13.7. Жидкие кристаллы, их строение и свойства

Жидкие кристаллы это особое состояние некоторых органических веществ. С одной стороны они обладают типичным свойством жидкостей текучестью. А с другой стороны они сохраняют определенную упорядоченность в расположении молекул и анизотропию ряда физических свойств, характерную для твердых кристаллов. Жидкие кристаллы открыты немецким физиком Леманом в 1889 г.

Молекулы ЖК имеют удлиненную палочкообразную форму. Такая форма молекул определяет параллельность их взаимной укладки, что является основным признаком структуры жидких кристаллов. Различают три основных типа ЖК: смектические, нематические, холестеричекие (рис.13.6).

Н аименьшую упорядоченность имеют нематические ЖК. Молекулы их параллельны, но сдвинуты вдоль своих осей на произвольные расстояния. В ЖК сохраняется дальний ориентационный порядок.

В жидких смектических кристаллах молекулы параллельны друг другу и расположены слоями.

Структура холестерических ЖК похожа на структуру нематиков, но отличается от них дополнительным закручиванием молекул вокруг перпендикуляра к их осям. Шаг такой спирали может достигать нескольких микрон.

Жидкие кристаллы обладают анизотропией упругости, электропроводимости, магнитной восприимчивости и диэлектрической проницаемости, оптической анизотропией, сегнетоэлектрическими свойствами.

В достаточно сильных электрических полях первоначально прозрачный образец ЖК может сильно рассеивать свет, становиться матово-прозрачным. При снятии поля образец возвращается в исходное состояние.

Исключение составляют смектические ЖК, обладающие большой вязкостью. Они «запоминают» воздействие надолго. Например, сжатый (до 10⁵ Па) слой смектического ЖК прозрачен, при сбросе давления он теряет прозрачность. Прозрачность слоя восстанавливается при повторном сжатии образца. Этот эффект используется в пневмоавтоматике.

В ЖК перестройка внутренней структуры сопровождается излучением упругой волны. Так, в нематической фазе в качестве источника акустической эмиссии служат локальные дефекты: точечные или линейные дислокации. Максимальная акустическая активность соответствует переходу нематик - изотропная среда. На этом основан акустический метод контроля ЖК. С другой стороны небольшие внешние возмущения, достигаемые с помощью, звуковой волны, приводят к значительным искажениям структурного порядка (поля директора) и, следовательно, к легко фиксируемому изменению оптических свойств. На этом принципе построены акустически управляемые активные элементы на жидких кристаллах.

ЖК имеют широкое практическое применение, особенно в системах обработки и отображения информации, в которых используются электрооптические свойства ЖК: буквенно-цифровые индикаторы в микрокалькуляторах и электронных часах. Разработаны плоские телевизоры на ЖК.

13.8. Магнитные жидкости

1 3.8.1. Структура магнитных жидкостей

Магнитные жидкости (МЖ) представляют собой коллоидный раствор однодоменных частиц в жидкости-носителе. Для придания дисперсной системе необходимой агрегатной устойчивости магнитные частицы покрываются слоем стабилизатора (рис.13.7). Форма частиц близка к сферической. Их средний радиус и толщина стабилизирующей оболочки имеют порядок нескольких нм (10^-9м – 10^-8м).

Интенсивное тепловое движение столь малых частиц дисперсной фазы обуславливает высокую макроскопическую однородность всей системы. Благодаря наличию мелкодисперсной магнитной фазы МЖ обладают наряду с текучестью выраженными магнитными свойствами.