А Б В Г Д Е Є Ж З І Ї Й К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Ю Я
Холестерические рідкий кристал
Холестерічеськие рідкі кристали (Сп) утворюються в основному сполуками холестерину та інших стероїдів.
Холестерічеськие рідкі кристали (холестериках) відрізняються від нематиков відсутністю серед їх елементів симетрії центру інверсії.
Холестерічеськие рідкі кристали схожі на нематические, але на відміну від останніх мають гвинтоподібну структуру.
Холестерічеськие рідкі кристали або суміші нема-тичних і холестерических рідких кристалів в залежності від способу обробки поверхонь і умов виникнення мезофази можуть утворювати або пла-Нарнії текстуру (текстура Гранжан), прозору і володіє оптичною активністю, або конфокальную, досить каламутну, непрозору текстуру. Смектіче-ські рідкі кристали можуть утворювати або дуже прозору гомеотропную текстуру, або розсіюють, конфокальную текстуру. Наявність чітко фіксованою вихідною орієнтації рідкого кристала або заданої текстури є необхідною умовою для прояву електрооптичних ефектів, описаних нижче.
Фазова діаграма бінарної суміші двох нематических з'єднань. Холестерічеськие рідкі кристали використовують завдяки властивому їм властивості змінювати забарвлення. Через інтерференції на витках спіралі молекул (див. Рис. 25.5 в) освітлений білим світлом кристал здається забарвленим. При зміні зовнішніх умов, наприклад температури, відстань між витками спіралі змінюється, що веде до зміни забарвлення. Це дозволяє виготовляти найпростіші чутливі індикатори температури для медицини (наприклад, для індикації ділянок тіла з підвищеною температурою), електроніки (контроль перегріву окремих вузлів і деталей) та інших областей науки і техніки. Як матеріали для таких термометрів застосовують похідні холестерину і їх суміші. Промисловістю випускаються композиції, що дають колірні переходи в інтервалі температур 3 - 5 До з робочими температурами 23 - 41 С.
Холестерічеськие рідкі кристали (холестериках) відрізняються від нематиков відсутністю серед їх елементів симетрії центру інверсії.
Холестерічеськие рідкі кристали (ХЖК) утворені оптично активними молекулами (до недавнього часу майже виключно ефірами холестерину) і відрізняються тим, що напрямок довгих осей молекул в кожному наступному шарі, що складається з паралельно орієнтованих і вільно переміщаються в двох напрямках молекул, становить з напрямком осей молекул попереднього шару деякий кут.
Холестерічеськие рідкі кристали є різновидом нематических і відрізняються від останніх спіральний закручений один щодо одного площин, всередині яких зберігається нематический порядок. Холестеричних структура має локальної циліндричної симетрією зі слабким двохосьовим порядком[76], Що і відбивається на характеристиках відповідних текстур.
холестерические рідкий кристал. Холестерічеськие рідкі кристали знаходяться в рідкій кристалічній фазі в інтервалі температур від 156 до 197 С. Структура холестерических рідких кристалів така ж, як у Нематов-чеських, але вона додатково закручена в напрямку, перпендикулярному довгих осях молекул, причому крок спіралі може досягати 103 ім. На рис. 232 показані окремі ділянки поперечних розрізів холестерічеського кристала, зроблених на різних рівнях вертикально висхідній спіралі - кожен ділянку є видом зверху. У міру підйому по осі кристала відбувається циклічне обертання структурних молекул, в даному випадку проти годинникової стрілки.
Холестерічеськие рідкі кристали, так само як і не-матические, орієнтуються на поверхні твердих кристалів.
Молекули холестерических рідких кристалів, як і зібрані в моношарів, всередині яких вони розташовуються один одному. Однак всередині кожного шару розташування більш нагадує нематического фазу, а не смектіческом. така конфігурація молекул холестеричних речовин призводить до того, що напрямок довгої осі молекули в кожному шарі злегка відхиляється від відповідного напряму в попередньому шарі. Це відхилення накопичується при переході від шару до шару.
Але бувають холестерические рідкі кристали, що не відносяться до з'єднань холестерину.
Як і тематичні, холестерические рідкі кристали можуть мати негативною і позитивною діелектричної анізотропією. В разі негативною діелектричної анізоропіі орієнтація холестерика електричним полем зводиться до того, що конфокальна (мелкодоменная, що розсіює світло) структура переходить в площинну з віссю спіралі, перпендикулярної електродів.
Молекулярна структура холестерічеського рідкого кристала досить тонко врівноважена, і ця рівновага легко може бути порушено. Будь-яке слабке обурення, що порушує рівновагу сил взаємодії між молекулами, може призводити до помітних змін оптичних властивостей, таких, як відображення, пропущення і подвійне променезаломлення, забарвлення і оптична активність.
Оптичні властивості зовнішнього покриву жука Plusiotis resplendens. Платівка в половину довжини хвилі Я /2 розділяє дві холестерические псевдоморфози HI і Н2. Компонента лівої кругової поляризації падаючого променя /відбивається. Компонента правої кругової поляризації проходить через H. і трансформується полуволновой платівкою в компоненту з лівої круговою поляризацією. ця ліва хвиля відбивається шаром Н2 в напрямку /і ретрансформіруется в праву хвилю г, яка виходить назовні в напрямку променя R. Відомо, що холестерические рідкі кристали мають непересічні оптичними властивостями, такими, як гранично велика постійна обертання площини поляризації і селективне відображення поляризованого по колу світла у вузькій смузі довжин хвиль.
В електронній промисловості холестерические рідкі кристали використовують для того, щоб знайти місця потенційних ушкоджень електричних ланцюгів, такі місця виглядають як гарячі точки. У авіапромисловості матеріали роблять більш легкими, надаючи їм шарувату структуру з ніздрюватими прошарками. Якість зчеплення між шарами можна проконтролювати, завдавши шар холестерической рідини, яка зі зміни теплопровідності виявить будь-які дефекти. Таким же чином можна виявляти дефекти зварювання і тріщини, викликані втомою металу.
У цьому випадку використовується холестерические рідкий кристал з негативною діелектричної анізотропією (Ае0) і вихідної пленарному текстурою. Якщо до комірки, яка в початковому стані прозора, прикласти електричне поле з частотою //кр, то в шарі рідкого кристала виникне електрогідродинамічного - нестійкість (проводить режим), оптичне (прояв якої повністю аналогічно ефекту динамічного розсіювання світла в НЖК. Зняття поля не приводить , однак, до зникнення светорассеяния, так як при цьому утворюється конфокальна текстура, сильно розсіює світло. Конфокальна текстура нестійка і з часом переходить в пленарний.
При охолодженні изотропного розплаву холестерические рідкі кристали утворюють конфокальную текстуру (рис. 30); отже, можна зробити висновок, що вони мають слоистостью.
Температурні залежності довжин хвиль селективного відбиття плівок з поліуретану (1 і полівінілового спирту (2 з капсульованих холестериках. | Температурні залежності довжин хвиль селективного відбиття поліуретанових плівок, отриманих на підкладках з поліетилентерефталату (1 полівінілового спирту (2 і целофану С. Температурний інтервал селективного відбиття холестерических рідких кристалів, капсульованих в поліуретані, вже чим капс-лированной в полівінілового спирту і зміщений в області більш низьких температур. У поліуретанових плівок більш різко виражене явище поліхромії, негативне з практичної точки зору. Сутність явища поліхромії полягає в тому, що при фіксованій температурі селективне відображення від плівки не є монохроматично і однорідним за інтенсивністю. Монохроматичність порушується через наявність капсул, що володіють селективним відбиттям при інших довжинах хвиль. При перегляді в мікроскоп можна виявити візуально капсули, забарвлення яких відрізняється від забарвлення всієї плівки. Ці капсули мають велику довжину хвилі селективного відбивання, а їх діаметр перевищує середній по плівці в 2 - 3 рази. Однією з причин поліхромії, на думку авторів[167], Є вплив структурної неоднорідності підкладки на розмір капсул, що утворюються при формуванні розчину полімерної композиції з холестерические рідкими кристалами. Під час відпливу поліуретанової плівки однакової товщини на підкладку терефталат-Талата або целофану середній розмір капсул з рідкими кристалами істотно різний: в першому випадку капсули в два рази менше, ніж у другому. Великі капсули в плівці з поліуретану, відлитими на целофані, досягають 10 - 12 мкм в діаметрі.
Для цілей неруйнівного контролю застосовують холестерические рідкі кристали.
Холестерічеськие рідкі кристали або суміші нема-тичних і холестерических рідких кристалів в залежності від способу обробки поверхонь і умов виникнення мезофази можуть утворювати або пла-Нарнії текстуру (текстура Гранжан), прозору і володіє оптичною активністю, або конфокальную, досить каламутну, непрозору текстуру. Смектіче-ські рідкі кристали можуть утворювати або дуже прозору гомеотропную текстуру, або розсіюють, конфокальную текстуру. Наявність чітко фіксованою вихідною орієнтації рідкого кристалу або заданої текстури є необхідною умовою для прояву електрооптичних ефектів, описаних нижче.
Селективне відображення світла плівками з капсульованих холестерические рідкими кристалами візуально помітно найбільш повно на поглощающем чорному тлі, тому плівки відливають на забарвлені підкладки, в тому числі і покриті технічним вуглецем. Плівковий термоіндикатор найчастіше буває двошаровим.
Широкі можливості, які відкриваються при використанні холестерических рідких кристалів в науці і техніці, викликали до них великий інтерес.
Відомо, що багато синтетичні поліпептиди утворюють в розчинах нематические і холестерические рідкі кристали. Огляд досліджень в цій області міститься в гл. Ці поліпептиди абсолютно не розчиняються в воді і не є природними сполуками.
Аналогічним чином можуть бути розглянуті флуктуації напряму директора в холестерические рідкому кристалі, ми обмежимося лише короткими зауваженнями з цього приводу.
Органічна матриця панцира краба може бути, таким чином, зрівняна з холестерические рідкими кристалами, зафіксованими в твердій фибриллярной структурі полімеризацією або поперечної зшивкою.
До теперішнього часу ці величини отримані для великої кількості летючих немезоморфних з'єднань в Нематов-чеських, а також смектіческіх і холестерических рідких кристалах, зазвичай в мезоморфному і изотропно-рідкому агрегатному станах.
Особливо можна відзначити, що ці полімери нездатні до утворення шаруватої структури, характерної для смектіческіх або холестерических рідких кристалів, і що деформація здійснюється не шляхом ковзання шаруватої структури, а скоріше за рахунок зсуву вздовж молекулярних осей. Це обмеження в поліфосфазенах може бути тим фактором, який призводить до крихкості зразків, термічно оброблених між Т () і Т т, що неминуче призводить до орієнтованої морфології при кристалізації. Однак він не підходить для поліфосфазенов або розглянутої тут більш широкої групи полімерів з абсолютно різними властивостями в мезоморфному стані. Бітті та ін. W2w2w23. все ж визнають необхідність в терміні, застосовне до полімерів з рідкокристалічним порядком, але зі складчастої морфологією, і в цьому сенсі поняття вязкокрісталліческій має більш загальне значення. Термінологія, що враховує рух ланцюга (що є загальною характеристикою цієї групи полімерів), представляється більш прийнятної, хоча термін вязкокрісталліческій в його більш загальному сенсі може і виявитися прийнятним.
Особливо можна відзначити, що ці полімери нездатні до утворення шаруватої структури, характерної для смектіческіх або холестерических рідких кристалів, і що деформація здійснюється не шляхом ковзання шаруватої структури, а скоріше за рахунок зсуву вздовж молекулярних осей. Це обмеження в поліфосфазенах може бути тим фактором, який призводить до крихкості зразків, термічно оброблених між Т (1) і Тт, що неминуче призводить до орієнтованої морфології при кристалізації. Однак він не підходить для поліфосфазенов або розглянутої тут більш широкої групи полімерів з абсолютно різними властивостями в мезоморфному стані. Бітті і ін.[28]все ж визнають необхідність в терміні, застосовне до полімерів з рідкокристалічним порядком, але з складчастої морфологією, і в цьому сенсі поняття вязкокрісталліческій має більш загальне значення. Термінологія, що враховує рух ланцюга (що є загальною характеристикою цієї групи полімерів), представляється більш прийнятної, хоча термін вязкокрісталліческій в його більш загальному сенсі може і виявитися прийнятним.
Для таких з'єднань, у яких п 3 або 5 крок спіралі з ростом температури зменшується, як і у більшості холестерических рідких кристалів. Наприклад, для з'єднання з я 5 крок спіралі при 90 4 С дорівнює 1 9 мкм, а при 82 2 С - 3 4 мкм.
Порівняно недавно Еріксен[58-66]і Леслі[67-71]побудували повну систему рівнянь на основі контінуумной механіки для опису різних законів збереження (маси, моменти, кутового моменту і енергії) для не-тичних і холестерических рідких кристалів. Як повідомляється в роботі [92], Ці теорії, за винятком теорії Лі і Ерінг[87-89], Добре узгоджуються з теоріями Еріксена і Леслі. Нещодавно було показано 92], що перший варіант теорії Лі - Ерінг є суперечливим, а другий подібний теорії Еріксена - Леслі. У цьому огляді розглядається головним чином теорія Еріксена - Леслі, так як інші теорії приводять до аналогічних прогнозам.
Порівняно недавно Еріксен[58-66]і Леслі[67-71]побудували повну систему рівнянь на основі контінуумной механіки для опису різних законів збереження (маси, моменти, кутового моменту і енергії) для не-тичних і холестерических рідких кристалів.
Якщо молекули оптично активні, то мезофаза називатися холі-стерическом. Холестерічеськие рідкі кристали відомі головним чином для з'єднань холестерину і ряду інших стероїдів. Холестерічеськие рідкі кристали характеризуються наявністю двомірного порядку. Його особливість полягає в існування Нематов-чеських молекулярних шарів, в яких напрямки взаємної орієнтації молекул не збігаються, а становлять певні кути. Крок спіралі залежить від природи молекул і дуже чутливий до невеликих змін зовнішніх умов, особливо температури. Спіралеподібного система має властивість селективно відбивати світло. Довжина хвилі, що відповідає максимуму відображення, змінюється зі зміною кроку спіралі внаслідок незначних змін зовнішніх умов, наприклад температури.
При підвищенні температури можлива, таким чином, наступна ланцюг переходів: істинний кристал - смектична мезофаза - нематического ме-зофаза - аморфна речовина. Холестерічеськие рідкі кристали при підвищенні температури безпосередньо дають аморфний розплав, що, до речі, і дає підставу розглядати їх як підтип нематической структури.
Якщо молекули оптично активні, то мезофаза називатися холі-стерическом. Холестерічеськие рідкі кристали відомі головним чином для з'єднань холестерину і ряду інших стероїдів. Холестерічеськие рідкі кристали характеризуються наявністю двомірного порядку. Його особливість полягає в існуванні Нематов-чеських молекулярних шарів, в яких напрямки взаємної орієнтації молекул не збігаються, а становлять певні кути. Крок спіралі залежить від природи молекул і дуже чутливий до невеликих змін зовнішніх умов, особливо температури. Спіралеподібного система має властивість селективно відбивати світло. Довжина хвилі, що відповідає максимуму відображення, змінюється зі зміною кроку спіралі внаслідок незначних змін зовнішніх умов, наприклад температури.
Холестериках влаштовані складніше, ніж нематики і смектики. Локально холестерические рідкий кристал має таку ж структуру, що і нематик. Це означає, що в малому обсязі впорядкування молекул холестерика можна характеризувати директором і параметром порядку. Відмінності холестерика від нематика проявляються в великих в порівнянні з молекулярними розмірами масштабах. Виявляється, що напрямок директора в холестериках не залишається незмінним за його обсягом навіть для однодоменних зразка. Існує такий напрямок, зване хо-лестеріческой віссю (на рис. 7.9 в це вісь z), уздовж якого регулярним чином змінюється орієнтація директора.
Холестерічеськие рідкі кристали знаходяться в рідкій кристалічній фазі в інтервалі температур від 156 до 197 С. Структура холестерических рідких кристалів така ж, як у Нематов-чеських, але вона додатково закручена в напрямку, перпендикулярному довгих осях молекул, причому крок спіралі може досягати 103 ім. На рис. 232 показані окремі ділянки поперечних розрізів холестерічеського кристала, зроблених на різних рівнях вертикально висхідній спіралі - кожна ділянка є видом зверху. У міру підйому по осі кристала відбувається циклічне обертання структурних молекул, в даному випадку проти годинникової стрілки.
Завдяки орієнтаційної впорядкованості анізометріческіх молекул смектики і нематики є одноосно симетричними рідкими кристалами, причому їх оптична вісь паралельна осях молекул. Оптична вісь холестерических рідких кристалів визначається лише локально.
Схема розташування молекул в термотропних рідких кристалах. Розроблено методи використання холестерических рідких кристалів в якості чутливих температурних датчиків, засновані на тому, що колір холестерических кристалів змінюється при дуже слабких змінах температури.
Лз 0034 молекули перпендикулярні вектору швидкості і вектору градієнта швидкості витікання. Дослідження анізотропії в'язкості смектіческіх і холестерических рідких кристалів важко з огляду на те, що ці мезофази насилу орієнтуються зовнішніми впливами.
Схема будови лінійної макромолекули. Температурні датчики на холестерических рідких кристалах використовують при неруйнівному контролі, зокрема при випробуваннях на втому, коли місцева пластична деформація супроводжується підвищенням температури.
Коротко розглянемо лише найбільш важливі залежності, отримані методом хроматографії. Було з'ясовано, що смектичні і холестерические рідкі кристали, незважаючи на більш високу ступінь організації структури, не забезпечують підвищення ефективності поділу сумішей немезоморфних з'єднань, тому основним об'єктом дослідження є нематические рідкі кристали.
Розглянемо електрооптичні ефекти в нематичних і холестеричних рідких кристалах, які можу г використовуватися в індикаторних системах. Електрооптнческіе ефекти в смектіческіх рідких кристалах тут розглядатися не будуть, оскільки через високу пязко-сти смектіческой фази вони проявляються при високих напруг і застосування в індикаторах не знайшли. Електрооптіческіс ефекти а рідких кристалах прийнято умовно ділити на наступні групи.
Важливим оптичним властивістю рідких кристалів є дихроизм, що виявляється в тому, що одна компонента поляризованого світла поглинається ними сильніше, ніж інша. У цьому відношенні особливий інтерес викликає розглянути холестерические рідкі кристали, які розкладають світло на дві складові, одна з яких поляризована за годинниковою стрілкою, а інша - проти.
Між структурою молекул і знаком обертання площини поляризації все ж є певний зв'язок. Ми знаємо, що кожен холестерические рідкий кристал в залежності від довжини хвилі світла обертає площину поляризації вправо або вліво. Якщо з'єднання складається з молекул з правого структурою і якщо довжина хвилі падаючого світла менше довжини хвилі світла, розсіюється з максимальною інтенсивністю, то площину поляризації обертається вправо. Але коли довжина хвилі падаючого світла поступово збільшується, то при проходженні променя через максимум розсіювання обертання стає лівим. Для речовин з левовраща-ющими молекулами спостерігається зворотна залежність.
