Нанотехнологическое сообщество Нанометр, все о нанотехнологиях
на первую страницу Новости Публикации Библиотека Галерея Сообщество Объявления Олимпиада ABC О проекте
 
  регистрация
помощь
 

Lenta.ru: Упорядоченная жидкость

Ключевые слова:  Жидкие кристаллы , Лекции, МГУ

Опубликовал(а):  Доронин Федор Александрович

23 декабря 2010

Что такое жидкие кристаллы?

Это вещества, способные образовывать особую фазу, промежуточную между обычной - изотропной (разупорядоченной) - жидкой фазой и твердой кристаллической фазой. Можно сказать, что жидкие кристаллы представляют собой упорядоченные жидкости. Часто для жидкокристаллических фаз используют термин "мезофазы" ("мезос" - промежуточный). В силу своей молекулярной упорядоченности они обладают огромным количеством интересных свойств, благодаря которым жидкие кристаллы используются в разнообразных технических устройствах. Более того, сейчас практически каждый человек пользуется ЖК-монитором, смотрит ЖК-телевизор, мониторы мобильного телефона работают на жидких кристаллах.

Какими свойствами обладают жидкие кристаллы? Чем они отличаются от "обычных" кристаллов или от жидкостей?

Самая интересная особенность жидких кристаллов - они обладают анизотропией свойств. Это означает, что поляризованный свет распространяется в жидкокристаллической фазе с разной скоростью в различных направлениях. Благодаря этой особенности жидкие кристаллы можно использовать в переключаемых системах - с одной стороны, они быстро реагируют на внешние поля, а с другой - их свойства отличаются в зависимости от того, в каком направлении приложено внешнее поле.

Переориентация молекул жидкого кристалла обычно происходит за миллисекунды, и при этом возникают колоссальные изменения оптических свойств жидкокристаллического слоя.

Какие вещества могут переходить в жидкокристаллическое состояние?

Вещество может переходить в состояние жидкого кристалла, если его молекулы имеют определенную структуру - чтобы проявлялась анизотропия свойств, они должны быть анизометричными. Грубо говоря, в ЖК-веществе молекулы должны быть палочко- или дискообразными. Это в простейшем случае. Существует, к примеру, класс так называемых "бананообразных" (banana-shaped) молекул, образующих интересные мезофазы.

Существуют ли вещества, которые при одних условиях являются, например, жидкостью, а при других переходят в жидкокристаллическое состояние?

Среди жидких кристаллов выделяют два типа - термотропные и лиотропные. Термотропные переходят в жидкокристаллическое состояние при определенной температуре, а при других температурах они могут быть либо кристаллическими, либо (при высоких температурах) - изотропными жидкостями. В случае лиотропных жидких кристаллов мезофаза возникает при добавлении к веществу растворителя.

Переход в состояние жидкого кристалла происходит при понижении температуры или при повышении?

При нагревании любое вещество чаще всего переходит в менее упорядоченное состояние, соответственно, жидкокристаллическое состояние менее упорядочено, чем кристаллическое, но более упорядочено, чем изотропная жидкость.

А при дальнейшем нагреве такое вещество может перейти в состояние жидкости?

Да, некоторые вещества могут перейти в состояние обычной разупорядоченной жидкости, а потом начинают испаряться. Если рассмотреть обобщенную диаграмму изменения состояния вещества при повышении температуры, то она будет такой: кристалл, жидкий кристалл, жидкость и пар.

Когда и как были впервые получены жидкие кристаллы?

Первый выделенный учеными жидкий кристалл был синтетическим веществом на основе природного холестерина. Это вещество называется холестерилбензоат - эфир бензойной кислоты и холестерина, и у него в 1888 году было обнаружено жидкокристаллическое состояние, хотя тогда еще исследователи не знали, что это именно оно.

В истории жидких кристаллов получилось так, что вещества, обладающие такими свойствами, были синтезированы раньше, чем ученые в этих свойствах разобрались. Уже потом химики и физики начали изучать свойства новых веществ, и выяснилось, что многие из них могут образовывать жидкие кристаллы. Но всерьез жидкими кристаллами ученые заинтересовались только в конце 1960-х, когда поняли, что их можно использовать в технике.

Как ученые получают жидкие кристаллы сейчас? Каким образом они угадывают - или предсказывают, что то или иное вещество будет обладать жидкокристаллическими свойствами?

Сейчас жидкие кристаллы получают путем стандартного органического синтеза. Ученые накопили очень много информации, на основании которой возможно предположить, будет ли вещество образовывать жидкокристаллическую фазу, или не будет.

Встречаются ли жидкие кристаллы в природе?

