Принцип действия

Жидкие кристаллы (сокращенно ЖК) – вещества, обладающие одновременно свойствами как жидкостей (текучесть), так и кристаллов (анизотропия). По структуре ЖК представляют собой жидкости, похожие на желе, состоящие из молекул вытянутой формы, определенным образом упорядоченных во всем объем этой жидкости. Наиболее характерным свойством ЖК является их способность изменять ориентацию молекул под воздействием электрических полей, что открывает широкие возможности для применения их в промышленности.

История открытия жидких кристаллов

Жидкие кристаллы открыл в 1888 г. австрийский ботаник Ф. Рейнитцер. Он обратил внимание, что у кристаллов холестерилбензоато и холестерилацетата было две точки плавания и, соответственно, два разных жидких состояния – мутное и прозрачное. Однако, ученые не обратили особого внимания на необычные свойства этих жидкостей. Долгое время физики и химики в принципе е признавали жидких кристаллов, потому что их существование разрушило теорию о трех состояниях вещества: твердом, жидком и газообразном. Ученые относили жидкие кристаллы то к коллоидным растворам, то к эмульсиям. Научное доказательство было представлено профессором университета Карлсруэ Отто Леманном (нем. Otto Lehmann) после многолетних исследований, но даже после появления в 1904 года написанной им книги «Жидкие кристаллы», открытию не нашлось применения.

В 1963 г. американец Дж. Фергюсон (англ. James Fergason) использовал важнейшее свойство жидких кристаллов – изменять цвет под воздействием температуры – для обнаружения невидимых простым глазом тепловых полей. После того, как ему выдали патент на изобретение (U.S.Patent 31148836 (англ.)), интерес к жидким кристаллам резко возрос.

В 1965 г. в США собралась Первая международная конференция, посвященная жидким кристаллам. В 1968 г. американские ученые создали принципиально новые индикаторы для систем отображения информации. Принцип их действия основан на том, что молекулы жидких кристаллов, поворачиваясь в электрическом поле, по-разному отражают и пропускают свет. Под воздействием напряжения, которое подавали на проводники, впаянные в экран, на нем возникало изображение, состоящее из микроскопических точек. И все же только после 1973 г., когда группа английских химиков под руководством Джорджа Грея (англ. George William Gray) синтезировала жидкие кристаллы из относительно дешевого и доступного сырья, эти вещества получили широкое распространение в разнообразных устройствах. В частности, широкое применение ЖК нашли в термометрии.

Группы жидких кристаллов

По своим общим свойствам ЖК разделяются на две большие группы – термотропные и лиотропные ЖК.

Термотропные ЖК подразделяются на три больших класса:
Нематические, смектические и холестерические жидкие кристаллы.

Холестерические жидкие кристаллы – образуются, в основном, соединениями холестерина и других стероидов. Это нематические ЖК, но их длинные оси повернуты друг относительно друга так, что они образуют спирали, очень чувствительные к изменению температуры вследствие чрезвычайно малой энергии образования этой структуры (порядка 0,01 Дж/моль).

Холестерики ярко окрашены и малейшие изменение температуры (до тысячных долей градуса) приводит к изменению шага спирали и, соответственно, изменению окраски ЖК.