Рідкі кристали, історія відкриття рідких кристалів, структура, типи та їх застосування
|
Скачати 35.84 Kb.
|
|
| Дата конвертації | 09.05.2018 |
| Розмір | 35.84 Kb. |
| Тип | реферат |
|
|
-
Навігація по даній сторінці:
- 1. Історія відкриття рідких кристалів
- Список літератури
|
Виконав студент I курсу групи Н-5972 Глухенький Р.Е. Далекосхідний Державний Технічний Університет Владивосток 2006 р Вступ Незвичайне поєднання слів "рідкі кристали", ймовірно, багатьом вже знайоме, хоча далеко не всі собі уявляють, що ж стоїть за цим дивним і, здавалося б суперечливим поняттям. Рідкі кристали володіють подвійними властивостями, поєднуючи в собі властивість рідин (плинність) і властивість кристалічних тіл (анизотропию). Їх поведінка не завжди вдається описати за допомогою звичних методів і понять. Але саме в цьому і полягає їх привабливість д ля дослідників, які прагнуть пізнати ще незвідане. У той же час, ймовірно, кожен другий (ну, може бути третій!) Людина носить при собі рідкокристалічні (РК) індикатори і по кілька десятків разів на день поглядає на свої електронні годинники. ЖК-циферблат яких акуратно відраховує години, хвилини, секунди, а іноді і частки секунд. Саме ЖК-індикатори є основою сучасних калькуляторів, портативних комп'ютерів "Notebooks", мініатюрних плоских екранів телевізорів, словників-перекладачів, пейджерів і багатьох інших сучасних електронних технічних і побутових приладів і пристроїв. Світове виробництво ЖК-індикаторів і дисплеїв обчислюється мільярдами, і за прогнозами буде збільшуватися і далі. Вже зараз без перебільшення можна сказати, що прогрес і розвиток низки галузей науки і техніки немислимі без розвитку досліджень в області рідких кристалів. Не менший інтерес представляють собою рідкі кристали з точки зору біології та процесів життєдіяльності. Функціонування клітинних мембран і ДНК, передача нервових імпульсів, робота м'язів, формування атеросклеротичних бляшок - ось далеко неповний перелік процесів, що протікають в ЖК-фазі, з притаманними цій фазі особливостями - схильністю до самоорганізації та збереженні високої молекулярної рухливості. Світ рідких кристал лов нескінченно великий і охоплює широке коло природ них і синтетичних об'єктів, привертаючи увагу не тільки вчених - фіз иков, хіміків та біологів, а й дослідників-практиків, що працюють в найрізноманітніших від галузях сучасної техніки. 1. Історія відкриття рідких кристалів З часу відкриття рідких кристалів пройшло більше 100 років. Вперше їх виявив австрійський ботанік Фрідріх Рейнитцер, спостерігаючи дві точки плавлення складного ефіру холестерину - холестерилбензоат (рис.1).