Жидкокристаллическое состояние играет важную роль в "работе" живых систем. Например, оно может наблюдаться в липидных мембранах. При некоторых условиях переходить в жидкокристаллическую фазу может ДНК. Иногда встречаются аналоги, или подобия ЖК-структур - например, переливающаяся окраска некоторых жуков и бабочек определяется твердыми структурами, которые напоминают "замороженные" жидкие кристаллы.

Как специалисты изучают жидкие кристаллы? Какие экспериментальные методы они используют?

Самый первый, так сказать традиционный, способ изучения жидких кристаллов - это поляризационно-оптическая микроскопия. Эта же технология применяется для исследования обычных кристаллов. Коротко суть метода такова: когда поляризованный свет попадает в жидкокристаллическую среду, наблюдается поворот плоскости поляризации, и степень поворота зависит от длины волны. Мезофазы дают характерные картинки, текстуры, при наблюдении в поляризационный микроскоп. Анализ изображения позволяет сделать первичный вывод о том, что за жидкокристаллическая фаза образуется.

Другой метод изучения жидких кристаллов - это рентгеноструктурный анализ.

Кроме того, для изучения свойств жидких кристаллов используют спектральные методы, включая, например, ядерно-магнитный резонанс. И хотя методов много, и изучают жидкие кристаллы уже давно, очень многие их свойства остаются пока непонятными.

А есть ли какие-то свойства, которых у жидких кристаллов пока не обнаружено, но наличие которых предполагается?

На ум ничего такого не приходит. В 70-е годы была предсказана возможность появления сегнетоэлектричества в некоторых типах ЖК-фаз, а позже его действительно обнаружили. Сейчас в исследовании жидких кристаллов есть несколько, так скажем, "модных" направлений. Например, к ним относятся исследования вышеупомянутых бананообразных молекул. Впервые ученые ими заинтересовались еще в середине 90-х годов, но сейчас интерес усилился, потому что такие жидкие кристаллы демонстрируют очень необычные физические свойства, включая, например, сегнетоэлектричество.

Давайте поговорим о практическом применении жидких кристаллов. Как именно они работают, скажем, в мониторах или часах?

Жидкие кристаллы могут легко переориентироваться во внешнем магнитном или электрическом поле. Их наносят в виде тонкой пленки на специальную зону с проводящим покрытием. При подаче электрического сигнала происходит переориентация молекул жидких кристаллов, и цвет или светопропускание покрытия изменяются.

Кстати, в жидкокристаллических дисплеях используют не один тип кристаллов, а многокомпонентную смесь (причем не обязательно, чтобы все ее составляющие обладали жидкокристаллическими свойствами). Это делается для того, чтобы понизить температуру плавления смеси до значения ниже комнатной температуры. Иначе такие дисплеи не смогут работать, так как жидкие кристаллы в них будут находиться в твердом состоянии.

Какие еще применения есть у жидких кристаллов?

Используя жидкие кристаллы, можно проводить визуализацию температурных полей - дело в том, что некоторые жидкие кристаллы меняют свою окраску под действием изменения температуры.

Но, вообще говоря, кульминация активности исследований жидких кристаллов для дисплейных технологий была в 80-х-90-х годах прошлого века, а сейчас интерес к ним с этой точки зрения во многом угас. Однако это не значит, что с ними уже все ясно. Есть огромный простор и для фундаментальных исследований, и для возможных "недисплейных" применений: в оптоэлектронике, создании сенсоров, в биологии и медицине.

Ирина Якутенко, Лента.ру .

Расшифровка, слайды и видеозапись лекции опубликованы ТУТ.


Источник: Lenta.ru



Комментарии
Владимир Владимирович, 23 декабря 2010 21:32 
А вы лучше посмотрите ссылки на Полит.ру. Они - просто молодцы! Там эта лекция в очень красивой и доступной форме дана. Вот такие вещи и надо публиковать. Если автор разрешит, может быть, и перепубликуем. Посыпаю голову пеплом после снятия шляпы в восхищении (смешанные эмоции).
Владимир Владимирович, 23 декабря 2010 21:44 
Они - огромные молодцы!
Трусов Л. А., 23 декабря 2010 22:20 
и ведь как-то обошлось без увлекательных наномиров
"Голос из зала: У меня не сколько вопрос, сколько возникло предложение,
идея. Мне кажется, эта тема картинок кристаллизации имеет богатый потенциал
для рассказов о науке детям и юношеству в школах. Может, имеет смысл
создать один электронный урок, рассчитанный на 45 минут, и распространить
его по средним школам? Сейчас есть электронные доски, которые многие не
используют, их приказали иметь в школах. Мне кажется, было бы красиво
показывать эти картинки детям в течение 45 минут, а потом, в конце,
объяснить, как это все делается. Мне кажется, было бы интересно предложить
такую тему, как-то финансировать.

