Большой энциклопедический словарь:
ЖИДКИЕ КРИСТАЛЛЫ — жидкости, обладающие анизотропией свойств (в частности, оптической) — связанной с упорядоченностью в ориентации молекул. Благодаря сильной зависимости свойств жидких кристаллов от внешних воздействий они находят разнообразное применение в технике (в температурных датчиках, индикаторных устройствах, модуляторах света и т. д.).
Большая советская энциклопедия:
Жидкие кристаллы
Жидкокристаллическое состояние, мезоморфное состояние, состояние вещества, в котором оно обладает свойствами жидкости (текучестью) и некоторыми свойствами твёрдых кристаллов (анизотропией (См. Анизотропия) свойств). Ж. к. образуют вещества, молекулы которых имеют форму палочек или вытянутых пластинок. Различают термотропные и лиотропные Ж. к. Первые — индивидуальные вещества, которые существуют в мезоморфном состоянии в определённом температурном интервале, ниже которого вещество является твёрдым кристаллом, выше — обычной жидкостью. Примеры:
параазоксианизол (в интервале температур 114—135°С), этиловый эфир азоксибензойной кислоты
(100—120°С), пропиловый эфир Холестерина (102—116°С). Лиотропные Ж. к. — растворы некоторых веществ в определённых растворителях. Примеры: водные растворы мыльные растворы синтетических полипептидов (поли--бензил-L-глутамат) в ряде органических растворителей (диоксан, дихлорэтан).
Взаимное расположение молекул в Ж. к. является промежуточным между твёрдыми кристаллами, где существует трёхмерный координационный дальний порядок (упорядоченность в расположении центров тяжести молекул) и ориентационный дальний порядок (упорядоченность в ориентации молекул), и аморфными жидкостями, в которых дальний порядок полностью отсутствует (см. Дальний порядок и ближний порядок). По степени молекулярной упорядоченности различают нематические и смектические Ж. к. (терминология Ж. Фриделя, G. Friedel). Нематические Ж. к. (параазоксианизол, растворы синтетических полипептидов) характеризуются ориентацией продольных осей молекул вдоль некоторого направления (дальний ориентацнонный порядок, рис., а). Упорядоченность в ориентации поперечных осей молекул и в расположении их центров тяжести отсутствует. Это обеспечивает свободу поступательных перемещений молекул. Поэтому вязкость вещества в нематической фазе лишь незначительно отличается от вязкости в аморфно-жидком состоянии.
В смектических Ж. к. (этиловый эфир азоксибензойной кислоты, водные растворы мыл) концы молекул как бы закреплены в плоскостях, перпендикулярных продольным осям молекул (смектические плоскости, рис., б). Дальний порядок в расположении поперечных осей и центров тяжести молекул также отсутствует. Текучесть обеспечивается взаимным скольжением смектических плоскостей.
Существуют также Ж. к. холестерического типа (разновидность нематических Ж. к.). Такие Ж. к. образуют вещества (например, пропиловый эфир холестерина), молекулы которых имеют форму продолговатых пластинок, расположенных параллельно друг другу. Координационный дальний порядок отсутствует. Текучесть вещества обеспечивается поступательным перемещением и вращением молекул в их плоскости.
Внешнее различие между нематическими и смектическими Ж. к. легко может быть установлено при наблюдении их однородных слоев в поляризационном микроскопе. Каждому типу Ж. к. соответствуют определённая текстура, причём для нематических Ж. к. наиболее характерными являются нитеобразные, а для смектических — палочкообразные, конусообразные и ступенчатые структуры. Нити в нематических Ж. к. являются линиями разрыва оптической непрерывности. Они называются дисклинациями, и текстура Ж. к. определяется характером расположения молекул вблизи дисклинаций.
Некоторые термотропные Ж. к. могут находиться в двух мезоморфных состояниях (см. Полиморфизм). При этом структурные переходы всегда осуществляются по схеме: твёрдокристаллическая фаза — смектическая — нематическая — аморфно-жидкая и являются фазовыми переходами (См. Фазовый переход) первого рода (с выделением теплоты фазового перехода (См. Теплота фазового перехода)). Теплота перехода Ж. к. в аморфную жидкость в десятки раз меньше теплоты плавления органических твёрдых кристаллов.
В Ж. к. имеет место анизотропия упругости, электропроводности, вязкости, Магнитная анизотропия, оптическая анизотропия и др. С ростом температуры анизотропия свойств Ж. к. уменьшается, что обусловлено уменьшением упорядоченности в расположении молекул. В магнитном поле Ж. к. ориентируются так, чтобы их ось симметрии была параллельна силовым линиям магнитного поля. В электрическом поле ориентация оси симметрии может быть как параллельной, так и перпендикулярной силовым линиям поля.
