Жидкие кристаллы
Информация - Физика
Другие материалы по предмету Физика
ерживаться.
Самый надёжный и простой способ одинаково ориентировать все молекулы нематика состоит в полировке стеклянных пластинок, между которыми будет находиться нематик. Такую полировку необходимо производить в единственном направлении. Можно, например, несильно потереть стекло лоскутом ткани по избранному направлению. В таком случае на стекле образуются невидимые бороздки, параллельные между собой. Глубина и ширина таких бороздок составляют примерно 10 - 100 нм.
Зёрна нематика имеют примерно такой же размер. Зёрна, ближайшие к поверхности, взаимодействуют с ней с помощью механизма притяжения, накрепко прилипая к стеклу. Их сцепление наибольшее, если они укладываются в приготовленные борозды параллельно направлению полировки, т.к. в этом случае они наиболее близко подходят к поверхности стекла.
Таким образом, огромное количество зёрен, находящихся непосредственно на стекле, как бы замораживается параллельно единственной оси L и не может быть сдвинуто с место никакими тепловыми толчками. Теперь весь слой нематика получает совершенно чёткое указание, как ему ориентироваться. Последующие тонкие прослойки зёрен по своей ориентации подстраиваются к предыдущим, и так происходит по всей толще нематика. Конечно, если полная его толщина велика, то постепенно влияние стекла ослабевает, и на больших расстояниях от него вновь появляются трещины. Но если толщина слоя нематика d составляет 0,01 - 0,1 мм, то можно быть уверенным, что весь слой ориентирован одинаково. В этом случае он совершенно прозрачен.
Обычно процедура ориентации нематика выглядит так. Берут две одинаковые полированные стеклянные пластинки, вставляют между ними прокладки толщиной 0,01 - 0,1 мм, ориентируют оси полировки, например, параллельно друг другу, и в щель между стёклами вводят капельку нематика. Здесь вступает в действие обычное смачивание. Капля втягивается в эту узкую щель, причём оптическая ось нематика L устанавливается параллельно оси полировки. По ориентации молекул в результате получается монолит без всяких трещин.
Поворотом одной из стеклянных пластинок вокруг оси z на 90о можно получить более сложную конструкцию осей L. При этом оси полировки пластинок составят между собой такой же угол. В результате оси зёрен, стремясь равняться на стеклянные поверхности, совершат в толще слоя плавный разворот на 90о. В этом можно легко убедиться, если поместить данные пластины между скрещенными поляризаторами. Здесь возможны два варианта поведения нематика: либо свет будет проходить сквозь оптическую систему, либо нет.
Очень интересной является ориентация оптической оси нематика перпендикулярно к стеклянным пластинам. В данном случае полировка стекол не применима. Обычный способ таков. В нематик впрыскивают небольшое количество специальных длинных молекул, по форме и устройству напоминающих головастиков, т.е. у них имеется довольно крупная головка с постоянным электрическим диполем и длинный хвост, похожий на молекулы нематика. Обе эти структурные части очень важны. Диполи сильно притягиваются поверхностью стекла, особенно, если на ней есть электрические заряды или мельчайшие капельки воды, они тоже обладают постоянными диполями. Хвосты же молекул химически устроены так, что они совершенно безразличны к воде, как жир или воск. Хвост представляет собой длинную цепь из атомов углерода и водорода. Они сильно притягивают длинные молекулы нематика, поскольку и те и другие очень похожи. Следовательно, складывается следующая конструкция: добавленные молекулы прилипают дипольными головками к стеклу, их хвосты вертикальны к пластинке, хвосты заставляют ближайшие молекулы нематика выстроиться перпендикулярно к поверхности стекла. Далее вглубь нематика команды выстроиться в вертикальном направлении подаются уже молекулами самого жидкого кристалла. Такая оптическая система свет не пропускает.
Ориентируя по разным направлениям оптическую ось нематика, мы естественно не меняем его физические свойства. Он по-прежнему может течь и обладает упругостью, но не в том смысле, какой обычно вкладывается в это понятие, когда говорят о пружине. Смещение пластинок друг относительно друга не создаст заметных сил, способных возвратить их на прежнее место. Это означает, что центры масс молекул не вернутся на исходную позицию, что возможно либо при отсутствии полировки, либо при таком смещении, при котором оси полировки останутся параллельными.
Упругость в жидком кристалле проявляется в том, что в разных точках нематика может быть неодинаково ориентирована оптическая ось L. Молекулы стремятся быть параллельными друг другу и, если на соседних участках нематика молекулы по какой-либо причине приобретают различную ориентацию, то ориентация начинает сопротивляться этому и, сразу по устранении причины смещения, станет одинаковой в любом месте слоя. Это говорит о том, что нефиксированные пластинки, расположенные под некоторым углом одна к другой, рано или поздно займут под действием молекулярных сил параллельное положение, при котором совпадут оси полировки.
Реально эти действия осуществляются с трудом, т.к. упругие силы малы. Например, пластинки площадью 1 см2, находящиеся на расстоянии 1 см друг от друга, испытывают действие молекулярных сил ~10-11 Н. Поэтому не стоит говорить о действии нематика на массивные пластины, но стоит рассмотреть случай, когда стёкла занимают неизменное положение, а в нематике местами происходит отклонение оптической оси. Тогда даже столь слабы упруги?/p>