Алексей Бобровский: Я готов помочь, если что. Предоставить, написать, что
нужно."
Астафьева Ксения Игоревна, 24 декабря 2010 15:30 
прекрасная лекция, рассказанная в легкой, интересной форме
особенно потому, что Алексей рассказал о теме, которой он сам непосредственно занимается, т.е. в чем он прекрасно разбирается.
А может кто нибудь подскажет, как видео этой лекции можно скачать?

Для того чтобы оставить комментарий или оценить данную публикацию Вам необходимо войти на сайт под своим логином и паролем. Зарегистрироваться можно здесь

 

Матрица - Перезагрузка
Матрица - Перезагрузка

На XXI Менделеевском съезде награждены выдающиеся ученые-химики
11 сентября 2019 года в Санкт-Петербурге на XXI Менделеевском съезде по общей и прикладной химии объявлены победители премии выдающимся российским ученым в области химии. Премия учреждена Российским химическим обществом им. Д.И.Менделеева совместно с компанией Elsevier с целью продвижения и популяризации науки, поощрения выдающихся ученых в области химии и наук о материалах.

Россия подала в ЮНЕСКО заявку на учреждение премии имени Менделеева для молодых ученых
Россия подала в ЮНЕСКО заявку на учреждение премии имени Менделеева для молодых ученых. Об этом премьер-министр РФ Дмитрий Медведев сообщил, открывая встречу с нобелевскими лауреатами, руководителями химических обществ, представителями международных и российских научных организаций.

Перст-дайджест
В новом выпуске бюллетеня «ПерсТ»: Синтез “перламутровых” нанокомпозитов с помощью бактерий. Оптомагнитный нейрон.Устойчивость азотных нанотрубок. Электронные характеристики допированных фуллереновых димеров.

Люди, создающие новые материалы: от поколения X до поколения Z
Е.В.Сидорова
Самые диковинные экспонаты научной выставки, организованной в Москве в честь Международного года Периодической таблицы химических элементов в феврале 2019 г., можно было рассмотреть только "вооруженным глазом»: Таблица Д.И.Менделеева размером 5.0 × 8.7 мкм и нанопортрет первооткрывателя периодического закона великолепно демонстрировали возможности динамической АСМ-литографии на сканирующем зондовом микроскопе. Миниатюрные произведения представили юные участники творческих конкурсов XII Всероссийкой олимпиады по нанотехнологиям, когда-то задуманной академиком Ю.Д.Третьяковым — основателем факультета наук о материалах (ФНМ) Московского государственного университета имени М.В.Ломоносова. О том, как подобное взаимодействие со школьниками и студентами помогает сохранить своеобразие факультета и почему невозможно воплощать идею междисциплинарного естественнонаучного образования, относясь к обучению как к конвейеру, редактору журнала «Природа» рассказал заместитель декана ФНМ член-корреспондент РАН Е.А.Гудилин.

Как наночастицы применяются в медицине?
А. Звягин
В чем преимущества наночастиц? Как они помогают ученым в борьбе с раком? Биоинженер Андрей Звягин о наночастицах в химиотерапии, имиджинговых системах и борьбе с раком кожи.

Медицинская керамика: какими будут имплантаты будущего?
В.С. Комлев, Д. Распутина
Почему керамические изделия применяются в хирургии? Какие технологии используются для создания имплантатов? Материаловед Владимир Комлев о том, почему керамика используется в медицине, как на ее основе создаются имплантаты и какие перспективы у биоинженерии

Технопредпринимательство на марше

Мы традиционно просим вас высказать свои краткие суждения по вопросу технопредпринимательства и проектной деятельности школьников. Для нас очевидно, что под технопредпринимательством и под проектной деятельностью школьников каждый понимает свое, но нам интересно ваше мнение, заодно вы сможете увидеть по мере прохождения опроса, насколько оно совпадает или отличается от мнения остальных. Ждем ваших ответов!

О наноолимпиаде замолвите слово...

Прошла XII Всероссийская олимпиада "Нанотехнологии - прорыв в Будущее!" Мы надеемся, что нам для улучшения организации последующих наноолимпиад поможет электронное анкетирование. Мы ждем Ваших замечаний, пожеланий, предложений. Спасибо заранее!

Опыт обучения в области нанотехнологического технопредпринимательства

В этом опросе мы просим поделиться опытом и Вашим отношением к нанотехнологическому технопредпринимательству и смежным областям. Заранее спасибо за Ваше неравнодушие!



 
Сайт создан в 2006 году совместными усилиями группы сотрудников и выпускников ФНМ МГУ.
Сайт модернизирован для ресурсной поддержки проектной деятельности учащихся в рамках ГК 16.647.12.2059 (МОН РФ)
Частичное или полное копирование материалов сайта возможно. Но прежде чем это делать ознакомьтесь с инструкцией.