химический каталог




ЖИДКИЕ КРИСТАЛЛЫ

Автор Химическая энциклопедия г.р. И.Л.Кнунянц

ЖИДКИЕ КРИСТАЛЛЫ, вещества, переходящие при определенных условиях (температура, давление, концентрация в растворе) в жидкокристаллич. состояние, которое является промежуточным между кристаллич. состоянием и жидкостью. Как и обычные жидкости, ЖИДКИЕ КРИСТАЛЛЫ к. обладают текучестью, но при этом для них характерно спонтанное появление анизотропии свойств (оптический, электрич., магнитных и др.) при отсутствии трехмерного дальнего порядка в расположении частиц (атомов, молекул). Поэтому жидкокристаллич. состояние часто называют также мезоморфным (мезофазой). На диаграмме состояния температурный интервал существования ЖИДКИЕ КРИСТАЛЛЫ к. ограничен температурой плавления твердых кристаллов и так называемой температурой просветления, при которой жидкокристаллич. мутные образцы становятся прозрачными вследствие плавления мезофазы и превращения ее в изотропную жидкость. Молекулы жидкокристаллич. соединение обладают стержнеобразной или дискообразной формой и имеют тенденцию располагаться преимущественно параллельно друг другу. Т. называют термотропные ЖИДКИЕ КРИСТАЛЛЫ к. образуются при термодинамически воздействии на вещество. Такие ЖИДКИЕ КРИСТАЛЛЫ к. образуют, например, производные ароматические соединение, содержащие чередующиеся линейные и циклический группировки (бензольные кольца). Жидкокристаллич. фаза образуется чаще всего в том случае, если заместители в молекуле располагаются в пара-положении. Большое количество термотропных жидкокристаллич. соединение может быть изображено общей формулой:

X обычно —СН=N—, - СН2—СН2—, - НС=СН—, , —С(О)—NH—. Концевыми группами Y и Z может быть алкильные и алкоксильные группировки, галогены, циано-, нитро- и аминогруппы и др. Примеры некоторых ЖИДКИЕ КРИСТАЛЛЫ к. приведены в таблице. Часто жесткие фрагменты молекул, например, циклический группировки, определяющие существование мезофазы, называют "мезогенными". Наличие разветвлений в молекулах приводит к сужению температурного интервала существования мезофазы.

K - твердое кристаллич. состояние, I - изотропная жидкость (расплав), N - нeматики, S(SA, SB, SF - смектики, D - дискотики, Ch - холестерики. Лиотропные ЖИДКИЕ КРИСТАЛЛЫ к. образуются при растворении некоторых веществ в определенных растворителях. Например, водные растворы мыл, полипептидов, липидов, белков, ДНК и др. образуют ЖИДКИЕ КРИСТАЛЛЫ к. в определенном интервале концентраций и температур. Структурными единицами лиотропных ЖИДКИЕ КРИСТАЛЛЫ к. являются надмолекулярные образования различные типов, распределенные в среде растворителя и имеющие цилиндрич., сферич. или др. форму. В зависимости от характера расположения стержнеобразных молекул различают три основные типа ЖИДКИЕ КРИСТАЛЛЫ к. - смектический, нематический и холестерический. В смектич. ЖИДКИЕ КРИСТАЛЛЫ к. (их называют смектиками, обозначают S) молекулы располагаются в слоях. Центры тяжести удлиненных молекул находятся в равноотстоящих друг от друга плоскостях и подвижны в двух измерениях (на смектич. плоскости). Длинные оси молекул могут располагаться как перпендикулярно к плоскости смектич. слоя (ортогональные смектики, рис. 1,а), так и под нек-рым углом к слою (наклонные смектики, рис. 1,б).

Рис. 1. Структура смектических (а и б)и нематических (в) жидких кристаллов (а - ортогональное, б - наклонное расположение молекул).

Кроме того, возможно упорядоченное и неупорядоченное расположение молекул в самих слоях. Все это обусловливает возможности образования различные полиморфных модификаций. Известно св. десятка полиморфных смектич. модификаций, обозначаемых буквами латинского алфавита, смектики А, В, С и т. д. (или SА, SВ, SC и т. д.). Формирование смектич. фаз характерно для жидкокристаллич. соединение, молекулы которых содержат длинные концевые алкильные или алкоксильные группы Y и Z с числом атомов углерода / 4-6. Нематич. ЖИДКИЕ КРИСТАЛЛЫ к. (нематики N) характеризуются наличием ориентационного порядка, при котором длинные оси молекул расположены однонаправленно при беспорядочном расположении центров тяжести молекул (рис. 1,в). Нематич. тип ЖИДКИЕ КРИСТАЛЛЫ к. образуют соединение, в молекулах которых имеются короткие алкильные или алкоксильные группы (число атомов углерода [ 3).

Рис. 2. Структура холестерических жидких кристаллов; пунктиром изображен шаг спирали; стрелки указывают направление длинных осей молекул.

Холестерич. тип мезофазы (холестерики Сhоl) образуется двумя группами соединение: производными оптически активных стероидов, главным образом холестерина (отсюда назв.), и нестероидными соединение, принадлежащими к тем же классам соединение, которые образуют нематич. ЖИДКИЕ КРИСТАЛЛЫ к., но обладающими хиральностью (алкил-, алкокси-, ацилоксизамещенные азометины, производные коричной кислоты, азо- и азоксисоединения и др.). В холестерич. ЖИДКИЕ КРИСТАЛЛЫ к. молекулы расположены так же, как в нематических, но в каждом слое молекулы повернуты относительно их расположения в соседнем слое на определенный угол. В целом реализуется структура, описываемая спиралью (рис. 2). В-ва с дискообразными молекулами (дискотики D) могут образовывать ЖИДКИЕ КРИСТАЛЛЫ к., в которых молекулы упакованы в колонки (имеется дальний порядок в ориентации плоскостей дискообразных молекул) или расположены так же, как в нематиках (дальний порядок отсутствует) (рис. 3, а и б). Своеобразная структура жидкокристаллич. соединение, обеспечивающая сочетание упорядоченности в расположении молекул с их высокой подвижностью, определяет широкие области практическое использования ЖИДКИЕ КРИСТАЛЛЫ к. Направление преимуществ. ориентации молекул, характеризуемое аксиальным единичным вектором, или директором, может легко изменяться под воздействием различные внешний факторов - температуры, механические напряжений, напряженности электрич. и магн. полей.

