Жидкие кристаллы
Информация - Физика
Другие материалы по предмету Физика
Учебно-исследовательская работа по физике на тему
Жидкие кристаллы
Работу выполнили
Дудник Алёна, Глобина Алёна, Федоренко Алёна
учащиеся 10 - А класса,
СОУВК школы - лицея ОКЛ
Руководитель
Бутенко Елена Владимировна
Симферополь, 2004
Введение
Актуальность: в связи с тем, что жидкие кристаллы нашли своё широкое применение в различных отраслях науки (техника, медицина и т.д.), необходимо их дальнейшее, более глубокое изучение и внедрение во все сферы деятельности человека. Применение жидких кристаллов раскрывает колоссальные перспективы в совершенствовании современных технологий и возможности делать их более практичными и экономичными. Кроме того, жидкие кристаллы могут выступать в роли заменителей энергоёмких и труднодоступных материалов.
Объект исследования: жидкие кристаллы.
Предмет исследования: особенности строения, свойства, практическое применение.
Цель: изучить особенности строения и связанные с ними свойства жидких кристаллов, рассмотреть области их применения в жизни человека.
Задачи: определить особенности строения и свойств жидких кристаллов, дать им характеристику, классификацию и анализ, сделать выводы по исследованным вопросам.
В методологи были использованы труды нескольких авторов справочников и пособий, сведения, полученные из Интернета и средств массовой информации. Работа выполнена сравнительно-литературным способом.
Человеку всегда было трудно выйти за пределы трёх понятий, описывающих, как казалось, все состояния материи: газ, жидкость, твёрдое тело. Однако оказалось, что свойства кристалла и жидкости могут совместиться в одном веществе - жидком кристалле. Однако сейчас вряд ли кто-то удивится, если будет обнаружено состояние, промежуточное между газом и жидкостью. Во всяком случае, к понятию газообразной плёнки прибегают при обсуждении свойств жидких слоёв, толщиной в одну молекулу. О жидких кристаллах слышали, конечно, все, они используются в самых современных электронных приборах, о них пишут даже в газетах, не говоря уже о журналах и книгах.
Наука о жидких кристаллах - одна из самых молодых и наиболее трудных областей физики. Трудности обусловлены сложностью молекул, образующих эти вещества. Для объяснения свойств жидких кристаллов необходимо привлекать не только теорию обычных жидкостей, достаточно сложную саму по себе, но и науки о твёрдых кристаллах, например, кристаллографию и физику твёрдого тела.
Хронология исследования
Прошло примерно 20 лет с момента, когда в 1888 г. австрийский ботаник Ф.Рейнитцер и немецкий кристаллограф Ф.Леман описали необычные свойства жидких кристаллов, прежде чем учёные начали осознавать, что открыто новое, четвёртое состояние вещества. Эти вещества в действительности обладали текучестью, как обычные жидкости, и в то же время их оптические свойства были поразительно похожи на свойства кристаллов. Оказалось, что порядок расположения атомов, характерный для кристаллов, может быть не полным и что вообще может быть несколько разных видов порядков (один порядок в ориентации молекул, другой - в расположении их центров масс). Это означает, что может быть даже и не один, а несколько типов промежуточных состояний.
В начале XX века Д. Форлендер в университетском городке Галле (Германия) со своими аспирантами изготовил несколько сотен новых жидких кристаллов. Уже никто не сомневался в их реальности, и физики, обычно с большим опасениям относящиеся к сложным химическим соединениям, охотно берутся за их исследования.
Ж.. Фридель во Франции предлагает первую классификацию жидких кристаллов, голландец С. Озеен и чех Х. Цохер создают теорию упругости, а В. Фредерикс и В. Цветков в СССР впервые исследуют их необычные электрические и оптические свойства.
Успехи атомной физики, физики полупроводников и химии полимеров затмили на некоторое время скромные академические исследования жидких кристаллов. Вплоть до 60-х годов ими занимаются только энтузиасты-одиночки. В это же время бурно развивается электроника. Идёт процесс микроминиатюризации приборов: от электронных ламп к транзисторам, затем к интегральным схемам, и к большим интегральным схемам (БИСам). Уменьшаются потребляемые мощности, уменьшаются источники питания. И вдруг оказывается, что есть всё, кроме экономичного малогабаритного устройства, способного передать информацию от электронной схемы к человеку. Проблема состояла в том, что телевизионная трубка слишком громоздка, потребляет большие токи и т.д.
Тогда в США заново открывают эффекты, ранее обнаруженные Фредериксом и Цветковым. Начинается новая волна исследований. Вместе с появлением электронных приборов с жидкокристаллическим табло и циферблатами наступил ренессанс в физике и химии жидких кристаллов. Активно исследуется их строение, во всех аспектах изучается текучесть, создаются новые вещества, в которых открывается множество необычных явлений, вызванных действием внешних сил (температура, электрическое поле и т.д.).
Трудами учёных разных специальностей и разных стран (особенно США, Франция, СССР, Англия) наука о жидких кристаллах быстро развилась и приобрела ясные и строгие очертания.
Жидкость с оптической осью
Основными свойствами для жидкости являются текучесть, вязко