СЛОВАРЬ ЮНОГО ФИЗИКА

ЖИДКИЕ КРИСТАЛЛЫ

Жидкими кристаллами называются жидкости, которые состоят из молекул анизотропной формы, сохраняющих определенный порядок в своем расположении относительно друг друга. У молекул жидких кристаллов можно четко выделить характерные оси: в таких молекулах атомы располагаются вдоль избранной линии (молекулы — стержни) или лежат в выделенной плоскости (молекулы — диски).

В жидком кристалле имеется особое направление, как в твердом кристалле, вдоль которого ориентируются длинные оси молекул  или плоскости молекул . При этом жидкий кристалл может быть, действительно, жидким, как вода, т. е. центры масс молекул не образуют правильную (кристаллическую) решетку, а располагаются хаотично в пространстве и могут в нем свободно перемещаться.

Возникновение особого направления вызвано взаимодействием молекул указанной формы, причем важную роль здесь играют как силы притяжения, так и силы отталкивания. Силы притяжения — электрического происхождения, они возникают и между электрически нейтральными молекулами благодаря случайным смещениям в атомах отрицательно заряженных электронных облаков относительно положительно заряженных ядер. Такие совокупности двух разноименных зарядов, называемые электрическими диполями, создают в окрестностях нейтральных атомов электрические поля , которые поддерживают это разделение зарядов . В результате разноименно заряженные части атомов, а значит, и атомы целиком притягиваются друг к другу. Чем больше атомов в молекуле, тем сильнее притягиваются молекулы, причем большая часть атомов одной молекулы стремится оказаться вблизи другой молекулы, а это возможно только тогда, когда длинные оси или плоскости соседних молекул параллельны.

На близких расстояниях по законам квантовой механики молекулы отталкиваются, т. е. они не могут проникать друг в друга. Поэтому, например, молекулы-стержни, помещенные в относительно небольшой объем, мешают друг другу при случайных взаимных поворотах, т. е. при высокой концентрации стержней в растворе силы отталкивания также вызывают параллельную ориентацию таких молекул.

При относительно высокой температуре или низкой концентрации молекулярного раствора тепловые толчки достаточно сильны, чтобы разрушить ориентационный порядок в системе молекул. При повышении температуры или понижении концентрации обязательно наступает момент, когда хаотическое тепловое движение становится преобладающим и жидкий кристалл превращается в обычную жидкость (плавится).

При понижении температуры он превращается в твердый кристалл.

Особые направления в жидких кристаллах, как и в твердых, называются оптическими осями, так как с их существованием связаны замечательные оптические свойства этих материалов (двойное лучепреломление, поворот плоскости поляризации света и др.). В отличие от твердых кристаллов, где оптические оси жестко закреплены, в жидких кристаллах направления оптических осей можно легко изменять с помощью самых различных воздействий, в том числе электрическим полем. Для управления оптическими свойствами жидких кристаллов требуются весьма малые напряжения (около 1 В).

Это объясняется тем, что все их молекулы взаимосвязаны и ориентированы одинаково, и достаточно повернуть одну из них, чтобы весь коллектив молекул изменил свою ориентацию.

Благодаря таким электрооптическим эффектам- жидкие кристаллы приобрели большое практическое значение. Тонкие слои этих кристаллов (толщиной в сотую долю микрометра) применяются при изготовлении табло электронных часов, калькуляторов, экранов телевизионных приемников.

Некоторые вещества в жидкокристаллическом состоянии способны смешиваться между собой и образовывать жидкие кристаллы с различными структурами и свойствами.