Холестерические Ж. к. обладают весьма большой оптической активностью (См. Оптическая активность), на два-три порядка превышающей оптическую активность органических жидкостей и твёрдых кристаллов. Холестерические Ж. к. резко изменяют окраску при изменении температуры среды на десятые доли градуса, а также при изменении состава среды на доли процента.
Лит.: Цветков В. Н., Современные взгляды на природу анизотропно-жидкой фазы. «Уч. зап. Ленинградского пед. института», 1938, т. 10, с. 33; Чистяков И. Г., Жидкие кристаллы, М., 1966; Gray G. W., Molecular structure and the properties of liquid crystals, L. — N. Y., 1962; Жидкие кристаллы, пер. с франц., «Природа», 1972, № 2; Чистяков И. Г., Вистинь Л. К., Симметрия, структура и свойства жидких кристаллов, там же.
Е. И. Рюмцев.
Характер расположения молекул в жидких кристаллах: а — в нематических жидких кристаллах молекулы расположены параллельно, но их продольные сдвиги беспорядочны; б — в смектических кристаллах молекулы собираются слоями.
Физический энциклопедический словарь:
Особое состояние нек-рых органич. в-в, в к-ром они обладают реологич. св-вами жидкости — текучестью, но сохраняют определ. упорядоченность в расположении молекул и анизотропию ряда физ. св-в, характерную для тв. кристаллов. Открыты в 1889 австр. ботаником Ф. Рейницером и нем. физиком О. Леманом. Ж. к. наз. также м е з о ф а з а м и. Число хим. соединений, для к-рых найдены Ж. к., составляет неск. тысяч. Ж. к. образуются при нагревании нек-рых тв. кристаллов (м е з о г е н н ы х): сначала происходит фазовый переход в Ж. к. (в одну или последовательно две или большее число модификаций, (см. ПОЛИМОРФИЗМ) и далее плавление Ж. к. в обычную изотропную жидкость. Каждая мезофаза существует в определ. температурном интервале (т е р м о т р о п н ы е Ж. к.). Теплоты перехода очень малы.
Ж. к. образуют в-ва, молекулы к-рых имеют удлинённую палочкообразную форму, часто с чередованием линейных и циклич. ат. группировок. Такая форма молекул определяет приблизит. параллельность их взаимной укладки, что является осн. признаком структуры Ж. к. Различают три осн. типа Ж. к.: смектические, нематические и холестерические (рис. 1). Наименьшую упорядоченность имеют н е м а т и ч е с к и е Ж. к. Молекулы их параллельны, но сдвинуты вдоль своих осей одна относительно другой на произвольные расстояния (рис. 1, вверху).
Сохраняется ближний порядок в «боковой» упаковке молекул (см. ДАЛЬНИЙ И БЛИЖНИЙ ПОРЯДОК). В смектических Ж. к. молекулы параллельны друг другу и расположены слоями (рис. 1, посредине). Структура холестерических Ж. к. похожа на структуру нематических, но отличается от них дополнит. закручиванием молекул в направлении, перпендикулярном их длинным осям (рис. 1, внизу). Шаг такой спиральной «сверхструктуры» может быть очень большим и достигать неск. мкм.
Рис. 1. Типы жидкокрист. структур: вверху — нематических; посредине — смектических; внизу — холестерических.
Пример нематич. Ж. к.— параазоксианизол
существующий в мезофазе в интервале 116—136°С. Обнаружены смектич. Ж. к. нек-рых соединений и их смесей в интервале от -40 до +80°С, что распшряет возможности практич. применения Ж. к.
Пример холестерич. Ж. к.— эфиры холестерина (рис. 2). Большую группу органич. молекул с общей ф-лой
образуют смектич. фазы, иногда испытывающие полиморфные превращения в яематические. Известны соединения, к-рые образуют неск. смектич. мезофаз с разным взаимным расположением молекул в слоях. Оси молекул могут Сыть перпендикулярны плоскости слоев или наклонены к ней, могут образовывать бислой, гексагональную сетку и т. д. Так, бис-(4-Н-октилоксибензилиден)фенилендиамин
имеет четыре смектические и одну нематич. модификации.
Обнаружен также новый тип Ж. к., образуемых дискообразными молекулами, к-рые укладываются в колонки.
