние света, при этом к слою жидкого кристалла извне энергия не подводится.
Значит, этот дефект можно использовать для создания больших табло, на которых информацию не приходится менять слишком часто. В этом случае электрическая мощность затрачивается лишь в момент записи, а затем картину можно рассматривать сколь угодно долго. Стереть же информацию можно полем достаточно большой частоты, которое заставляет молекулы принять свою исходную ориентацию, а движение жидкости вызвать не может, т.к. за очень короткий период поля ионы разного знака не успевают расстаться друг с другом и нарушить электрическую нейтральность среды.
Спиральные молекулы
Первыми жидкими кристаллами, попавшими в руки исследователей, были эфиры холестерина. Их поведение при изменении температуры было ни на что не похоже, точнее, было похоже на поведение хамелеонов: они быстро меняли свою окраску. Много позднее выяснилось, что это тоже жидкие кристаллы, только ещё более необычные.
Холестерик по своему устройству во многом напоминает нематик, но имеет одно существенное отличие. Можно сказать, что холестерик состоит из множества нематических слоёв, стопки таких слоёв. Но оптические оси этих слоёв развёрнуты на некоторый угол, причём для двух соседних слоёв такой угол составляет малую величину б=0,5о. Расстояние между слоями примерно равно поперечному размеру молекулы а. Если двигаться вдоль оси z, перпендикулярно плоскости слоёв, то через число слоёв 180о/б их ориентация станет такой же, как в самом первом слое. Расстояние h= 360о/б*а, через которое молекулы повернутся в пространстве на 360о, представляет собой удвоенный период своеобразной решётки. Величину h называют шагом спирали, которую образуют в пространстве концы молекул, лежащих в последовательных слоях.
Периодическая решётка холестерика (холестерическая спираль) удивительна тем, что чёткое чередование в ней касается только ориентации молекул. В то же время в каждом нематическом слое молекулы могут свободно перемещаться, меняться местами. Таким образом, холестерическая спираль свободно течёт вдоль таких плоскостей, а спираль при этом практически не разрушается. Молекулы могут перескакивать из слоя в слой, поворачиваясь при этом на угол б. Но это им даётся не легко, поэтому свойства решётки с периодом h/2 вдоль оси z уже имеют определённое сходство со свойствами твёрдого кристалла.
Особенности строения холестериков наиболее сильно проявляются при изменении температуры вещества и различных внешних воздействиях. Холестерическая спираль демонстрирует всю палитру красок, чувствительных к малейшим повреждениям столь своеобразной решётки.
Правые и левые молекулы
Молекулы бывают зеркально симметричные и зеркально несимметричные. Например, молекулы нематика зеркально симметричные. Это можно доказать, поместив молекулы перед зеркалом. Видно, что их зеркальные изображения нисколько не отличаются от них самих. Если же правые и левые изображения не совпадают, то мы имеем пример зеркальной несимметричности.
Химики научились получать правые и левые молекулы в необходимых для науки и практики количествах. Попробуем изобразить молекулу, которая не является зеркально симметричной. Это должна быть более или менее плоская поверхность и на ней выступ. Связующим звеном является цепочка атомов, которая отходит от основного плоского участка молекулы, завиваясь либо в правую, либо в левую спираль. На вершине выступа находится атом, наиболее далеко отошедший из основной плоскости молекулы, а спиральная цепочка может быть очень короткой - просто отрезком спирали.
Холестерики состоят из молекул, имеющих правый либо левый винт. Сходство молекул холестерика и нематика заключается в наличии у тех и у других больших плоских участков, сильно вытянутых в одном направлении. У холестерика к такому участку ещё добавлен кусочек с