Fig.1. Reprezentarea schematică (a) a unui mediu izotrop (un lichid ale cărui proprietăți sunt identice în toate direcțiile) și (b) un mediu anizotrop (cristal lichid, ordonare orientare).
Fig.2. Principalele tipuri de sisteme de cristale lichide: (a) nematic, (b) cholesteric chiral, (c) o smectic (g), smectic chiral, (d) nematic discoid (e) columnar discoid.
Figura 3. Schema monitorului cu cristale lichide
Nano-alfabet: cristale care pot fi turnate
Ce este comun între o sirenă, un centaur și. cristal lichid? O sirenă și un centaur sunt creaturi de poveste cu un cap uman și un trunchi de pește și, respectiv, de un cal. Astfel, ele îmbină caracteristicile omului și ale animalelor. Și cristalele lichide combină proprietățile lichidelor și solidelor. Numai spre deosebire de sirena si centaur, cristalele lichide sunt destul de reale si nu numai ca sunt vazute, ci si atinse! Luați o bucată de săpun, dizolvați-o în apă - și acum nu vă țineți în mâini nimic mai mult decât un cristal lichid adevărat!
Ce are cristalul lichid în comun cu lichidele și cristalele obișnuite? Ca orice lichid, cristalul lichid are fluiditate și capacitatea de a picura; și în același timp, ca și cristalul convențional în care atomii „se multiplica“ în spațiul tridimensional definit prin operații matematice (operații de simetrie), un cristal lichid este caracterizată, de asemenea comanda, dar un fel special: formarea moleculei sale (care, de obicei, au o formă alungită sau în formă de disc ) au o anumită orientare, deși nu există o ordine completă în aranjamentul centrelor de greutate ale moleculelor (Figura 1). Astfel, moleculele dintr-un cristal lichid au mai multe grade de libertate. Cristalele lichide pot fi comparate cu fluxul de bușteni au plutit pe râul: în general, acestea sunt toate aliniate într-o singură direcție, cu fluxul, dar fiecare pluteste log de la sine (o comparație apt Prof. Yu.Evdokimova). Cu toate acestea, chiar și o astfel de ordonare este suficientă pentru ca cristalele lichide să prezinte proprietăți electrice și optice neobișnuite mecanice, magnetice și, mai important, anormale. Pentru o lungă perioadă de timp sa crezut că din punct de vedere al aplicării practice, cristalele lichide nu au proprietăți utile. Ei și-au găsit prima aplicație în afișaje pentru calculatoare și ceasuri electronice, apoi au început să fie utilizate în monitoarele laptopurilor și televizoarelor.
Cristalele lichide au fost descoperite în 1888 de către botanistul austriac F. Reinitzer. a studiat rolul colesterolului în plante. El a încălzit substanța solidă sintetizată colesteril benzoat, a descoperit că la o temperatură
145 ° C, cristalele se topesc și formează o lumină turbidă, puternic dispersabilă, un lichid, denumit acum un cristal lichid, care, la încălzire ulterioară (
179 ° C) devine complet transparent. Aproape toate cristalele lichide sunt găsite până în prezent, sunt compuși organici (cu excepția, de exemplu, oxid hidratat de vanadiu (V), dar anorganicele astfel de exemple nu sunt atât de mult!); Cu toate acestea, nu toate substanțele organice pot fi în stare de cristal lichid.
În funcție de metoda de producție, cristalele lichide pot fi împărțite în termotropi și litiropi. Primul tip include substanțele obținute prin încălzirea fazei cristaline (cum ar fi încălzirea colesteril benzoatului). Lyotropii sunt cristale lichide, care sunt obținute prin dizolvarea anumitor substanțe într-o cantitate controlată dintr-un solvent.
cristale lichide nematic (din limba greacă pentru „prost“ - filament) caracterizat prin prezența ordine orientational, dar lipsa pozițională, adică centrele de masă ale moleculelor sunt aranjate aleatoriu si molecule pot roti liber în jurul axei sale longitudinale. Ele pot fi comparate cu creioane colorate în cutie: Fiecare creion se poate roti și glisați înainte și înapoi, dar în loc de un creion ar trebui să rămână aproape paralele între ele (figura 2).