рис.1 Перше ЖК-з'єднання - холестерилбензоат і діаграма, що ілюструє температурну область існування ЖК-фази. При температурі плавлення (Tпл), 1450C, кристалічна речовина перетворювалося в каламутну, сильно розсіюють світло рідину, яка при 1790C ставала прозорою. На відміну від точки плавлення температуру, при якій відбувалося просвітлення зразка, Рейнитцер назвав точкою просвітління (Tпр). Вражений цим надзвичайним явище, що свідчить як ніби про подвійне плавленні, Рейнитцер відправив свої препарати німецькому кристалографії Отто Леману з проханням допомогти розібратися в дивній поведінці холестерілбенозоата. Досліджуючи їх за допомогою поляризаційного мікроскопа, Леман встановив, що каламутна фаза, яка спостерігається Рейнитцер, є анізотропної. Оскільки властивості анізотропії притаманне твердому кристалу, а речовина у мутній фазі було рідким, Леман назвав його рідким кристалом. З тих пір речовини, здатні в певному температурному інтервалі вище точки плавлення поєднувати одночасно властивості рідин (плинність, здатність до утворення крапель) і властивості кристалічних тіл (анізотропії), стали називатися рідкими кристалами або рідкокристалічними. ЖК-речовини часто називають мезоморфним, а утворену ними ЖК-фазу - мезофаза (від грец. "Мезос" - проміжний). Такий стан є термодинамічним стабільним фазовим станом і по праву на ряду з твердим, рідким і газоподібним може розглядатися як четвертий стан речовини. Однак розуміння природи ЖК-стану речовин встановлення і дослідження їх структурної організації приходить значно пізніше. Серйозне недовіру до самого факту існування таких незвичайних сполук в 20 - 30-х роках змінилося їх активним дослідженням. Роботи Д. Форлендер в Німеччині багато в чому сприяли синтезу нових ЖК-з'єднань. Досить сказати, що під його керівництвом було виконано 85 дисертацій по рідких кристалів. Французький вчений Ж. Фрідель запропонував першу класифікацію рідких кристалів, голландець С. Озеен і чех Х. Цохер створили теорію пружності, російські вчені В.К. Фредерікс і В.Н. Цвєтков в СРСР в 30-х роках вперше досліджували поведінку рідких кристалів в електричних і магнітних полях. Однак то 60-х років вивчення рідких кристалів не представляло суттєвого практичного інтересу, і всі наукові дослідження мали досить обмежений, чисто академічний інтерес. Ситуація різко змінилася в середині 60-х років, коли у зв'язку з бурхливим розвитком мікроелектроніки і мікромініатюризації приладів потрібні були речовини, здатні відображати і передавати інформацію, споживаючи при цьому мінімум енергії. І ось тут на допомогу прийшли рідкі кристали, двоїстий характер яких (анізотропія властивостей і висока молекулярна рухливість) дозволили створити керовані зовнішнім електричним полем швидкодіючі і економічні ЖК-індикатори, які є по суті основним елементом багатомільйонної "армії" годин, калькуляторів, плоских екранів телевізорів і т. д. Рідкокристалічний бум, в свою чергу, стимулював активну наукову діяльність, скликалися міжнародні симпозіуми і конференції по рідким кристалам, організовувалися школи для молодих вчених, випускалися збірники та монографії. 2. Рідкий кристал Рідкий кристал - стан речовини, проміжне між рідким і твердим станами. У рідини молекули можуть вільно обертатися і переміщатися в будь-яких напрямках. У кристалічному твердому тілі вони розташовані по вузлах правильної геометричної сітки, званої кристалічною решіткою, і можуть лише обертатися в своїх фіксованих позиціях. У рідкому кристалі є деяка ступінь геометричній упорядкованості в розташуванні молекул, але допускається і деяка свобода переміщення.
Малюнок 2. Збільшене зображення рідкого кристала Вважається, що стан рідкого кристала відкрив в 1888 австрійський ботанік Ф.Рейнітцер. Він вивчав поведінку органічного твердої речовини, званого холестерилбензоат. При нагріванні ця сполука переходило з твердого в каламутне на вигляд стан, нині зване рідкокристалічним, а потім в прозору рідину; при охолодженні послідовність перетворень повторювалася в зворотному порядку. Рейнитцер зазначив також, що при нагріванні змінюється колір рідкого кристала - від червоного до синього, з повторенням в зворотному порядку при охолодженні. Майже всі рідкі кристали, виявлені на сьогоднішній день, є органічні сполуки; приблизно 50% всіх відомих органічних сполук при нагріванні утворюють рідкі кристали. У літературі описані також рідкі кристали деяких гідроксидів (наприклад, Fe2O3 · xH2O). Рідкі кристали, рідкокристалічний стан, мезоморфное стан - стан речовини, в якому воно має властивості рідини (плинністю) і деякими властивостями твердих кристалів (анізотропією властивостей). Ж. к. Утворюють речовини, молекули яких мають форму паличок або витягнутих пластинок. Розрізняють термотропниє і ліотропні Ж. к. Перші - індивідуальні речовини, які існують в мезоморфному стані в певному температурному інтервалі, нижче якого речовина є твердим кристалом, вище - звичайною рідиною. приклади:
параазоксианізол (в інтервалі температур 114-135 ° С), етиловий ефір азоксибензойної кислоти
(100-120 ° С), пропіловий ефір холестерину (102-116 ° С). Ліотропні Ж. к. - розчини деяких речовин в певних розчинниках. Приклади: водні розчини мильні розчини синтетичних поліпептидів (полі--бензил-L-глутамат) в ряді органічних розчинників (діоксан, дихлоретан). 3. Структура рідких кристалів Зараз відомо вже близько сотні тисяч органічних речовин, які можуть перебувати в ЖК-стані, і число таких з'єднань безперервно зростає. Якщо перші десятиліття після відкриття рідких кристалів основними представниками цих сполук були тільки речовини, що складаються з асиметричних молекул стержнеобразной форми, - так звані каламітікі (від грец. "Каламіс" - очерет), то в наслідку було виявлено, що в ЖК-стан можуть переходити найрізноманітніші речовини, що мають молекули більш складної форми (диски, пластини та ін.). Молекули РК-з'єднань дуже часто називають мезогенних, а угруповання або фрагменти мальок, що сприяють формуванню ЖК-фази, - мезогенності групами. У таблиці 1 наведені приклади стержнеобразних мезогенних - каломітіков, а також хімічні формули дископодібних (діскотікі) і планкообразних мезогенних (санідікі) (від грец. "Санідіс" - планка).
Типові приклади хімічних сполук, що утворюють ЖК-фазу. 4. Типи рідких кристалів
В кінці дев'ятнадцятого - початку двадцятого століття багато дуже авторитетні вчені досить скептично ставилися до відкриття Рейнітцера і Лемана. Справа в тому, що не тільки описані суперечливі властивості рідких кристалів представлялися багатьом авторитетам вельми сумнівними, але і в тому, що властивості різних рідкокристалічних речовин (сполук, які мали жидкокристаллической фазою) виявлялися істотно різними. Так, одні рідкі кристали мали дуже великою в'язкістю, у інших в'язкість була невелика. Одні рідкі кристали виявляли зі зміною температури різку зміну забарвлення, так що їх колір пробігав всі тони веселки, інші рідкі кристали такої різкої зміни забарвлення не виявляли. Нарешті, зовнішній вигляд зразків, або, як прийнято говорити, текстура, різних рідких кристалів при розгляданні їх під мікроскопом опинявся зовсім різним. В одному випадку в поле поляризаційного мікроскопа могли бути видно освіти, схожі на нитки, в іншому - спостерігалися зображення, схожі на гірський рельєф, а в третьому - картина нагадувала відбитки. Стояв також питання, чому рідкокристалічна фаза спостерігається при плавленні тільки деяких речовин? Час минав, факти про рідких кристалах поступово накопичувалися, але не було загального принципу, який дозволив би встановити якусь систему в уявленнях про рідких кристалах.Як кажуть, настав час для класифікації предмета досліджень. Заслуга в створенні основ сучасної класифікації рідких кристалів належить французькому вченому Ж. Фріделя. У двадцяті роки Фрідель запропонував розділити всі рідкі кристали на дві великі групи. Одну групу рідких кристалів Фрідель назвав нематическими, іншу смектичними. Він же запропонував загальний термін для рідких кристалів - «мезоморфним фаза». Цей термін походить від грецького слова «мезос» (проміжний), а вводячи його, Фрідель хотів підкреслити, що рідкі кристали займають проміжне положення між істинними кристалами і рідинами, як по температурі, так і за своїми фізичними властивостями. Нематические рідкі кристали в класифікації Фріделя включали вже згадувані вище холестерические рідкі кристали як підклас. Самі "кристалічні" серед рідких кристалів - смекатіческіе. Для смекатіческіх кристалів характерна двовимірна впорядкованість. Молекули розміщуються так, щоб їх осі були паралельні. Більш того, вони "розуміють" команду "рівняйся" і