Теория Ж. к. основывается на сочетании принципов симметрии кристаллов (в отношении ближайших соседей) с законами статистич. физики. Для описания Ж. к. используются статистич. ф-ции распределения молекул по расстояниям между их центрами масс и направлениям. Параметры распределений позволяют находить рентг. структурный анализ.
Рис. 3, а. Смектич. палочки, выпадающие из изотропного расплава (тёмный фон) при его охлаждении (увеличение 100—200).
Жидкокрист. упорядоченность наблюдается в определ. областях — доменах, размеры к-рых =102—10-1 мм. Внеш. воздействиями, напр. электрич. или магн. полями, можно ориентировать домены и получать жидкие «монокристаллы». Каждому типу Ж. к. соответствует определ. текстура, причём для нематич. Ж. к. наиб. характерны нитеобразные, а для смектических — палочкообразные, конфокальные и ступенчатые текстуры (рис. 3, а, б, в, г, д).
Рис. 3, б. Конфокальная смектич. текстура.
Нити в нематич. Ж. к. явл. линиями разрыва оптич. непрерывности. Они наз. д и с к л и н а ц и я м и; текстура Ж. к. определяется хар-ром расположения молекул вблизи дисклинаций.
Ж. к. обладают анизотропией упругости, электропроводности, магн. восприимчивости и диэлектрич. проницаемости, оптической анизотропией, сегнетоэлектрическими свойствами и др. Анизотропия магнитной восприимчивости и диэлектрической проницаемости приводит к переориентации оптич. оси однородно ориентированных Ж. к. в магн. и электрич. полях. Сочетание анизотропии электропроводности и диэлектрич. проницаемости в легированных Ж. к. приводит к возникновению в тонких слоях Ж. к., помещённых в электрич. поле, пространственно-периодич. структур — дифракц. решёток. При определ. условиях период структуры и интенсивность дифракц. максимумов
Рис. 3, в. Смектич. ступенчатые капли (вид сверху; на каждой округлой ступеньке видны мелкие конфокальные домены).
зависят от напряжения на образце, что может быть использовано при создании управляемых дифракц. решёток. В достаточно сильных электрич. полях первоначально прозрачный образец Ж. к. может сильно рассеивать свет, становясь матово-непрозрачным. Все перечисл. эффекты обратимы — при снятии воздействия образец возвращается в исходное состояние. Исключение составляют смектич. Ж. к., обладающие большой вязкостью.
Рис. 3, г. Нематич. текстура (чёрная S-образная нить — дисклинация).
Рис. 3, д. Холестерич. текстура (в тонком слое в-ва начал расти тв. кристалл, к-рый расплавился при новом нагревании, но прямоугольные его контуры сохранились в текстуре).
Они «запоминают» воздействие надолго. Напр., сжатый (до 1 атм) однородно ориентиров. слой смектич. Ж. к. прозрачен; при сбросе давления он становится матово-непрозрачным и сохраняет это состояние. Прозрачность слоя восстанавливается при повторном сжатии образца. Этот эффект используется в пневмоавтоматике.
Холестерич. Ж. к. обладают большой оптической активностью (в 102 — 103 выше, чем у органич. жидкостей и тв. кристаллов). Они резко изменяют шаг спиральной структуры и окраску при изменении темп-ры среды на доли градуса, а также при изменении состава среды на доли %.
Кроме термотропных Ж. к., существуют лиотропные Ж. к., образуемые р-рами. Так, нек-рые полипептиды дают р-ры, имеющие винтовую холестерич. структуру. Наиболее сложно устроенные структуры (слоистые, дисковые, шариковые и др.) имеет система мыло — вода. Лиотропные Ж. к. образуют также липидосодержащие комплексы. Лиотропные Ж. к. системы встречаются в живых организмах — в биомембранах, миелине и т. п.
Ж. к. имеют широкое практич. применение, особенно в системах обработки и отображения информации, в к-рых используются электрооптич. св-ва Ж. к. Они применяются также в буквенно-цифровых индикаторах (электронные часы, микрокалькуляторы и т. д.), в различного рода управляемых экранах и пространственно-временных транспарантах, в оптич. затворах и др. светоклапанных устройствах, в оптоэлектронных приборах. Разрабатываются плоские телевиз. экраны на Ж. к. Св-во холестерич. Ж. к. изменять цвет при изменении темп-ры используется в медицине (для определения участков тела с повышенной темп-рой) и в технике (визуализация ИК, СВЧ и др. излучения, контроль кач-ва микроэлектронных схем и т. д.).
© «СловоТолк.Ру» — толковые и энциклопедические словари, 2007-2020