Жидкие кристаллы
Информация - Физика
Другие материалы по предмету Физика
µриков в изменяющихся условиях (температура, механическая нагрузка, электромагнитное поле, примеси).
Падающий луч света не только проходит вглубь плёнки в виде двух лучей с разной круговой поляризацией, по-разному распространяющихся в холестерике, но и отражается от плёнки благодаря интерференции вторичных волн.
Пусть на правую спираль сверху падает световой луч. Длина волны и шаг спирали предполагаются равными. Если волна левополяризованная, то в какой-то момент поле Е на входе в плёнку совпадёт по направлению с оптической осью холестерика. Тогда в течение всего периода колебания по мере прохождения волны в глубь плёнки вектор Е в каждой новой точке окажется повёрнутым на тот же угол, что и оптическая ось холестерика. Такая согласованность обеспечит беспрепятственное прохождение света сквозь плёнку.
В силу полного отсутствия согласованности между вращением вектора Е и вращением оптической оси правополяризованная волна не проходит сквозь правую холестерическую спираль. Таким образом, правополяризованная световая волна может только отразиться от правого холестерика, если её длина точно равна шагу спирали и она падает на плёнку вдоль оси спирали.
На практике редко подбирают такие условия, когда шаг спирали, длина волны и поляризация света удовлетворяют всем необходимым условиям. Чаще всего на плёнку холестерика падает естественный свет, в котором есть любая поляризация и любая длина волны. Из этого обилия волн холестерик сам выбирает такую волну, которая удовлетворят заданным условиям, и отражает её. Все остальные волны проходят сквозь плёнку холестерика, и если они затем поглощаются каким-либо материалом или отводятся так, что не могут вернуться назад, то мы видим плёнку окрашенной в цвет отражённой волны.
Большинство холестериков отражают видимый свет. Набор холестериков с различными шагами спиралей даёт в наше распоряжение богатый набор красок - чистых и ярких. Но в отличие от обычных, эти краски необходимо наносить на совершенно чёрную поверхность, и тогда они заиграют всеми цветами радуги. Цвет холестерика - результат коллективного взаимодействия практически всех молекул. Коллективность ориентации молекул в холестерике и даёт им возможность построить ажурную конструкцию из оптических осей - холестерическую спираль.
По картинам ориентации оптических осей в холестерике судят о величине шага холестерической спирали, который не изменяется эффектом Фредерикса. Но спираль можно не только поворачивать, но и раскручивать электрическим полем, делая её шаг сколь угодно большим. Подав пороговое поле Е перпендикулярно оси винта, мы заставим молекулы, поляризующиеся вдоль длинных осей, повернутся так, чтобы они все без исключения стали параллельными полю (холестерик превращается в нематик). При меньших значениях поля холестерик остаётся холестериком, но его шаг чутко следит за полем и быстро возрастает с увеличением приложенной разности потенциалов. При этом он непрерывно меняет и избранные длины волн, которые отражаются холестериком.
Раскрутка спирали, как и эффект Фредерикса, сейчас активно исследуются с целью применения холестериков в чёрно-белых и цветных плоских экранах с электронным управлением.
Изменение цвета под влиянием температуры
Холестерик обладает одним очень интересным и эффектным свойством: изменение окраски в зависимости от температуры. При этом цвет холестерической плёнки зависит от температуры в такой же степени, в какой чувствителен к нагреву или охлаждению шаг спирали. И здесь прослеживается интересная закономерность. При высокой температуре в обыкновенном состоянии холестерик бесцветен, точнее, бесцветно то вещество, которое при более низкой температуре переходит в холестерическое состояние и становится обладателем спирали. При температуре такого перехода холестерик синеет и при дальнейшем охлаждении приобретает все цвета спектра от фиолетового и голубого до красного и жёлтого. Это означает, что по мере охлаждения холестерической жидкости шаг спирали увеличивается, а при нагревании - уменьшается.
В обычных холестериках шаг спирали изменяется на несколько нанометров при изменении температуры на несколько градусов. Но есть более уникальные материалы (холестерические смеси), которые демонстрируют все цвета спектра в интервале 10-2 и даже 10-3 градуса. Столь огромная чувствительность, уже сравнимая с последствиями отдельных тепловых толчков, показывает, какие необыкновенные возможности заключены в этих веществах, слои которых с толщиной всего 0,01 мм служат сегодня незаменимыми термоиндикаторами. Они стали основой для создания тонкоплёночных тепловизоров. Они применяются в медицине для диагностики на ранних стадиях опухолей и воспалительных процессов, в технике, например, для проверки наличия перегретых элементов в больших электрических схемах.
Отчасти твёрдые жидкие кристаллы
За молекулами как в нематике, так и в холестерике не закреплены никакие определённые положения равновесия. Но помимо упомянутых жидких кристаллов также существуют и другие состояния. Оказывается, что по мере охлаждения одного и того же вещества могут наблюдаться всё новые и новые состояния, которые уже не являются полностью жидкими, но и не стали ещё полностью твёрдыми. Это тоже жидкие кристаллы, но особого рода. Они ведут себя как твёрдые кристаллы только по вполне определённым (избранным) направлениям в теле.
Решётка из жидких нитей
И?/p>