розміщуються в струнких лавах, упакованих на смекатіческіх площинах, і в шеренгах - на нематичних. Смекатіческім рідких кристалів властиво багато чого з того, про що піде мова нижче, і щось особливе - довгострокова пам'ять. Записавши, наприклад, зображення на такий кристал, можна потім довго милуватися "твором". Однак ця особливість смекатіческіх кристалів для відтворюють елементів индикационного пристроїв, телевізорів і дисплеїв не дуже зручна. Проте, вони знаходять застосування в промисловості, наприклад, в індикаторах тиску. Впорядкованість нематических середовищ нижче, ніж у смекатіческіх. Молекулам дозволено зміщатися відносно довгих осей, тому упорядкованість стає "односторонньої", а реакція на зовнішній вплив щодо швидкої, пам'ять - короткою. Смекатіческіе площині відсутні, а ось нематические зберігаються. Термін "холестерические рідкі кристали" не випадковий, оскільки найбільш характерним і на практиці самим використовуваним кристалом цього класу є холестерин. Молекули холестерину і аналогів розміщуються в нематичних площинах. Особливість молекул холестерічеського типу в тому, що при досить сильному бічному тяжінні їх вершини відштовхуються. Холестерин - доступний і досить дешевий матеріал, сировиною для якого багата будь-яка бойня. Дуже складні рідкокристалічні структури утворюють розчини мила в воді. Тут можна отримати шаруваті, дискові і навіть кулясті структури. Словом, вибір матеріалу широкий. У досить великих обсягах кристалічної рідини утворюються домени, фізичні властивості яких подібні до кристалів. Однак в цілому вона проявляє властивості, подібні звичайним рідин. Доменна структура рідких кристалів утворюється з тих же причин і законам, що в сегнетоелектриках і феромагнетиках. Ситуація різко змінюється в плівках, товщина яких порівнянна з радіусом взаємодії молекул рідини і пластин, формують шар. Це важливо підкреслити, оскільки саме взаємодія рідкого кристала і формотворчих елементів створює той легко керований прилад, який так активно вбудовується в сучасну електронну техніку. 4.1. Термотропниє рідкі кристали Залежно від характеру розташування молекул згідно кл ассіфікац ії, запропонованої ещ е Фріделем, розрізняють три основних типи структур ЖК-з'єднань: смектіческом, нематический і холестерические. Зазначені типи структур відносяться до так званим термотропних рідких кристалів, утворення яких здійснюється тільки при термічному впливі на вещ ество (нагрівання або охолодження). На рис. 3 показані схеми распол оженився стрижні - і дископодібних мовляв екул в трьох перечисл енних структурних модифікаціях рідких кристалів.
Мал. 3. Основ ні типи роз оложеніе стрижні-образних (а-в) і дископодібних (г) молекул в рідких кристалах: а - смектична фаза, б - нематического, в - холестеричних, г - діскотіческая (n- дире ктор). Смектіческом тип рідких кристалів (смектики - від грец. Слова "Смегма" - мило) найближче до істинно кристалічним тілам. Мовляв екули розташовуються в шарах, і їх центри тяжіння під Віжн в двох вимірах (на смектіческом й площині). При цьому д лінние осі молекул в кожному шарі можуть розташовуватися як перпендикулярно площині шару (ортогональні смектики), так і під деяким кутом (похилі смектики). Напрямок преимущ ественной орієнтації осей молекул прийнято називати директором, який зазвичай позначається вектором n (рис. 3, а). Нематический тип рідких кристалів (нематики від грец. "Нема" - нитка) характеризується наявністю тільки одновимірного орієнтаційного порядку довгих (каламітікі) або коротких (діскотікі) осей молекул (рис. 3 б і 3 г відповідно). При цьому центри тяжкості молекул розташовані в просторі хаотично, що свідчить про відсутність трансляційного порядку. Найбільш складний тип упорядкування молекул рідких кристалів холестеричних (холестериках), утворений хіральними (оптично акт івнимі) молекулами, що містять асиметричний атом вуглецю. Це означає, що такі мо лекул є дзеркально-несиметричними на відміну про т зе ркально-симетричних молекул нематиков. Вперше холестеричних мезофаза спостерігалася для похідних холі стерину, звідки й походить її назва. Холестериках в багатьох отнош еніях по Добнєв нематика, в яких реалізується од номерних орієнтаційний порядок; вони утворюються також при додаванні невеликих кількостей хіральних сполук (1-2 мол.