Тема 6. Жидкие кристаллы

Тема 6. Жидкие кристаллы

§6.1. Общие свойства

Жидкие кристаллы – вещества в состоянии, промежуточном между твердым кристаллическим и изотропным жидким. (Мезофазы, анизотропные жидкости)

Историческая справка: ЖК открыты в 1888 г. австрийским ботаником Ф. Рейнитцером, а затем описаны немецким кристаллографом Ф. Леманом.

Обладаюти свойствами жидкости: текучесть,и свойствами кристалла: анизотропия,

двойное лучепреломление,..

Способы образования ЖК

1. Термотропные ЖК: промежуточная фаза (мезофаза) между кристаллическим и жидким состоянием при плавлении кристалла.

2. Лиотропные ЖК: растворы твердых органических соединений в растворителях (например, в воде).

Пример лиотропных ЖК – мыльные растворы.

L

директор |L| = 1

L и - L – эквивалентны

Стержнеобразные молекулы

Дискообразные молекулы

Тема 6. Жидкие кристаллы

§6.2. Структура и классификация фаз. Нематики. Смектики. Холестерики

L constr )(

Нематики

(греч. νημα – нить)

constrL )(

домены: ~ 0,01 – 0,1 мм

0L

хаотическое распределение доменов:

Доменная структура нематиков

z

z

L

L

)()( bzz

Смектики (греч. σμηγμα – мыло)

constrL )(

x

x

y

y

constyx ),(

текучесть

упругость

b

L

L

L

L

Холестерики

Шаг спирали: h = 2πτ /φ τ – толщина слоя (~ поперечный размер молекул)

φ – дискретный угол поворота директора (молекул соседних слоев)

h/2

τ

L

Тема 6. Жидкие кристаллы

§6.3. Управление директором. Эффект Фредерикса

FF

E

Эффект Фредерикса в электрическом поле

В.К.Фредерикс и В.Н.Цветков – советские ученые, в 30-е годы впервые исследовали необычные электрические и оптические свойства ЖК.

L

FF

E

L

E

Эффект Фредерикса в электрическом поле

Эффект Фредерикса имеет пороговый характер: переориентация

директора происходит при условии Мкрут.эл ≥ Мкрут.упруг

В.К.Фредерикс и В.Н.Цветков – советские ученые, в 30-е годы впервые исследовали необычные электрические и оптические свойства ЖК.

1 2

E

Влияние магнитного поля на молекулы жидкого кристалла

Включение магнитного поля

S

N

Влияние магнитного поля на молекулы жидкого кристалла

Магнитное поле включено

S

N

Магнитное поле отсутствует

Тема 6. Жидкие кристаллы

§6.4. Организация тотальной ориентации нематика. Твист-ориентация

домены: ~ 0,01 – 0,1 мм

0L

хаотическое распределение доменов:

Доменная структура нематиков

10 – 100 мкм

10 – 100 нм

Организация тотальной ориентации

Организация твист-структуры

Тема 6. Жидкие кристаллы

§6.5. Индикаторы и дисплеи на жидких кристаллах

твист-ориенти-рованный ЖК

1 2 3

4 5 6

7 8 9

0

поляризатор

анализатор

зеркало

ЖК - индикатор

+

свет

возбуждающий импульс

(поочередно)

инф

ормац

ионн

ые

импу

льсы

(одн

овре

менно

)

Для черно-белых экранов – эффект Фредерикса

(с поляризаторами)

Для цветных экранов – эффект «гость-хозяин»

(поляризаторы не нужны)

Эффект «гость-хозяин»

ЖК-матрица («хозяин»)молекулы

красителя («гость»)

Е

дихроизм красителя (двухцветность)

ЖК - дисплеи

Тема 6. Жидкие кристаллы

§6.6. Применение смектиков и холестериков

z

z

L

L

)()( bzz

Смектики (греч. σμηγμα – мыло)

constrL )(

x

x

y

y

constyx ),(

текучесть

упругость

Лазерное «перо»,ультразвуковой «рентген»

1 2

3

L

L

L

L

Холестерики

Шаг спирали: h = 2πτ /φ τ – толщина слоя (~ поперечный размер молекул)

φ – дискретный угол поворота директора (молекул соседних слоев)

h/2

τ

L

Шаг спирали: h = 2πτ /φ

τ – толщина слоя, φ –угол поворота директора

h/2

h/2

h/2

h = h(E)

E

h = h(T)

λотраж = λ(E)

λотраж = λ(Т)

Конец темы