Завдяки наявності діелектричної анізотропії молекули холестерічеського рідкого кристала, так само як і нематического, можуть орієнтуватися електричним полем.
Холестерічеськие рідкі кристали (холестериках) відрізняються від нематиков відсутністю серед їх елементів симетрії центру інверсії.
Холестерічеськие рідкі кристали схожі на нематические, але на відміну від останніх мають гвинтоподібну структуру.
Холестерічеськие рідкі кристали або суміші нема-тичних і холестерических рідких кристалів в залежності від способу обробки поверхонь і умов виникнення мезофази можуть утворювати або пла-Нарнії текстуру (текстура Гранжан), прозору і володіє оптичною активністю, або конфокальную, досить каламутну, непрозору текстуру. Смектіче-ські рідкі кристали можуть утворювати або дуже прозору гомеотропную текстуру, або розсіюють, конфокальную текстуру. Наявність чітко фіксованою вихідною орієнтації рідкого кристала або заданої текстури є необхідною умовою для прояву електрооптичних ефектів, описаних нижче.
Фазова діаграма бінарної суміші двох нематических з'єднань. Холестерічеськие рідкі кристали використовують завдяки властивому їм властивості змінювати забарвлення. Через інтерференції на витках спіралі молекул (див. Рис. 25.5 в) освітлений білим світлом кристал здається забарвленим. При зміні зовнішніх умов, наприклад температури, відстань між витками спіралі змінюється, що веде до зміни забарвлення. Це дозволяє виготовляти найпростіші чутливі індикатори температури для медицини (наприклад, для індикації ділянок тіла з підвищеною температурою), електроніки (контроль перегріву окремих вузлів і деталей) та інших областей науки і техніки. Як матеріали для таких термометрів застосовують похідні холестерину і їх суміші. Промисловістю випускаються композиції, що дають колірні переходи в інтервалі температур 3 - 5 До з робочими температурами 23 - 41 С.
Холестерічеськие рідкі кристали (холестериках) відрізняються від нематиков відсутністю серед їх елементів симетрії центру інверсії.
Холестерічеськие рідкі кристали (ХЖК) утворені оптично активними молекулами (до недавнього часу майже виключно ефірами холестерину) і відрізняються тим, що напрямок довгих осей молекул в кожному наступному шарі, що складається з паралельно орієнтованих і вільно переміщаються в двох напрямках молекул, становить з напрямком осей молекул попереднього шару деякий кут.
Холестерічеськие рідкі кристали є різновидом нематических і відрізняються від останніх спіральний закручений один щодо одного площин, всередині яких зберігається нематический порядок. Холестеричних структура має локальної циліндричної симетрією зі слабким двохосьовим порядком[76], Що і відбивається на характеристиках відповідних текстур.
холестерические рідкий кристал. Холестерічеськие рідкі кристали знаходяться в рідкій кристалічній фазі в інтервалі температур від 156 до 197 С. Структура холестерических рідких кристалів така ж, як у Нематов-чеських, але вона додатково закручена в напрямку, перпендикулярному довгих осях молекул, причому крок спіралі може досягати 103 ім. На рис. 232 показані окремі ділянки поперечних розрізів холестерічеського кристала, зроблених на різних рівнях вертикально висхідній спіралі - кожен ділянку є видом зверху. У міру підйому по осі кристала відбувається циклічне обертання структурних молекул, в даному випадку проти годинникової стрілки.
Холестерічеськие рідкі кристали, так само як і не-матические, орієнтуються на поверхні твердих кристалів.
Молекули холестерических рідких кристалів, як і зібрані в моношарів, всередині яких вони розташовуються один одному. Однак всередині кожного шару розташування більш нагадує нематического фазу, а не смектіческом. така конфігурація молекул холестеричних речовин призводить до того, що напрямок довгої осі молекули в кожному шарі злегка відхиляється від відповідного напряму в попередньому шарі. Це відхилення накопичується при переході від шару до шару.
Але бувають холестерические рідкі кристали, що не відносяться до з'єднань холестерину.
Як і тематичні, холестерические рідкі кристали можуть мати негативною і позитивною діелектричної анізотропією. В разі негативною діелектричної анізоропіі орієнтація холестерика електричним полем зводиться до того, що конфокальна (мелкодоменная, що розсіює світло) структура переходить в площинну з віссю спіралі, перпендикулярної електродів.
Молекулярна структура холестерічеського рідкого кристала досить тонко врівноважена, і ця рівновага легко може бути порушено. Будь-яке слабке обурення, що порушує рівновагу сил взаємодії між молекулами, може призводити до помітних змін оптичних властивостей, таких, як відображення, пропущення і подвійне променезаломлення, забарвлення і оптична активність.
Оптичні властивості зовнішнього покриву жука Plusiotis resplendens. Платівка в половину довжини хвилі Я /2 розділяє дві холестерические псевдоморфози HI і Н2. Компонента лівої кругової поляризації падаючого променя /відбивається. Компонента правої кругової поляризації проходить через H. і трансформується полуволновой платівкою в компоненту з лівої круговою поляризацією. ця ліва хвиля відбивається шаром Н2 в напрямку /і ретрансформіруется в праву хвилю г, яка виходить назовні в напрямку променя R. Відомо, що холестерические рідкі кристали мають непересічні оптичними властивостями, такими, як гранично велика постійна обертання площини поляризації і селективне відображення поляризованого по колу світла у вузькій смузі довжин хвиль.
В електронній промисловості холестерические рідкі кристали використовують для того, щоб знайти місця потенційних ушкоджень електричних ланцюгів, такі місця виглядають як гарячі точки. У авіапромисловості матеріали роблять більш легкими, надаючи їм шарувату структуру з ніздрюватими прошарками. Якість зчеплення між шарами можна проконтролювати, завдавши шар холестерической рідини, яка зі зміни теплопровідності виявить будь-які дефекти. Таким же чином можна виявляти дефекти зварювання і тріщини, викликані втомою металу.
У цьому випадку використовується холестерические рідкий кристал з негативною діелектричної анізотропією (Ае0) і вихідної пленарному текстурою. Якщо до комірки, яка в початковому стані прозора, прикласти електричне поле з частотою //кр, то в шарі рідкого кристала виникне електрогідродинамічного - нестійкість (проводить режим), оптичне (прояв якої повністю аналогічно ефекту динамічного розсіювання світла в НЖК. Зняття поля не приводить , однак, до зникнення светорассеяния, так як при цьому утворюється конфокальна текстура, сильно розсіює світло. Конфокальна текстура нестійка і з часом переходить в пленарний.
При охолодженні изотропного розплаву холестерические рідкі кристали утворюють конфокальную текстуру (рис. 30); отже, можна зробити висновок, що вони мають слоистостью.
Температурні залежності довжин хвиль селективного відбиття плівок з поліуретану (1 і полівінілового спирту (2 з капсульованих холестериках. | Температурні залежності довжин хвиль селективного відбиття поліуретанових плівок, отриманих на підкладках з поліетилентерефталату (1 полівінілового спирту (2 і целофану С. Температурний інтервал селективного відбиття холестерических рідких кристалів, капсульованих в поліуретані, вже чим капс-лированной в полівінілового спирту і зміщений в області більш низьких температур. У поліуретанових плівок більш різко виражене явище поліхромії, негативне з практичної точки зору. Сутність явища поліхромії полягає в тому, що при фіксованій температурі селективне відображення від плівки не є монохроматично і однорідним за інтенсивністю. Монохроматичність порушується через наявність капсул, що володіють селективним відбиттям при інших довжинах хвиль. При перегляді в мікроскоп можна виявити візуально капсули, забарвлення яких відрізняється від забарвлення всієї плівки. Ці капсули мають велику довжину хвилі селективного відбивання, а їх діаметр перевищує середній по плівці в 2 - 3 рази. Однією з причин поліхромії, на думку авторів[167], Є вплив структурної неоднорідності підкладки на розмір капсул, що утворюються при формуванні розчину полімерної композиції з холестерические рідкими кристалами. Під час відпливу поліуретанової плівки однакової товщини на підкладку терефталат-Талата або целофану середній розмір капсул з рідкими кристалами істотно різний: в першому випадку капсули в два рази менше, ніж у другому. Великі капсули в плівці з поліуретану, відлитими на целофані, досягають 10 - 12 мкм в діаметрі.
Для цілей неруйнівного контролю застосовують холестерические рідкі кристали.
Холестерічеськие рідкі кристали або суміші нема-тичних і холестерических рідких кристалів в залежності від способу обробки поверхонь і умов виникнення мезофази можуть утворювати або пла-Нарнії текстуру (текстура Гранжан), прозору і володіє оптичною активністю, або конфокальную, досить каламутну, непрозору текстуру. Смектіче-ські рідкі кристали можуть утворювати або дуже прозору гомеотропную текстуру, або розсіюють, конфокальную текстуру. Наявність чітко фіксованою вихідною орієнтації рідкого кристалу або заданої текстури є необхідною умовою для прояву електрооптичних ефектів, описаних нижче.
Селективне відображення світла плівками з капсульованих холестерические рідкими кристалами візуально помітно найбільш повно на поглощающем чорному тлі, тому плівки відливають на забарвлені підкладки, в тому числі і покриті технічним вуглецем. Плівковий термоіндикатор найчастіше буває двошаровим.
Широкі можливості, які відкриваються при використанні холестерических рідких кристалів в науці і техніці, викликали до них великий інтерес.
Відомо, що багато синтетичні поліпептиди утворюють в розчинах нематические і холестерические рідкі кристали. Огляд досліджень в цій області міститься в гл. Ці поліпептиди абсолютно не розчиняються в воді і не є природними сполуками.
Аналогічним чином можуть бути розглянуті флуктуації напряму директора в холестерические рідкому кристалі, ми обмежимося лише короткими зауваженнями з цього приводу.
Органічна матриця панцира краба може бути, таким чином, зрівняна з холестерические рідкими кристалами, зафіксованими в твердій фибриллярной структурі полімеризацією або поперечної зшивкою.
До теперішнього часу ці величини отримані для великої кількості летючих немезоморфних з'єднань в Нематов-чеських, а також смектіческіх і холестерических рідких кристалах, зазвичай в мезоморфному і изотропно-рідкому агрегатному станах.
Особливо можна відзначити, що ці полімери нездатні до утворення шаруватої структури, характерної для смектіческіх або холестерических рідких кристалів, і що деформація здійснюється не шляхом ковзання шаруватої структури, а скоріше за рахунок зсуву вздовж молекулярних осей. Це обмеження в поліфосфазенах може бути тим фактором, який призводить до крихкості зразків, термічно оброблених між Т () і Т т, що неминуче призводить до орієнтованої морфології при кристалізації. Однак він не підходить для поліфосфазенов або розглянутої тут більш широкої групи полімерів з абсолютно різними властивостями в мезоморфному стані. Бітті та ін. W2w2w23. все ж визнають необхідність в терміні, застосовне до полімерів з рідкокристалічним порядком, але зі складчастої морфологією, і в цьому сенсі поняття вязкокрісталліческій має більш загальне значення. Термінологія, що враховує рух ланцюга (що є загальною характеристикою цієї групи полімерів), представляється більш прийнятної, хоча термін вязкокрісталліческій в його більш загальному сенсі може і виявитися прийнятним.
Особливо можна відзначити, що ці полімери нездатні до утворення шаруватої структури, характерної для смектіческіх або холестерических рідких кристалів, і що деформація здійснюється не шляхом ковзання шаруватої структури, а скоріше за рахунок зсуву вздовж молекулярних осей. Це обмеження в поліфосфазенах може бути тим фактором, який призводить до крихкості зразків, термічно оброблених між Т (1) і Тт, що неминуче призводить до орієнтованої морфології при кристалізації. Однак він не підходить для поліфосфазенов або розглянутої тут більш широкої групи полімерів з абсолютно різними властивостями в мезоморфному стані. Бітті і ін.[28]все ж визнають необхідність в терміні, застосовне до полімерів з рідкокристалічним порядком, але з складчастої морфологією, і в цьому сенсі поняття вязкокрісталліческій має більш загальне значення. Термінологія, що враховує рух ланцюга (що є загальною характеристикою цієї групи полімерів), представляється більш прийнятної, хоча термін вязкокрісталліческій в його більш загальному сенсі може і виявитися прийнятним.
Для таких з'єднань, у яких п 3 або 5 крок спіралі з ростом температури зменшується, як і у більшості холестерических рідких кристалів. Наприклад, для з'єднання з я 5 крок спіралі при 90 4 С дорівнює 1 9 мкм, а при 82 2 С - 3 4 мкм.
Порівняно недавно Еріксен[58-66]і Леслі[67-71]побудували повну систему рівнянь на основі контінуумной механіки для опису різних законів збереження (маси, моменти, кутового моменту і енергії) для не-тичних і холестерических рідких кристалів. Як повідомляється в роботі [92], Ці теорії, за винятком теорії Лі і Ерінг[87-89], Добре узгоджуються з теоріями Еріксена і Леслі. Нещодавно було показано 92], що перший варіант теорії Лі - Ерінг є суперечливим, а другий подібний теорії Еріксена - Леслі. У цьому огляді розглядається головним чином теорія Еріксена - Леслі, так як інші теорії приводять до аналогічних прогнозам.
Порівняно недавно Еріксен[58-66]і Леслі[67-71]побудували повну систему рівнянь на основі контінуумной механіки для опису різних законів збереження (маси, моменти, кутового моменту і енергії) для не-тичних і холестерических рідких кристалів.
Якщо молекули оптично активні, то мезофаза називатися холі-стерическом. Холестерічеськие рідкі кристали відомі головним чином для з'єднань холестерину і ряду інших стероїдів. Холестерічеськие рідкі кристали характеризуються наявністю двомірного порядку. Його особливість полягає в існування Нематов-чеських молекулярних шарів, в яких напрямки взаємної орієнтації молекул не збігаються, а становлять певні кути. Крок спіралі залежить від природи молекул і дуже чутливий до невеликих змін зовнішніх умов, особливо температури. Спіралеподібного система має властивість селективно відбивати світло. Довжина хвилі, що відповідає максимуму відображення, змінюється зі зміною кроку спіралі внаслідок незначних змін зовнішніх умов, наприклад температури.
При підвищенні температури можлива, таким чином, наступна ланцюг переходів: істинний кристал - смектична мезофаза - нематического ме-зофаза - аморфна речовина. Холестерічеськие рідкі кристали при підвищенні температури безпосередньо дають аморфний розплав, що, до речі, і дає підставу розглядати їх як підтип нематической структури.
Якщо молекули оптично активні, то мезофаза називатися холі-стерическом. Холестерічеськие рідкі кристали відомі головним чином для з'єднань холестерину і ряду інших стероїдів. Холестерічеськие рідкі кристали характеризуються наявністю двомірного порядку. Його особливість полягає в існуванні Нематов-чеських молекулярних шарів, в яких напрямки взаємної орієнтації молекул не збігаються, а становлять певні кути. Крок спіралі залежить від природи молекул і дуже чутливий до невеликих змін зовнішніх умов, особливо температури. Спіралеподібного система має властивість селективно відбивати світло. Довжина хвилі, що відповідає максимуму відображення, змінюється зі зміною кроку спіралі внаслідок незначних змін зовнішніх умов, наприклад температури.
Холестериках влаштовані складніше, ніж нематики і смектики. Локально холестерические рідкий кристал має таку ж структуру, що і нематик. Це означає, що в малому обсязі впорядкування молекул холестерика можна характеризувати директором і параметром порядку. Відмінності холестерика від нематика проявляються в великих в порівнянні з молекулярними розмірами масштабах. Виявляється, що напрямок директора в холестериках не залишається незмінним за його обсягом навіть для однодоменних зразка. Існує такий напрямок, зване хо-лестеріческой віссю (на рис. 7.9 в це вісь z), уздовж якого регулярним чином змінюється орієнтація директора.
Холестерічеськие рідкі кристали знаходяться в рідкій кристалічній фазі в інтервалі температур від 156 до 197 С. Структура холестерических рідких кристалів така ж, як у Нематов-чеських, але вона додатково закручена в напрямку, перпендикулярному довгих осях молекул, причому крок спіралі може досягати 103 ім. На рис. 232 показані окремі ділянки поперечних розрізів холестерічеського кристала, зроблених на різних рівнях вертикально висхідній спіралі - кожна ділянка є видом зверху. У міру підйому по осі кристала відбувається циклічне обертання структурних молекул, в даному випадку проти годинникової стрілки.
Завдяки орієнтаційної впорядкованості анізометріческіх молекул смектики і нематики є одноосно симетричними рідкими кристалами, причому їх оптична вісь паралельна осях молекул. Оптична вісь холестерических рідких кристалів визначається лише локально.
Схема розташування молекул в термотропних рідких кристалах. Розроблено методи використання холестерических рідких кристалів в якості чутливих температурних датчиків, засновані на тому, що колір холестерических кристалів змінюється при дуже слабких змінах температури.
Лз 0034 молекули перпендикулярні вектору швидкості і вектору градієнта швидкості витікання. Дослідження анізотропії в'язкості смектіческіх і холестерических рідких кристалів важко з огляду на те, що ці мезофази насилу орієнтуються зовнішніми впливами.
Схема будови лінійної макромолекули. Температурні датчики на холестерических рідких кристалах використовують при неруйнівному контролі, зокрема при випробуваннях на втому, коли місцева пластична деформація супроводжується підвищенням температури.
Коротко розглянемо лише найбільш важливі залежності, отримані методом хроматографії. Було з'ясовано, що смектичні і холестерические рідкі кристали, незважаючи на більш високу ступінь організації структури, не забезпечують підвищення ефективності поділу сумішей немезоморфних з'єднань, тому основним об'єктом дослідження є нематические рідкі кристали.
Розглянемо електрооптичні ефекти в нематичних і холестеричних рідких кристалах, які можу г використовуватися в індикаторних системах. Електрооптнческіе ефекти в смектіческіх рідких кристалах тут розглядатися не будуть, оскільки через високу пязко-сти смектіческой фази вони проявляються при високих напруг і застосування в індикаторах не знайшли. Електрооптіческіс ефекти а рідких кристалах прийнято умовно ділити на наступні групи.
Важливим оптичним властивістю рідких кристалів є дихроизм, що виявляється в тому, що одна компонента поляризованого світла поглинається ними сильніше, ніж інша. У цьому відношенні особливий інтерес викликає розглянути холестерические рідкі кристали, які розкладають світло на дві складові, одна з яких поляризована за годинниковою стрілкою, а інша - проти.
Між структурою молекул і знаком обертання площини поляризації все ж є певний зв'язок. Ми знаємо, що кожен холестерические рідкий кристал в залежності від довжини хвилі світла обертає площину поляризації вправо або вліво. Якщо з'єднання складається з молекул з правого структурою і якщо довжина хвилі падаючого світла менше довжини хвилі світла, розсіюється з максимальною інтенсивністю, то площину поляризації обертається вправо. Але коли довжина хвилі падаючого світла поступово збільшується, то при проходженні променя через максимум розсіювання обертання стає лівим. Для речовин з левовраща-ющими молекулами спостерігається зворотна залежність.
Завдяки наявності діелектричної анізотропії молекули холестерічеського рідкого кристала, так само як і нематического, можуть орієнтуватися електричним полем.