%) до нематика. Як видно з рис. 3, в, в цьому випадку додатково реалізується спіральна закрученность молекул, і дуже часто холестериках називають закрученим нематика. Періодична спіральна структура холестериках визначає їх унікальну особливість - здатність селективно відображати падаюче світло, "робо тая" в цьому випадку як дифракційна реш ЕТКА. При фіксованому вугіллі відображення умови інтерференції виконуються тільки для променів одного кольору, і шар (або плівка) холестерика здається забарвленим в один ц вет. Цей ц вет визначається кроком спіралі Р, який при нормальному куті падіння світла простим образ му пов'язаний з максимумом довжини хвилі відбитого світла lmax: P = lmax / n (1) де n - показник заломлення холестерика. Цей ефект виборчого відображення плівкою холестерика світла з певною довжиною хвилі отримав назву селективного відображення. Залежно від величини кроку спіралі, який визначається хімічною природою холестерика, максимум довжини хвилі відбитого світла може розташовуватися у видимій, а також в ІЧ і УФ-областях спектра, визначаючи широкі галузі використання оптичних властивостей холестериках. Будь-який з трьох типів мезофаз розглядається зазвичай як безперервна анізотропна середовище, де в невеликих за розмірами мікрообьемах (їх часто називають роями або доменами), состоящ їх, як правило, з 104-105 молекул, молекули орієнтовані паралельно один одному. Тепер розглянемо макроскопічну структуру рідких кристалів, яку найчастіше називають текстурою, розуміючи під цим сукупність структурних деталей зразка рідкого кристала, помешенного між двома стеклами і досліджуваного за допомогою оптичного поляризаційного мікроскопа. Кожен тип рідкого кристала мимовільно утворює свої характерні текстури, за якими їх часто вдається ідентифікувати. Як правило, текстури рідких кристалів настільки "фотогенічні", що їх красиві мікрофотографії часто завадять на обл ожках наукових журналів і науково-популярних вид аній.
Мал. 4 Типові текстури нематических (а), смектических (б) і холестерических (в) рідких кристалів: а - шлірен, б - віялова, в - конфокальна текстури. 4.2. Ліотропні рідкі кристали На відміну від термотропних жид ких кристалів ліотропні рідкі кристали утворюються при розчиненні ряду амфіфільних сполук в певних розчинниках і мають, як правило, більш складну структуру, ніж термотропниє рідкі кристали. Амфіфільних сполуки складаються з молекул, що містять гідрофільні і гід рофобние групи. Такі сполуки широко поширені в природі. Так, наприклад, будь-яка жирна кислота є амфіфільних. Її молекули складаються з двох частин: полярної "головки" (СООН-група) і вуглеводневої "хвоста" [СН3 (СН2) n-]. Подібні з'єднання при розчиненні в воді, як правило, утворюють міцелярні розчини, в яких полярні головки стирчать назовні, перебуваючи в контакті з водою, а вуглеводневі хвости, контактуючи один з одним, дивляться всередину. Таки е миц Єлли (рис. 4, а) і є тими структурними елементами, з яких будуються ліотропні рідкі кристали, формуючи, наприклад, циліндричну або ламеллярную форми (рис. 4, б, в). На відміну від термотропних рідких кристалів, де формування певного типу мезофази визначається лише температурою, в ліотропних системах тип структ урн ой організації визначається вже двома параметрами: концентрацією речовини і температурою. Ліотропні рідкі кристали найбільш часто утворюються біологічними системами, функціонуючими у водних середовищах. Саме в ці х системах в найбільш яскравій формі проявляються унікальні особливості рідких кристалів, що поєднують лабиль ність з високою схильністю до самоорганізації. Обмежимося лише одним при мером, що належать до клітин і внутрішньоклітинних органел, покритим тонкими високоупорядоченние оболонками - мембранами. Сучасні структурні дослідження показують, що мембрани являють собою типові ліотропні ламеллярние лабільні ЖК-структури, складений ні з подвійного шару фосфоліпідів, в якому "розчинені" білки, полісахаріли, холестерин та інші життєво важливі компоненти (рис. 4, г). Таке ан з отропное будова мембрани, з одного боку, по зволяет защ ищ ать її внутрішню частину від небажаних зовнішніх впливів, а з іншого боку, її "рідинної" характер забезпечує високі транспортні властивості (прониц аемость, перенесення іонів і ін.), Що надає клітині визначально ую роль в процесах життєдіяльності.
