Жидкие кристаллы Выполнили Жиленко Дмитрий Погорянский Александр Растунов

Жидкие кристаллы Выполнили: Жиленко Дмитрий Погорянский Александр Растунов Павел Титова Виктория Чепурко Никита

Введение • Существуют необычные вещества, которые совмещают в себе свойства кристаллического твердого тела и жидкости. Эти вещества называются жидкими кристаллами. Подобно жидкостям, они текучи. Но в то же время они, подобно кристаллам, обладают анизотропией.

Краткая справка • О существовании жидких кристаллов известно уже почти 100 лет. Но очень долгое время они рассматривались как курьез, не заслуживающий пристального внимания и изучения. Лишь несколько десятков лет назад началось детальное исследование этих веществ.

Молекулы жидких кристаллов • Молекулы жидких кристаллов - это молекулы органических соединений, имеющие вытянутую сигарообразную форму. Строение их таково, что концы молекул очень слабо взаимодействуют друг с другом. • Жидкие кристаллы существуют в определенном для каждого вещества интервале температур.

Классификация • В зависимости от характера ориентации осей молекул жидкие кристаллы подразделяются на три типа: • нематические, • смектические • холестерические.

Нематические жидкие кристаллы • Наименее упорядоченной структурой обладают нематические кристаллы (от греческого слова "нема" - нить). Длинные оси молекул нематических кристаллов параллельны другу, и в этом отношении вещество обнаруживает дальний порядок, подобно кристаллам. Но центры тяжести молекул расположены хаотически, и в их расположении обнаруживается лишь ближний порядок. Под действием электрических и магнитных полей ориентация осей молекул изменяется.

И чуть проще • Представьте себе длинную коробку, заполненную спичками. Спички могут смещаться вверх и вниз, но не могут переворачиваться, так что их оси остаются параллельными длинной оси коробки. Это и есть грубая модель нематического кристалла.

Смектические жидкие кристаллы • Наиболее упорядочены смектические жидкие кристаллы. Оси их молекул также параллельны, но образуют набор слоев. У некоторых смектических веществ молекулы упорядочены и внутри каждого слоя но в любом случае, оси молекул параллельны другу и перпендикулярны плоскости слоя.

• Взаимодействие между слоями молекул гораздо слабее взаимодействия молекул внутри одного слоя, Поэтому слои могут легко скользить друг относительно друга, и смектики на ощупь мылоподобны. Отсюда и название (от греческого "смегма" - мыло).

• Обыкновенный мыльный пузырь представляет собой жидкокристаллическое вещество. Внешняя и внутренняя поверхности пузыря, между которыми находится мыльный раствор, состоят из слоев мыла. Притяжение молекул мыла в поверхностных слоях обеспечивает устойчивость мыльного пузыря. При увеличении радиуса пузыря свободные молекулы мыла из раствора переходят в жидкость. Если пузырь сокращается, то, напротив, молекулы мыла выталкиваются из поверхностного слоя и переходят в раствор.

Холестерические жидкие кристаллы • Название холестерические жидкие кристаллы получили из -за того, что их молекулярное строение характерно для большого числа соединений, содержащих холестерин. • Молекулы холестерических жидких кристаллов располагаются в слоях, как и молекулы смектических жидких кристаллов. Но в каждом слое центры молекул расположены беспорядочно, как у нематиков.

Дефекты • Вышеописанное строение кристаллов - их идеальные модели. В них всегда встречаются нарушения строгой периодичности в расположении атомов. Это нарушения и называют дефектами в кристаллах. Дефекты образуются в процессе роста кристаллов под влиянием теплового движения молекул, механических воздействий, облучения потоками частиц, из-за наличия примесей и пр.

Точечные дефекты • Точечные дефекты возникают при замещении одного из атомов кристаллической решетки атомом примеси (а), внедрения атома между узлами решетки (b), или в результате образования вакансия - отсутствия атома в одном из углов решетки (c)

• Одним из экспериментальных подтверждений наличия точечных дефектов является диффузия.

Возникает вопрос: почему же атомы одного металла проникают внутрь другого?

Дислокации • Гораздо большее влияние на свойства кристаллов оказывают линейные дефекты, при которых нарушения структуры сосредоточены вблизи протяженных линий. Такие дефекты часто называют дислокациями (от позднелатинского слова dislocatio - смещение).

Различают две основные дислокации: Краевую товую Вин

Краевая дислокация Краевую дислокацию в кристалле можно представить как границу неполной атомной плоскости

Винтовая дислокация • Более сложной является винтовая дислокация. Представьте себе рассеченную наполовину кристаллическую решетку, в которой две примыкающие части (блоки) сдвинуты так, что одна часть смещена относительно другой на толщину одного слоя - периода решетки. Наибольшие искажения сосредоточены на оси. Область, примыкающая к этой оси, и называется спиральной или винтовой дислокацией.

Рост кристаллов • Выращивание кристаллов без дефектов - очень сложная задача, и она решена только для немногих веществ (каких? ). Знание условий образования дефектов в кристаллах и способов их устранения имеет большое значение при использовании кристаллических тел.

Стадии роста кристаллов

Применение • • Медицинские оптические растворы Термометры Индикаторах электронных часов Экраны телевизоров (плоских)