Жидкие кристаллы
Информация - Физика
Другие материалы по предмету Физика
µской решётки, в которой молекулы не фиксированы на своих местах, но всё-таки достаточно тесно связаны друг с другом. В такую тесную решётку незаряженная молекула-гость войти не может, её туда просто не впускают хозяева.
Красители, существующие в форме заряженных ионов, могут растворяться в воде, т.к. им с помощью кулоновских сил удаётся подстроиться к водной решётке. Однако эти красители плохо растворяются в органических растворителях, в том числе и в жидких кристаллах типа МББА. К такого рода красителям относится кристаллический фиолетовый. Его молекула содержит три бензольных кольца, немного развёрнутых в плоскости и образующих пропеллер. При этом с молекулы красителя снят один электрон и отдан хлору, так что отрицательный ион хлора может плавать в водном растворе совершенно независимо от оставшегося положительного иона красителя. Если же краситель попытаться растворить в жидком кристалле, молекулы которого обладают небольшими постоянными диполями, ионы не образуются, т.к. кулоновские силы, действующие со стороны красителя, оказываются недостаточными, чтобы разрушить ионную пару. В таком случае краситель вместе с атомами хлора остаётся в виде твёрдых кристалликов, чем и объясняется неудача попытки.
В жидких кристаллах хорошо растворяются вещества, молекулы которых содержат в своей основе бензольные кольца и подвижные концевые группы, например краситель К1. Бензольные кольца в нём соединены азо-(- N=N-)мостиком, а слева и справа стоят дипольные диметиламино-(N(CH3)2) и нитро-(NO2) группы. В целом же молекула электрически нейтральна, и краситель не является ионным.
Родственность в строении К1 и МББА и позволяет красителю не только легко растворяться, но и легко вписываться в молекулярную упаковку МББА, так что молекулы-гости (К1) оказываются ориентированы точно так же, как и молекулы хозяина (МББА). Сам же краситель в отдельности плавится при высокой температуре, переходя непосредственно в обычную жидкость и не образуя жидкого кристалла. Это происходит из-за особого вида его концевых групп.
Здесь законно поставить вопрос: почему при похожем молекулярном строении МББА совершенно бесцветен, а К1 является красителем, интенсивно поглощающим синий и зелёный свет и свободно пропускающим красный. Это очень интересная и большая проблема, лежащая в основе целого научного направления физики и химии красителей, которые разрабатывали, в частности, выдающиеся советские учёные академики С. Вавилов и А. Теренин.
Рассмотрим, например, такой опыт. В стеклянной кювете с прозрачными электродами находится жидкий кристалл с растворённым в нём красителем типа К1. Кристалл, а следовательно и краситель, ориентированы вертикально, например, с помощью полировки поверхностей электродов. Свет имеет вертикальную поляризацию, так что поле направлено вдоль длинных осей молекул красителя, и поэтому поглощается красителем. Монохроматический свет с длиной волны, соответствующей области поглощения красителя, при достаточной толщине слоя будет поглощаться полностью.
Теперь попробуем включить поле и переориентировать жидкий кристалл так, чтобы его молекулы, а вместе с ними и молекулы красителя, выстроились вдоль светового луча. Это получится в том случае, если вдоль оси молекулы жидкого кристалла располагается большой диполь. Например, если у молекулы МББА заменить бутильный хвост на нитрильную группу (-C=N), мы получим как раз такой жидкий кристалл, какой необходим для опыта. Включение поле приведёт к эффекту Фредерикса.
Таким образом, получен световой затвор, перекрывающий или пропускающий данный луч. Соответствующий электрооптический эффект принято называть эффектом гость - хозяин.
Пусть имеется пучок белого света с направлением колебаний, параллельным либо перпендикулярным направлению распространения световой волны. Такой пучок частично пройдёт сквозь затвор даже в отсутствие поля. Краситель вырежет из видимого спектра свой участок (например, синий) и на выходе будет световой пучок с урезанным спектром, т.е. окрашенный (в данном случае красный). Спектральный состав прошедшего света можно исследовать с помощью прибора спектрофотометра.
Спектрофотометр - это оптический прибор, основным элементом которого является стеклянная или кварцевая призма, разлагающая белый свет на все цвета радуги. Кроме того, в нём имеется устройство (фотоприёмник), регистрирующее интенсивность цветных лучей, прошедших сквозь исследуемый объект. В хорошем спектрофотометре интенсивность лучей, прошедших сквозь объект, автоматически сравнивается с интенсивностью исходных лучей. В результате способность объекта поглощать лучи автоматически регистрируется на бумаге в зависимости от длины волны света, и эта кривая называется спектром поглощения объекта. Если спектрофотометр записывает долю света, поглощённого красителем, то в отсутствие поля будет видна характерная полоса поглощения (кривая а), а при включённом поле она практически исчезает (кривая б).
Голография
Греческое слово голография переводится как полная запись. В процессе записи изображения какого-либо предмета на обыкновенную фотоплёнку возникает запаздывание световой волны. Для обычного метода фотографии это запаздывание световых волн оказываются несущественными. Между тем, оно также несёт информацию о том предмете, который сам испускает свет или рассеивает лучи постороннего источника. По нему можно легко установить ра