16.2. Жидкокристаллические композиты

В настоящее время получены жидкокристаллические композиты (ЖКК) почти со всеми типами известных жидких кристаллов. Роль границы контакта: жидкий кристалл – твердая поверхность является ключевой в физикохимии ЖКК. Твердая поверхность задает ориентацию директора и тем самым определяет характер протекания всех ориентационных эффектов. Индивидуальные химические соединения редко используются в ЖКК. Обычно это многокомпонентные смеси, позволяющие изменением состава добиваться оптимального сочетания свойств.

Впервые ЖКК были созданы на базе холестерических кристаллов для целей термографии, а затем разработаны композиты с нематиками для применения в электрооптике. ЖКК с нематиками получаются на основе полимерной матрицы, в свободных полостях которой находится нематик.Такие композиты сохра­няют все механические свойства поли­мерной основы, в частности, позволяют использовать их в виде тонких пленок любого размера. Морфология ЖКК определяется соот­ношением: нематик – полимер. При умеренных концентрациях нематика (до 60% мас.) в полимере образуются сфе­рические или эллиптические пустоты(капсулы), которые заполняет нематик. Подобную структуру называют струк­турой «швейцарского сыра». При большей концентрации не­матика сам полимер собирается в виде мелких шариков и полученную структуру называют структурой «полимерных мячей».

Жидкие кристаллы и композиты на их основе находят широкое применение в различных областях современной техники.

Анизотропия всех физических характеристик жидкого кристалла в сочетании с низкой вязкостью этих соединений позволяет легко и эффективно осуществлять ориентацию (и переориентацию) их молекул под действием небольших «возмущающих» факторов (электрические и магнитные поля, механическое напряжение), существенно изменяя их структуру и свойства. Именно поэтому жидкие кристаллы оказались незаменимыми электрооптически активными средами, на основе которых созданы ЖК-индикаторы и дисплеи. Все электрооптические эффекты жидких кристаллов, используемых в экранах отображения информации, наблюдаются в тонких слоях с определенной структурой. Организация такой структуры связана с процессами ориента­ции молекул жидкого кристалла между двумя стеклянными подложками, на внутреннюю сторону которых нанесены прозрачные электроды для управления.

Преимущества ЖКК несомненны. Они твердые и гибкие, им можно придать любую форму, их размеры практически не ограничены. Деформации сжатия, растяжения, как и во всех жидкостях, очень малы, а деформации сдвига приводят к течению.

Любая функциональная система, механическая или электронная, в процессе работы выделяет тепло. Образуется как бы температурный портрет тела, точно воспроизводящий его функциональное состояние. Спиральная структура холестериков определяет их высокую оптическую активность и способность селективно отражать поляризованный свет видимого, инфракрасного и ультрафиолетового диапазона. При изменении температуры, состава среды и напряженности электромагнитного поля меняется шаг спирали, что сопровождается изменением оптических свойств, в том числе, цвета.

Высокая чувствительность ЖКК с холестериками к небольшим изменениям температуры, их способность работать в широком диапазоне температур позволяют использовать их в качестве термических индикаторов для панорамных измерений полей температур.

В последние годы разрабатываются смеси холестерических жидких кристаллов, резко изменяющие цвет под действием малых, но опасных концентраций вредных паров различных химических соединений. Такие ЖК-индикаторы могут за очень короткое время менять цветовую окраску при превышении допустимой концентрации вредных паров, играя роль своеобразных химических датчиков.

Интересные возможности открывает использование холестериков в дефектоскопии, например, для оценки качества спайки и соединений металлических и металлокерамических изделий. Вследствие разной теплопроводности жидкий кристалл своим цветом фиксирует те участки, где имеются дефекты.

Применение ЖКК с нематиками связано в основном с электрооптиче­скими свойствами жидких кристаллов, т.е. способностью изменять пропускание света под действием электрического поля. ЖКК с нематиками являются пер­спективными материалами для построения различных устройств отображе­ния информации (просветных и отраженных дисплеев), создания проекционных систем, разработки систем управления световыми потоками (ослабители, модуляторы и т.п.).