Рідкі кристали

Размещено на http://www.allbest.ru/

Зміст

Вступ

1. Навіщо потрібні кристали

2. Основні поняття про рідкі кристали

3. Типи рідких кристалів

4. Рідкі кристали сьогодні і завтра

4.1 Окуляри для космонавтів

4.2 Рідкокристалічний дисплей

Висновок

1. Навіщо потрібні кристали

Рідкі кристали незвичайно цікаві і дивовижні. У 2008 р., наукова громадськість відзначить 120 років з моменту відкриття рідких кристалів - нового стану речовини.

У буденному житті ми стикаємося з годинниками, термометрами на рідких кристалах. Інтерес до них перш за все обумовлений можливостями їх ефективного застосування у ряді галузей виробничої діяльності. Впровадження рідких кристалів означає економічну ефективність, простоту, зручність.

Рідкий кристал -- це специфічний агрегатний стан речовини, в якій воно проявляє одночасно властивості кристала і рідини. Далеко не всі речовини можуть знаходитися в рідкокристалічному стані. Більшість речовин можуть знаходитися тільки в трьох, всім добре відомих агрегатних станах: твердому або кристалічному, рідкому і газоподібному. Деякі органічні речовини, що володіють складними молекулами, окрім трьох названих станів, можуть утворювати четвертий агрегатний стан -- рідкокристалічне. Цей стан здійснюється при плавленні кристалів деяких речовин.

При їх плавленні утворюється рідкокристалічна фаза, що відрізняється від звичайних рідин. Ця фаза існує в інтервалі від температури плавлення кристала до деякої вищої температури, при нагріві до якої рідкий кристал переходить в звичайну рідину. Подібно звичайній рідині, рідкий кристал володіє текучістю і приймає форму судини (сосуда), в яку він поміщений. Цим він відрізняється від відомих всім кристалів. Проте не дивлячись на цю властивість, об'єднуючу його з рідиною, він володіє властивістю, характерною для кристалів. Це -- впорядкування в просторі молекул, утворюючих кристал. Правда, це впорядкування не таке повне, як в звичайних кристалах, проте воно істотно впливає на властивості рідких кристалів, чим і відрізняє їх від звичайних рідин. Неповне просторове впорядкування молекул, утворюючих рідкий кристал, виявляється в тому, що в рідких кристалах немає повного порядку в просторовому розташуванні центрів тяжіння молекул, хоча частковий порядок може бути. Це означає, що у них немає жорсткої кристалічної решітки. Тому рідкі кристали, подібно до звичайних рідин, володіють властивістю плинності.

Обов'язковою властивістю рідких кристалів, що зближує їх із звичайними кристалами, є наявність порядку просторової орієнтації молекул. Такий порядок в орієнтації може виявлятися, наприклад, в тому що всі довгі осі молекул в рідкокристалічному зразку орієнтовані однаково. Ці молекули повинні володіти витягнутою формою. Окрім простого названого впорядкування осей молекул, в рідкому кристалі може здійснюватися складніший орієнтаційний порядок молекул.

2. Основні поняття про рідкі кристали

Рідкі кристали - це рідини, для яких характерним є певний порядок розміщення молекул і, як наслідок цього, анізотропія механічних, електричних, магнітних та оптичних властивостей. І хоч рідкі кристали поєднують у собі властивості твердого тіла та ізотропної рідини, електро- і магнітооптичні явища в них досить специфічні і, як правило, не мають відповідних аналогів у твердій та ізотропній рідкій фазах. Якщо немає зовнішніх дій, в рідких кристалах має місце анізотропія діелектричної проникності, магнітної сприйнятливості, електропровідності та теплопровідності. У них спостерігається подвійне заломлення світлових променів та дихроїзм.

За способом одержання рідкі кристали поділяють на термотропні і ліотропні. Термотропні рідкі кристали утворюються при нагріванні твердих кристалів або охолодженні ізотропної рідини і існують у певному інтервалі температур. Ліотропні рідкі кристали утворюються при розчиненні твердих органічних речовин у різних розчинниках, наприклад у воді. Термотропні і ліотропні рідкі кристали мають кілька модифікацій рідкокристалічних фаз, кожній з яких на фазовій діаграмі відповідає певна область. Температурний інтервал існування рідкокристалічних фаз залежить від речовини і може знаходитись як при низьких (до -60°С), так і при високих температурах (до 400°С).

3. Типи рідких кристалів

Термотропні рідкі кристали, за класифікацією французького хіміка-мінеролога Ш.Фріделя (1832-1899), поділяють на три типи: нематичні, смектичні та холестеричні.

Ліотропні рідкі кристали мають більш складну структуру, ніж термотропні. Ліотропні рідкі кристали досить поширені у природі, особливо в живих організмах (мембрани клітин, віруси тощо).

Виявлено новий тип рідких кристалів, які утворюються дископодібними молекулами.

Рідкі кристали широко застосовуються в малогабаритних електронних годинниках, калькуляторах, вимірювальних приладах як індикатори і табло для відображення відповідної інформації. В комбінуванні з фото чутливими напівпровідниковими шарами рідкі кристали застосовуються як підсилювачі і перетворювачі зображень, а також як пристрої оптичної обробки інформації.

