Считается, что состояние жидкого кристалла открыл в 1888 австрийский ботаник Ф.Рейнитцер. Он изучал поведение органического твердого вещества, называемого холестерилбензоатом. При нагревании это соединение переходило из твердого в мутное на вид состояние, ныне называемое жидкокристаллическим, а затем в прозрачную жидкость; при охлаждении последовательность превращений повторялась в обратном порядке. Рейнитцер отметил также, что при нагревании изменяется цвет жидкого кристалла – от красного к синему, с повторением в обратном порядке при охлаждении. Почти все жидкие кристаллы, обнаруженные на сегодняшний день, представляют собой органические соединения; примерно 50% всех известных органических соединений при нагревании образуют жидкие кристаллы. В литературе описаны также жидкие кристаллы некоторых гидроксидов (например, Fe₂O₃ЧxH₂O).

Консистенция жидких кристаллов может быть разной – от легкотекучей жидкой до пастообразной. Жидкие кристаллы имеют необычные оптические свойства, что используется в технике.

Типы жидких кристаллов. Есть два способа получить жидкий кристалл. Один из них был описан выше, когда говорилось о холестерилбензоате. При нагревании некоторых твердых органических соединений их кристаллическая решетка разваливается и образуется жидкий кристалл. Если температуру повышать и далее, то жидкий кристалл переходит в настоящую жидкость. Жидкие кристаллы, образующиеся при нагревании, называются термотропными. В конце 1960-х годов были получены органические соединения, являющиеся жидкокристаллическими при комнатной температуре.

Существуют два класса термотропных жидких кристаллов: нематические (нитевидные) и смектические (сальные или слизистые). Нематические жидкие кристаллы можно разделить на две категории: обычные и холестерически-нематические (скрученные нематики).

(11.76 Кб)

Второй способ получения жидких кристаллов – обработка некоторых соединений контролируемым количеством воды или другого полярного растворителя. (Полярным называется растворитель, состоящий из молекул-диполей, на одном конце которых находится положительный электрический заряд, а на другом – отрицательный.) Жидкие кристаллы, состоящие из двух и более компонентов, называются лиотропными. Их можно получать, смешивая с водой такие материалы, как мыла, детергенты, полипептиды, жирные кислоты, соли жирных кислот и фосфолипиды.

Структура. Жидкие кристаллы образуются из молекул, имеющих разную геометрическую форму (чаще всего – удлиненных или дискообразных). Электрическими межмолекулярными силами определяется характер «упаковки» молекул, т.е. то, как они геометрически соотносятся друг с другом. Некоторые типичные расположения молекул представлены на рисунках на этой странице.

В нематических жидких кристаллах молекулы расположены параллельно или почти параллельно друг другу. Они могут двигаться во всех направлениях и вращаться вокруг своих продольных осей. Их можно уподобить карандашам в коробке: карандаши могут вращаться и скользить вперед и назад, но должны оставаться параллельными друг другу.

Молекулярная упаковка смектиков (за исключением смектика D) дает слоистую структуру с несколькими вариантами расположения молекул в слоях. Слои могут без помех скользить друг по другу. В наиболее распространенной упаковке продольные оси молекул направлены приблизительно под прямым углом к плоскости слоя. Каждая молекула может двигаться в двух измерениях, оставаясь в слое, и вращаться вокруг своей продольной оси. Расстояние между молекулами слоя может быть либо постоянным, либо беспорядочно меняющимся.

В жидких кристаллах холестерически-нематического класса молекулы упакованы в параллельных слоях так, что продольные оси всех молекул лежат в плоскости слоя. При этом «архитектура» молекулярной упаковки такова, что продольные оси молекул одного слоя повернуты на небольшой угол относительно молекул соседнего слоя. Это угловое смещение постепенно нарастает от слоя к слою как бы по спирали, один виток которой соответствует толщине ок. 0,5 мкм.

дальше