cristale lichide colesterice (din compusul din titlu a colesterolului. Care se tem de oameni, nu dieta) au o structură stratificată, în care fiecare strat este caracterizat printr-un unghi mic izmeneneniem orientare moleculară în raport cu stratul anterior. Ele sunt caracterizate printr-o distanta (P), dincolo de care vectorul de orientare va revolutiona 360 ° (figura 2b). Pentru multe cristale lichide colesterale, această distanță este comparabilă cu lungimea de undă a luminii vizibile, care este extrem de importantă pentru formarea proprietăților optice. De exemplu, încălzirea cristalelor lichide de acest tip în zecimi de grade schimbă doar ușor unghiul de pivotare al straturilor adiacente de molecule, dar această schimbare mică duce la faptul că întregul strat de cristale lichide, care este format din mii de straturi de molecule variază unghiul de rotație de lumină reflectată, și modifică colesterice culoarea ta. Pe această bază, de exemplu, utilizarea de cristale lichide colesterol în termometre pentru copii "cap", care au fost un timp foarte popular în Japonia.
Cristalele lichide smectice (din "smegma" - săpun) sunt caracterizate atât de orientare cât și de ordine pozițională (figura 2c). Moleculele sunt plasate astfel încât axele lor să fie paralele, formând o structură stratificată. Straturile pot aluneca unul peste celălalt și fiecare dintre molecule se mișcă în două dimensiuni: se alunecă împreună cu stratul și se rotește în jurul axei longitudinale. Se disting, de asemenea, cristale lichide chicale, în care axele longitudinale ale moleculelor dintr-un strat sunt transformate cu un unghi mic în raport cu moleculele stratului adiacent (figura 2d). În plus, există cristale lichide discotice (moleculele care le formează au o formă în formă de disc). Fazele nematică discotică (fig.2e) sunt caracterizate printr-o structură formată din discuri orientate identic; în formă de disc, moleculele pot fi, de asemenea, aliniate în coloane (figura 2e).
Pentru a crea monitoare cu cristale lichide (figura 3), se folosesc în principal cristale lichide nematice. Deci, bine-cunoscuta denumire in engleza a monitoarelor LCD STN inseamna nematics supertwisted, adica "nematics super-twisted", si sunt intr-adevar rasucite! Lumina din lumina de fundal trece printr-un filtru special ("Nicole"), situat pe partea din spate a monitorului, și polarizat liniar. Pe partea frontală a monitorului există și un filtru de polarizare care se rotește față de primul cu 90 ° și, prin urmare, nu transmite lumină de la primul filtru ("Nicole încrucișat").
Dacă nu există cristale lichide între filtre, monitorul va rămâne întotdeauna întunecat. Cu toate acestea, pe monitorul LCD există și doi electrozi transparenți, cu rânduri paralele de caneluri pe suprafața acestora; de-a lungul cărora straturile aproape de suprafață ale unui cristal lichid sunt ușor orientate. Caneluri pe care electrozii opuse, precum și filtre, sunt străbătute, electrozi nematics atât răsucite (dacă vă amintiți, ele sunt compuse din „fire“ orientate). Și aceasta conduce la faptul că planul de polarizare a luminii care vine de la primul filtru este, de asemenea, "răsucite". Al doilea filtru de lumină vine în diferite polarizare, diferită de cea originală - este cea care „stins“ - și poate să iasă - monitorul se aprinde. Rămâne doar să învețe cum să controleze orientarea moleculelor cu cristale lichide, care se face prin aplicarea unui potențial electric între electrozi, care schimbă luminanța pixel-punct. Dacă adăugăm la aceste trei filtre de culoare (roșu, verde, albastru, și așa-numitul sistem RGB, «roșu-verde-albastru»), puteți cu ușurință „mix“ de culoare, care formează o serie de mii și chiar milioane de culori.
În nanotehnologie, cristalele lichide sunt deseori folosite ca "șabloane" sau șabloane pentru a crea nanostructuri ordonate. de exemplu, sisteme mezoporoase, electrozi nanostructuri, etc.
Cristalografie modernă. T.4, M. "Science", 1981, 460 p.
Articolul folosește următoarele materiale: Nanometru
Experiența formării în domeniul tehnologiei nanotehnologiei
În acest studiu, vă rugăm să vă împărtășiți experiența și atitudinea dvs. față de tehnologia nanotehnologiei și ariile aferente. Vă mulțumim anticipat pentru nediscriminarea voastră!
Lucrări de proiect
Astăzi, așa-numita lucrare de proiect a elevilor este din ce în ce mai populară, dar există opinii foarte diferite în acest sens. V-am fi recunoscători dacă v-ați exprima pe scurt opinia dvs. cu privire la această chestiune votând. Mulțumită în avans!
Articole similare
Trimiteți-le prietenilor: