1.1.9. Жидкие кристаллы

Некоторые вещества при повышении температуры переходят из твердого состояния в жидкокристаллическое, т.е. обладают одновременно свойствами твёрдого тела (анизотропия) и жидкостей (текучесть). Открыты в конце прошлого века (1888 г. Рейнитцер). Однако нашли широкое применение лишь в 70-е годы.

Жидкие кристаллы: 1) нематические (немо – нить)

2) смектические (смегма – мыло)

3) холестерические (имеют структуру, как у холестерин)

(а) (б) (в)

Рис. 1.25. Схема строения различных типов жидких кристаллов: (а) - нематические, (б) – смектические, (в) - холестерические.

Молекулярная структура жидкого кристалла весьма тонко уравновешена. Любое слабое возмущение, нарушающее равновесие сил взаимодействия между молекулами, может приводить к заметным изменениям оптических свойств: отражение, пропускание, окраска и т.д.

Свойства Ж.К. зависят от направления! То же самое с электропроводностью: максимальна вдоль осей. Молекулы Ж.К. ориентируются вдоль силовых линий магнитного поля. Ориентация молекул Ж.К. и их оптические свойства могут управляться и электрическими потенциалами: например часы с Ж.К. индикатором, Ж.К. мониторы, и т.д.

1.1.10. Фазовые диаграммы и твердые растворы

Фаза - однородная часть системы, отделённая от других частей поверхностью раздела, при переходе через которую скачком изменяются структура вещества или химический состав.

Диаграммы состояния – графики, которые изображают фазовые состояния веществ в зависимости от давления, объёма и температуры.

Двойные фазовые диаграммы изображают состояния системы с двумя компонентами. Обычно представляет собой графики, изображающие состояние системы в зависимости от температуры и состава системы. Анализируя фазовые диаграммы, можно предсказывать (определять) фазовый состав и количество материала в отдельных фазах для любого соотношения А и В.

Наиболее часто встречаются 3 типа фазовых диаграмм двойных систем:

1. Эвтектические диаграммы состояния.

2. Дистектические диаграммы сост. образуются в случае, когда в системе А-В образуются химические соединения (например АВ и др.).

3. Диаграмма состояния систем с неограниченной растворимостью компонент.

Эвтектическая диаграмма состояния	А, В – компоненты веществ А и В, α - вещество А с растворёнными атомами В, β – вещество В с растворёнными атомами А, L – жидкая фаза, α + β – смесь фаз, Е – точка эвтектики (смесь имеющая самую низкую температуру плавления).
Дистектическая диаграмма состояния.	АВ – химическое соединение Е1Е2 – точки эвтектики D – точка дистектики
Диаграмма состояния с неограниченной растворимостью	Системы с неограниченной растворимостью образуются в случаях, когда: 1.Различие в атомных радиусах не менее 15% 2.Одинаковая валентность 3.Одинаковая кристаллическая решётка 4.Одинаковая электроотрицательность
Рис. 1.26. Наиболее часто встречаемые типы фазовых диаграмм двойных систем:

Рассмотрим участок фазовой диаграммы, по которому можно определить предельную растворимость примеси в основном материале (эвтектическая фазовая диаграмма). Рассмотрим типичную фазовую диаграмму вблизи точки плавления кремния: Кривая солидус определяет растворимость примеси в кремнии при различных Т^о. Кривая растворимости с максимумом (сначала рост растворимости а затем убывание с ростом Т^о) называется ретроградной кривой растворимости.

Ретроградная кривая растворимости типична для таких полупроводников, как кремний и германий .

Следствия ретроградной кривой растворимости:

1. Имеется предел растворимости примеси в кристаллы. Выше этой концентрации примесь переходит в другое фазовое состояние – образует преципитаты.

2. Кристаллы могут иметь концентрацию примеси, превышающую их

растворимость при заданной температуре. Такая примесь будет находиться в междоузельных положениях кристаллической решётки.