Застосування рідких кристалів

Застосування рідких кристалів

Дем’янчук Софії 11-А класу

Мета: розповісти про застосування рідких кристалів та їхнє значення у нашому житті;

Завдання: дізнатися, що собою представляють рідкі кристали, які речовини називаються рідкокристалічними, дослідити їх історію відкриття, класифікацію, властивості та де вони застосовуються.

Проте, перед тим, як розбиратися в значенні та застосуванні рідких кристалів, слід дещо сказати про них самих.

Рідкі кристали – особливий стан деяких органічних речо­вин, у якому вони характеризуються текучістю та властивістю утворювати просторові структури, подібні до кристалічних. Рідкі кристали утворюються в речовинах із видовженою формою моле­кул, взаємна орієнтація яких зумовлює анізотропію їх фізичних властивостей.

Рідкокристалічним станом речовини називається такий стан, властивості якого є проміжними між властивостями твердого крис­тала й рідини.

Рідкі кристали дуже чутливі до змін зовнішніх умов. Напри­клад, навіть за незначної зміни температури, тиску, електричного або магнітного полів вони можуть змінювати свій колір.

Історія відкриття і дослідження

Першим виявив рідкі кристали у 1888 році австрійський учений-ботанік Фрідріх Рейнітцер. Досліджуючи нову синтезовану ним речовину холестерилбензоат, він виявив, що при температурі 145°С кристали цієї речовини плавляться, утворюючи мутну рідину, що сильно розсіює світло. При продовженні нагріву після досягнення температури 179°С рідина прояснюється, тобто починає поводитися в оптичному відношенні, як звичайна рідина, наприклад вода. Несподівані властивості холестерилбензоат виявляв у мутній фазі. Розглядаючи цю фазу під поляризаційним мікроскопом, Рейнітцер виявив, що вона має властивість подвійного променезаломлення. Це означає, що показник заломлення світла, тобто швидкість світла в цій фазі, залежить від поляризації.

Класифікація

Речовини, молекули яких за певних умов здатні утворювати рідкокристалічні фази, називаються мезогенами. Як правило, ці молекули є певною мірою жорсткими та анізотропними (суттєво довші або коротші в одному напрямі, ніж в інших). Більшість мезогенів — це довгасті стрижнеподібні молекули. Менш поширені дископодібні молекули, хоча існують ще більш екзотичні форми молекул рідких кристалів.

Деякі мезогени можуть утворювати кілька мезофаз. В залежності від способу утворення мезофаз рідкі кристали поділяються на ліотропні та термотропні. Ліотропні рідкі кристали проявляють властивості мезофаз при певних концентраціях мезогену у розчиннику, в той час як термотропні рідкі кристали є мезофазами в певних температурних межах. Останні в свою чергу поділяються в залежності від способу впорядкування молекул (в залежності від симетрії) на

• нематичні рідкі кристали (нематики);

• смектичні рідкі кристали (смектики).

Властивості

Загальна для всіх типів рідких кристалів властивість — подвійне заломлення світла, характерне для більшості твердих кристалів, за допомогою якої можна ідентифікувати мезоморфний стан.

Другою властивістю, характерною для холестеричних рідких кристалів, є обертання площини поляризації.

Також для рідких кристалів притаманні такі властивості, як:

   Забарвлення та оптика. Освітленні пучком поляризованого білого світла, холестеричні рідкі кристали мають веселкове забарвлення, яке залежить від природи речовини, температури та кута падіння світла.

   Термічні властивості. Рідкокристалічну фазу можна отримати двома шляхами: плавленням відповідної кристалічної речовини — тоді річ іде про термотропні рідкі кристали, або розчиненням речовини, здатної давати ліотропні рідкі кристали.

   Електричні та магнітні властивості. Явища, що викликанні дією на рідкі кристали електричного поля, різноманітні й до сьогодні немає однозначної їх орієнтації.   Електричні властивості рідких кристалів вивчаються найчастіше в тонких шарах, і, мабуть, експериментальні результати слід віднести до всієї системи, що складається з рідкокристалічного шару та електродів, які одночасно є й поверхнями, що несуть.

   Оптичні та електрооптичні властивості. Спонтанна орієнтація молекул в рідких кристалах наводить до того, що ці речовини проявляють оптичне двопроменезаломлення, властиве деяким твердим кристалам. Найбільш цікаві оптичні властивості мають холестерині рідкі кристали. Холестерики, в відмінності від нематиків й смектиків, оптично негативні. Вони одноосеві. Їх надзвичайними оптичними властивостями, що характерні для твердих кристалів в діапазоні рентгенівського випромінювання, є дуже сильна здібність обертати плоскість поляризації, круговий дихроїзм і селективне відображення світла.

Застосування рідких кристалів

Рідкокристалічний дисплей — електронний пристрій візуального відображення інформації (дисплей), принцип дії якого ґрунтується на явищі електричного переходу Фредерікса в рідких кристалах. Дисплей складається з довільної кількості кольорових або монохромних точок (пікселів), і джерела світла або відбивача (рефлектора).

Рідкокристалічні телевізори. Створення телевізорів з рідкокристалічними екранами стало новою історичною віхою вживання рідких кристалів. Телевізори цього типу стають доступнішими для покупців, тому що відбувається регулярне зниження цін, через вдосконалення технологій виробництва. Недоліком рідкокристалічних екранів є наявність непрацюючих пікселів. Непрацюючі пікселі — це пікселі, які постійно увімкнені в якомусь одному стані чи взагалі вимкнені і не міняють свій колір залежно від сигналу.

Одне з важливих напрямів використання рідких кристалів – термографія. Рідкі кристали у вигляді плівки наносять на деталі електросхем. Несправні елементи – сильно нагріті або холодні, непрацюючі – відразу помітні по яскравим колірним плямам. Нові можливості отримали лікарі: рідкокристалічний індикатор на шкірі хворого швидко діагностує приховане запалення і навіть пухлини. Рідкі кристали також використовують у косметичних цілях для догляду за волоссям.

Висновок: Отже, ми дізналися, що собою представляють рідкі кристали, які речовини називаються рідкокристалічними, дослідили їх історію відкриття, класифікацію, властивості та де вони застосовуються.

Використані джерела:

https://uk.wikipedia.org/wiki/%D0%A0%D1%96%D0%B4%D0%BA%D1%96_%D0%BA%D1%80%D0%B8%D1%81%D1%82%D0%B0%D0%BB%D0%B8