Мал. 4. Деякі типи ліотропних рідкокристалічних структур, утворені амфіфілів ними молекулами в водних розчинах: а - циліндричний а міцел ла, б - гексагональна упаковка циліндричних міцел, в - ламеллярную смектіческом рідкий кристал; г - будова мембрани, що складається з фосфолипидного подвійного шару (1) і молекул білків (2). 4.3 Нематические рідкі кристали Почнемо опис пристрою рідких кристалів на прикладі найбільш простий і добре вивченою їх різновиди, нематических рідких кристалів, або, як ще прийнято говорити, нематиков, Отже, кристали деяких органічних речовин при нагріванні, перш ніж розплавитися і перейти в звичайну рідину, проходять при підвищенні температури через стадію рідкокристалічної фази. Як ми побачимо нижче, рідкокристалічних фаз може бути у одного і того ж з'єднання кілька. Але спочатку для того, щоб не ускладнювати знайомство з жидкокристаллической фазою несуттєвими тут подробицями, розглянемо найбільш просту ситуацію, коли з'єднання має одну жидкокристаллической фазою. В цьому випадку процес плавлення кристала йде в дві стадії. Спочатку при підвищенні температури кристал відчуває «перше плавлення», переходячи в мутний розплав. Потім при подальшому нагріванні до цілком певної температури відбувається «просвітління» розплаву. «Просвітлений розплав» має всі властивості рідин. Мутний розплав, який і являє собою рідко 'кристалічну фазу, за своїми властивостями істотно відрізняється від рідин, хоча має найхарактерніших властивістю рідини - плинністю. Найбільш різке відміну жидкокристаллической фази від рідини проявляється в оптичних властивостях. Рідкий кристал, володіючи плинністю рідини, виявляє оптичні властивості всім нам знайомих звичайних кристалів. При зниженні температури все перетворення відбуваються в зворотному порядку і точно при тих же температурах, т.е. послідовність фаз така: прозорий розплав-смутний розплав- ^ кристал або в прийнятих скороченнях ІЖ- ^ НЖК- ^ ТК. "Якщо всі описані перетворення спостерігаються, наприклад, для з'єднання п-метонсйбензіліден-п'-бу-тіланілін або, як прийнято скорочено називати це з'єднання, МББА, то спостерігається рідкокристалічна фаза називається нематической або просто Нематов-KOMj Зміна ж фазових станів характеризується наступними температурами . Температура першого плавлення ГЯ, = 21 ° С. Нижче ТдМББА знаходиться в звичайному кристалічному стані. Від Т ^ до температури просвітління 7 ^ == 41 ° С МББА володіє нематической жидкокристаллической фазою, і вище Тм - звичайна (з отропная) рідина. Інтервал температур від Гд, до tn для різних речовин може бути від одиниць до сотні гра дусов. Типове ж значення цього інтервалу - порядку декількох десятків градусів. Щоб схематично уявити собі пристрій нематика, зручно що утворюють його молекули представити у вигляді паличок. Для такої ідеалізації є фізичні підстави. Молекули, що утворюють рідкі кристали, як уже говорилося, є типові для багатьох органічних речовин освіти зі порівняно великою молекулярною вагою, протяжності яких в одному напрямку в 2-3 рази більше, ніж в поперечному. Можна вважати, що напрямок введених нами паличок збігається з довгими осями молекул. При введеної нами ідеалізації структуру нематика слід представляти як «рідина однаково орієнтованих паличок». Це означає, що центри тяжкості паличок розташовані і рухаються хаотично, як у рідини, а орієнтація при цьому залишається у всіх паличок однаковою і незмінною. Нагадаємо, що в звичайній рідини не тільки центри тяжкості молекул рухаються хаотично, а й орієнтації виділених напрямків молекул абсолютно випадкові і не скоррелірованни між собою. А в якості