Залежність кроку спіралі холестеричного рідкого кристала від температури дає можливість використовувати плівки цих речовин для спостереження розподілу температури на поверхні різних тіл. Цей метод застосовується також у медицині для діагнозу запальних процесів, візуалізації теплового вимірювання тощо.

4. Рідкі кристали сьогодні і завтра

Багато оптичних ефектів в рідких кристалах, про які розповідалося вище, вже освоєні технікою і використовуються у виробах масового виробництва. Наприклад, всім відомий годинник з індикатором на рідких кристалах, але не всі ще знають, що ті ж рідкі кристали використовуються для виробництва наручного годинника, в який вбудований калькулятор. Тут вже навіть важко сказати, як назвати такий пристрій, чи то годинник, чи то комп'ютер. Але це вже освоєні промисловістю вироби, хоча всього десятиліття тому подібне здавалося нереальним. Перспективи ж майбутніх масових і ефективних застосувань рідких кристалів ще дивовижніші.

4.1. Окуляри для космонавтів

Знайомлячись раніше з маскою для електрозварника, а зараз з окулярами для стереотелебачення, відмітили, що в цих пристроях керований рідкокристалічний фільтр перекриває відразу все поле зору одного або обох очей. Тим часом існують ситуації, коли не можна перекривати все поле зору людини і в той же час необхідно перекрити окремі ділянки поля зору.

Наприклад, така необхідність може виникнути у космонавтів в умовах їх роботи в космосі при надзвичайно яскравому сонячному освітленні, не ослабленому ні атмосферою, ні хмарністю. Це завдання як у разі маски для електрозварника або окулярів для стереотелебачення дозволяють вирішити керовані рідкокристалічні фільтри.

Ускладнення окулярів в цьому випадку полягає в тому, що поле зору кожного ока тепер повинен перекривати не один фільтр, а декілька незалежно керованих фільтрів. Наприклад, фільтри можуть бути виконані у вигляді концентричних кілець з центром в центрі скелець окулярів або у вигляді смужок на склі окулярів, кожна з яких при включенні перекриває тільки частину поля зору ока.

Такі окуляри можуть бути корисні не тільки космонавтам, але і людям інших професій, робота яких може бути пов'язана не тільки з яскравим нерозсіяним освітленням, але і з необхідністю сприймати великий об'єм зорової інформації.

Наприклад, в кабіні пілота сучасного літака величезна кількість панелей приладів. Проте не всі з них потрібно пілотові одночасно. Тому використання пілотом окулярів, що обмежують поле зору, може бути корисним і таким, що полегшує його роботу, оскільки допомагає зосереджувати його увагу тільки на частини потрібних в даний момент приладів і усуває відволікаючий вплив не потрібної у цей момент інформації.

Подібні окуляри будуть дуже корисні також в біомедичних дослідженнях роботи оператора, пов'язаної із сприйняттям великої кількості зорової інформації. В результаті таких досліджень можна виявити швидкість реакції оператора на зорові сигнали, визначити найбільш важкі і утомливі етапи в його роботі і зрештою знайти спосіб оптимальної організації його роботи.

4.2 Рідкокристалічний дисплей

Через 80 років після відкриття такого стану речовини, як рідкий кристал дві незалежні одна від одної групи вчених із RCA Labs і Kent (Юта) створили перший рідкокристалічний дисплей на основі узагальнення результатів впливу на кристали електричними зарядами. Спочатку рідкокристалічні екрани використовувалися в годинниках. До 1984-го вдалося поліпшити розрізнювальну здатність рідких кристалів, що дозволило передавати зображення, а не тільки текст. З'явилися ноутбуки, переносні комп'ютери.

Висновок

Тепер відомо понад десять тисяч органічних сполук, які є рідкими кристалами.

Рідкі кристали широко застосовуються в малогабаритних електронних годинниках, моніторах, калькуляторах, вимірювальних приладах як індикатори і табло для відображення відповідної інформації.

В комбінуванні з фото чутливими напівпровідниковими шарами рідкі кристали застосовуються як підсилювачі і перетворювачі зображень, а також як пристрої оптичної обробки інформації.

Тому рідкі кристали в сучасному світі відіграють дуже важливу роль у житті людини.

рідкий кристал молекула окуляри

Література

1. Белиловский В.Д. Эти удивительные кристаллы: Кн. для внекл. чтения учащихся 8-10 кл. сред. шк. - М.: Просвещение, 1987.

2. Блинов Л.М., Пикин С.А. жидкокристаллическое состояние вещества. - М.: Знание, 1986. - 64 с. - (Новое в жизни, науке. технике. Сер. «Физика»; №6).

3. Дущенко В.П., Кучерук І.М. загальна фізика і термодинаміка: Навч. посібник. - 2-ге вид., перероб. і допов. - К.: Вища шк., 1993 (С. 386-389).

4. Кучерук І.М., Горбачук І.Т., Луцик П.П. Механіка. Молекулярна фізика і термодинаміка. загальний курс фізики. Том 1 (С. 481-485).

5. Матвеев А.Н. Молекулярная физика: Учеб. пособие для вузов. - М.: Высшая школа, 1981 (С. 281-284).

6. Пикин С.А., Блинов Л.М. Жидкие кристаллы /Под ред. Л.Г. Асламазова.- М.: Наука. главная редакция физико-математической литературы, 1982. - 208 с.- (Библиотечка «Квант». Вып. 20).

Размещено на Allbest.ru