Рис. 3. Структура дискотических жидких кристаллов: а - колончатая фаза; б - нематическая фаза.

Непосредственная причина ориентации или переориентации директора - анизотропия вязкоупругих, оптический, электрич. или магн. свойств среды. В свою очередь, изменение преимуществ. ориентации молекул вызывает изменение оптический, электрич. и др. свойств ЖИДКИЕ КРИСТАЛЛЫ к., т. е. создает возможность управления этими свойствами посредством сравнительно слабых внешний воздействий, а также позволяет регистрировать указанные воздействия. Электрооптический свойства нематич. ЖИДКИЕ КРИСТАЛЛЫ к. широко используют в системах обработки и отображения информации, в буквенно-цифровых индикаторах (электронные часы, микрокалькуляторы, дисплеи и т. п.), оптический затворах и др. светоклапанных устройствах. Преимущества этих приборов - низкая потребляемая мощность (порядка 0,1 мВт/см2), низкое напряжение питания (несколько В), что позволяет, например, сочетать жидкокристаллич. дисплеи с интегральными схемами и тем самым обеспечивать миниатюризацию индикаторных приборов (плоские телевиз. экраны). Спиральная структура холестериков определяет их высокую оптический активность (которая на несколько порядков выше, чем у обычных органическое жидкостей и твердых кристаллов) и способность селективно отражать циркулярно поляризованный свет видимого, ИК и УФ диапазонов. При изменении температуры, состава среды, напряженности электромагн. поля изменяется шаг спирали, что сопровождается изменением оптический свойств, в частности цвета. Это позволяет измерять температуру тела по изменению цвета ЖИДКИЕ КРИСТАЛЛЫ к., контактирующего с поверхностью тела. Жидкокристаллич. термография используется в технике для визуализации ИК, СВЧ излучений, в качестве неразрушающих методов контроля в микроэлектронике и др., в медицине - для диагностики ряда сосудистых и острых воспалит. заболеваний. Особое место среди жидкокристаллич. веществ занимают полимеры. Термотропные полимерные ЖИДКИЕ КРИСТАЛЛЫ к. получают "химический включением" мезогенных групп в состав линейных и гребнеобразных макромолекул. Это позволяет не только значительно увеличить количество жидкокристаллич. веществ, но и существенно расширить общие представления о природе жидкокристаллич. состояния. На основе полимеров можно получать жидкокристаллич. стекла, пленки, волокна и покрытия с заданными анизотропными свойствами. Мезогенные группы макромолекул легко ориентируются в мезофазе под действием внешний полей (механические, электрич., магнитных), а при последующей охлаждении полимера ниже температуры стеклования полученная анизотропная структура фиксируется в твердом состоянии. Использование лиотропного жидкокристаллич. состояния на стадии переработки жесткоцепных полимеров - новый путь получения высокопрочных высокомодульных полимерных материалов. ЖИДКИЕ КРИСТАЛЛЫ к. открыты в 1888 Ф. Рейнитцером и О. Леманом. Число описанных ЖИДКИЕ КРИСТАЛЛЫ к. превышает десятки тысяч и непрерывно увеличивается.

Химическая энциклопедия. Том 2 >> К списку статей


[каталог]  [статьи]  [доска объявлений]    [обратная связь]

 

 

Реклама
дешевая металлочерепица цена
этикетка пож. кнопка
шкафчики-ячейки 300х300 с кодовым замком
завеса воздушно-тепловая кэв-30п6041е

Рекомендуемые книги

Введение в химию окружающей среды.

Книга известных английских ученых раскрывает основные принципы химии окружающей среды и их действие в локальных и глобальных масштабах. Важный аспект книги заключается в раскрытии механизма действия природных геохимических процессов в разных масштабах времени и влияния на них человеческой деятельности. Показываются химический состав, происхождение и эволюция земной коры, океанов и атмосферы. Детально рассматриваются процессы выветривания и их влияние на химический состав осадочных образований, почв и поверхностных вод на континентах. Для студентов и преподавателей факультетов биологии, географии и химии университетов и преподавателей средних школ, а также для широкого круга читателей.

Химия и технология редких и рассеянных элементов.

Книга представляет собой учебное пособие по специальным курсам для студентов химико-технологических вузов. В первой части изложены основы химии и технологии лития, рубидия, цезия, бериллия, галлия, индия, таллия. Во второй части книги изложены основы химии и технологии скандия, натрия, лантана, лантаноидов, германия, титана, циркония, гафния. В третьей части книги изложены основы химии и технологии ванадия, ниобия, тантала, селена, теллура, молибдена, вольфрама, рения. Наибольшее внимание уделено свойствам соединений элементов, имеющих значение в технологии. В технологии каждого элемента описаны важнейшие области применения, характеристика рудного сырья и его обогащение, получение соединений из концентратов и отходов производства, современные методы разделения и очистки элементов. Пособие составлено по материалам, опубликованным из советской и зарубежной печати по 1972 год включительно.

 

 



Рейтинг@Mail.ru Rambler's Top100

Copyright © 2001-2012
(26.09.2017)