Рідкі кристали

· Будова і властивості рідких кристалів.

· Практичне використання рідких кристалів.

Будова і властивості рідких кристалів. Крім аморфного, відкрито ще один стан речовини з подвійною природою – і рідини, і твердого тіла – це так звані рідкі кристали, особливий стан деяких органічних речовин.

Для них характерна плинність і вони утворюють краплі. Однак їх краплі можуть мати не кулеподібну, а видовжену форму. Молекули у краплі розміщуються порядком, не властивим звичайним рідинам і твердим тілам. Якщо в твердих кристалах спостерігається дальній порядок розміщення частинок у трьох взаємно перпендикулярних напрямах, то в рідких – за одним напрямом (одновісний дальній порядок).

Існують рідкі кристали в певному інтервалі температур, різному для різних речовин. Під час нагрівання вони перетворюються в звичайну рідину, внаслідок охолодження стають твердими кристалами.

Розрізняють три основні типи рідких кристалів: смектичні, нематичні, холестеричні.

У нематичних рідких кристалах (від грец. «нема» – нитка) молекули схожі на нитки (мал. 44).

Мал. 44. Нематичний тип рідкого кристалу

У смектичних рідких кристалах (від грец. «смегма» – мило) рівень впорядкованості вищий. Молекули смектика згруповані у шари (мал. 45).

Мал. 45. Смектичний тип рідкого кристалу

Прикладом смектика є розчин мила у воді. Коли ми миємо з милом руки, то шари молекул мила легко ковзають один відносно одного і шкіри, забираючи з неї бруд і передаючи його воді.

У холестеричних кристалах молекули мають форму спіралі, крок якої залежить від температури (мал. 46).

Мал. 46. Холестеричний тип рідкого кристалу

Властивість холестеричних рідких кристалів змінювати колір у разі зміни температури використовують у медицині (для визначення ділянок тіла з підвищеною температурою) і в техніці (для перетворення невидимого й інфрачервоного проміння від нагрітих тіл у видиме зображення).

Практичне використання рідких кристалів. Найпопулярніше поле для використання рідких кристалів — рідкокристалічні дисплеї (мал.47).

Мал. 47. Рідкокристалічні дисплеї

Рідкокристалічний дисплей (англ. liquid crystal display, LCD) — це електричний пристрій візуального відображення інформації, принцип дії якого ґрунтується на явищі поляризації світлового потоку.

З явищем поляризації ви детально ознайомитесь у 12 класі. Зазначимо, лише, що із відкриттям класу рідких речовин, довгі молекули яких чутливі до електромагнітного поля і здатні повертати площину поляризації світла, з'явилася можливість керувати поляризацією.

Рідкокристалічні дисплеї споживають невелику кількість енергії, тому вони знайшли широке застосування як в кишенькових пристроях (годинниках, мобільних телефонах, кишенькових комп'ютерах), так і в комп'ютерних моніторах, телевізорах тощо.

Крім цього, рідкі кристали застосовують при виготовленні термодавачів, детекторів НВЧ-випромінювання тощо.

Дотепер вивчено понад 3000 речовин, що утворюють рідкі кристали. До них належать речовини біологічного походження, наприклад, дезоксирибонуклеїнова кислота, що несе код спадкової інформації, і речовина мозку.

Подальші дослідження цих речовин не тільки розширять їх застосування в техніці, але й допоможуть проникнути в таємниці біологічних процесів.

Дайте відповіді на запитання

1. Чим рідкі кристали відрізняються від аморфних тіл?

2. Назвіть основні типи рідких кристалів та їх властивості.

3. Наведіть приклади практичного застосування рідких кристалів.