виділених напрямків в молекулі можуть виступати різні величини, наприклад, електричний дипольний момент, магнітний момент або, як в розглянутому нами випадку, анізотропія форми, яка характеризується виділеними напрямами чи, як кажуть, осями. У зв'язку з описаним повним хаосом в рідини рідина (навіть складається з анізотропних молекул) изотропна, т. Е. Її властивості не залежать від напрямку. Насправді, звичайно, молекули нематика схильні не тільки випадковому поступальному руху, а й орієнтація їх осей відчуває відхилення від напрямку, що визначає орієнтацію паличок в розглянутій нами рідини. Тому напрямки паличок задають переважну, усереднену орієнтацію, і реально молекули здійснюють хаотичні орієнтаційні коливання навколо цього напрямку усередненої орієнтації. Амплітуда відповідних ориен тационная коливань молекул залежить від близькості рідкого кристала до точки фазового переходу в звичайну рідину tn, зростаючи в міру наближення температури нематика до температури фазового переходу. У точці фазового переходу орієнтаційні впорядкування молекул повністю зникає і орієнтаційні руху молекул так само, як і трансляційні, виявляються повністю хаотичними. У зв'язку з описаною картиною поведінки нематика його прийнято описувати в такий спосіб. Для характеристики орієнтаційної порядку вводиться вектор одиничної довжини з, званий директором, напрям якого збігається з напрямком введених вище паличок. Таким чином, директор задає виділений, переважне, напрям орієнтації молекул в холестерин. Крім того, вводиться ще ОДНА величина, параметр порядку, який характеризує, наскільки велика ступінь орієнтаційної упорядкування молекул або, що те ж саме, наскільки мала разупорядоченності орієнтацій молекул. Параметр порядку визначається наступним чином: S = ^ «cos» e> -73 (1) де в-кут між напрямками директора і миттєвим напрямком довгої осі молекул, a - позначає середнє за часом значенні cos '@. З формули (1) ясно, що параметр 5 може приймати значення від 0 до 1. Значення -S == 1 відповідає повному ориентационному порядку. Причому .S == 1 досягається, як неважко зрозуміти, якщо значення В не змінюється в часі і дорівнює 0, т. Е. Якщо напрямок довгих осей молекул суворо збігаються з напрямом директора.
|
.
Серед мезогенних груп найчастіше зустрічаються бензольні кільця, пов'язані безпосередньо один з одним за допомогою різних хімічних угруповань (-CH = CH-, -CH = N-, -NH-CO та ін.). Характерною особливістю всіх ЖК-з'єднань є асиметрична форма Малек, що забезпечує анізотропію поляризуемости і тенденцію до розташування молекул переважно паралельно один одному уздовж їх довгих (каламітікі і санідікі) і коротких (діскотікі) осей.
У той час існування рідких кристалів уявлялося якимось курйозом, і ніхто не міг припустити, що їх очікує майже через сто років велике майбутнє в технічних додатках. Тому після деякого інтересу до рідких кристалів відразу після їх відкриття про них через деякий час практично забули.
де n ||, n ^ і e ||, e ^ - показники заломлення і діелектричні постійні відповідно, виміряні при паралельній та перпендикулярної орієнтації довгих осей молекул щодо директора. Значення Dn для ЖК-з'єднань зазвичай ве сьма великі і змінюються в ш іроко межах залежно від їх хімічної будови, досягаючи іноді величини порядку 0,3-0,4. Величина і знак De залежать від співвідношення між анізотропією поляризованого молекули, величиною постійного дипольного моменту m, а також від кута межд у напрямом дипольного моменту і довгою молекулярної віссю. Приклади двох ЖК-з'єднань, характериз ующіхся позитивної і від ріцательно величиною D e, наведені нижче: