Археология об основании Рима: Новые раскопки проясняют и такой острый дискуссионный вопрос, как дата самого возникновения Рима...
Опора деревянной одностоечной и способы укрепление угловых опор: Опоры ВЛ - конструкции, предназначенные для поддерживания проводов на необходимой высоте над землей, водой...
Топ:
Эволюция кровеносной системы позвоночных животных: Биологическая эволюция – необратимый процесс исторического развития живой природы...
Техника безопасности при работе на пароконвектомате: К обслуживанию пароконвектомата допускаются лица, прошедшие технический минимум по эксплуатации оборудования...
Марксистская теория происхождения государства: По мнению Маркса и Энгельса, в основе развития общества, происходящих в нем изменений лежит...
Интересное:
Мероприятия для защиты от морозного пучения грунтов: Инженерная защита от морозного (криогенного) пучения грунтов необходима для легких малоэтажных зданий и других сооружений...
Наиболее распространенные виды рака: Раковая опухоль — это самостоятельное новообразование, которое может возникнуть и от повышенного давления...
Финансовый рынок и его значение в управлении денежными потоками на современном этапе: любому предприятию для расширения производства и увеличения прибыли нужны...
Дисциплины:
2017-11-27 | 284 |
5.00
из
|
Заказать работу |
|
|
В случае стержнеобразных молекул в зависимости от характера упорядочения длинных осей молекул в слое жидкие кристаллы разделяют на нематики, смектики и холестерики. Рассмотрим их внутреннюю структуру и пространственное упорядочение молекул. Для наглядности будем представлять молекулы жидких кристаллов в виде стержней, т.к. их длина во много раз больше толщины.
Нематики. Структура нематика будет представлять собой «жидкость одинаково ориентированных стержней» (см. рис. 52, а, б). В твердом состоянии молекулы кристалла строго ориентированы в пространстве (рис. 52, а). В жидкокристаллическом состоянии эти молекулы разбросаны по жидкому кристаллу хаотически, они могут перемещаться под действием температуры в любую сторону. Относительный порядок существует только в ориентации длинных осей молекул. Эти стержни движутся хаотически в жидкости, но их преимущественная ориентация не изменяется. Под действием температуры они совершают ориентационные (угловые) колебания, амплитуда которых возрастает при приближении к температуре фазового перехода (рис. 52, б). После точки фазового перехода ориентационное упорядочение исчезает, и ориентация молекул становится полностью хаотической (рис. 52, в). В отношении оптических свойств нематики подобны одноосным кристаллам.
Для характеристики ориентационного порядка вводится вектор единичной длины n, называемый директором, направление которого совпадает с направлением усредненной ориентации длинных осей молекул. По существу он представяет собой единичный вектор усредненного направления длинных осей молекул. Кроме того, вводится еще один параметр - скалярный параметр порядка Q, который характеризует степень ориентационного упорядочения молекул:
|
Q = 2 (^ -1),
где 0 - угол между направлением директора и
мгновенным направлением оси молекулы, а cos в - среднее значение по времени. Значение Q = 1 соответствует полной ориентации всех молекул нематика в одном направлении, а Q = 0 - полному беспорядку в ориентации молекул. По физическому смыслу параметр порядка есть дисперсия случайной переменной - ориентации длинных осей молекул жидкого кристалла.
Рис. 52 |
До сих пор речь шла об однодоменном образце нематика, в котором ориентация директора одинакова во всех его точках. В реальности молекулы жидкого кристалла могут изменять свою ориентацию по поверхности слоя жидкого кристалла, а также с его толщиной, образуя области одинаковой ориентации длинных осей молекул жидкого кристалла - домены. Причины такого деления нематика заключены в случайном характере внешних воздействий, способных задавать ориентацию молекул. Преимущественные ориентации длинных осей молекул в различных доменах никак не связаны между собой. Поэтому ориентация директоров в разных доменах хаотична, и, следовательно, оптические индикатрисы в доменах также разориентированы - в каждом домене ориентация индикатрисы своя. Значит и показатель преломления для света, падающего
на многодоменный жидкий кристалл, в каждом домене свой. На границе доменов имеет место скачок показателя преломления, который в поляризованном свете в скрещенных поляризаторах видится как светлая нить произвольной формы на темном фоне (нить по-гречески «нема», отсюда и название жидкого кристалла такого строения), которая указывает местоположение отдельных доменов в слое нематика и их размеры. Поэтому, чтобы сделать его одномерным, говорят, «однодоменным», необходимы специальные меры. К ним относятся любые способы, задающие ориентацию длинных осей молекул: механическая полировка внутренних поверхностей стекол, между которыми помещается жидкий кристалл; задание ориентации с помощью внешних электрических или магнитных полей и т.д.
|
Смектики. В них степень упорядочения молекул выше, чем в нематиках (см. рис. 53): помимо ориентационной упорядоченности молекул, существует частичное упорядочение центров их тяжести. Таким образом, смектики организованы в слои, расстояния между которыми фиксированы. Что же касается расположения центров тяжести молекул в пределах одного слоя, то оно хаотично, как в нематике. Поэтому для описания состояния смектика также используются
понятия директора n и параметра порядка Q.
Общим для всех смектиков является достаточно сильное взаимодействие
молекул в пределах выделенного слоя и слабое взаимодействие между слоями. Поэтому слои легко
/mi /1 л __________ у...
В зависимости от расположения молекул в слое, а также общего поведения директора по многим слоям смектики делятся на следующие типы: А, B, C, D, F, G и т.д. Так, в А-смектике оси молекул во всех его слоях перпендикулярны поверхности слоя (см. рис. 53); в 5-смектике оси молекул находятся под небольшим углом к поверхности, одинаковым для всех слоев. В каждом слое D-
смектика отсутствует какое-либо упорядочение осей молекул - молекулы ориентированы хаотически.
Смектики обладают двулучепреломлением, но в исходном состоянии представляют собой совокупность хаотически ориентированных доменов.
Если растопить смектический кристалл, то сначала он дает жидкий смек- тик. При дальнейшем повышении температуры смектик переходит в нематик, а уже тот - в изотропную жидкость. Это и понятно: сравнительно слабое взаимодействие между слоями с повышением температуры разру-шается раньше, чем взаимодействие молекул внутри каждого слоя - так появляется нематик. Впрочем, у отдельных смектиков нематическая фаза отсутствует.
Холестерики. Они устроены более сложно, чем нематики и смектики. Локально холестерический кристалл устроен так же, как и нематик: в малом объеме упорядочение молекул холестерика можно охарактеризовать директором и параметром порядка Q. Отличие холестерика от нематика проявляется в больших, по сравнению с молекулярными размерами, масштабах. Эти отличия связаны с тем, то в нем молекулы образуют холестерическую спираль: в не- матике существует направление, называемое холестерической осью, вдоль которого ориентация директора регулярным образом изменяется. Директор перпендикулярен этой оси и меняет свое положение вдоль холестерической оси по спирали, оставаясь неподвижным (см. рис. 54). Угол поворота директора по мере удаления в объем холесте- рика линейно связан с расстоянием z вдоль холестерической оси и может быть представлен в виде: ф = (2ж/ Ро)• z. Расстояние p0, на котором директор поворачивается на 3600,
|
называется шагом холестерической нгакняя граница холестерика спирали- Рис. 54
Холестерическая фаза может наблюдаться сразу после плавления кристалла или после смектической фазы. При дальнейшем повышении температуры холестерик переходит в неиатик, а затем в изотропную жидкость.
|
|
Двойное оплодотворение у цветковых растений: Оплодотворение - это процесс слияния мужской и женской половых клеток с образованием зиготы...
Опора деревянной одностоечной и способы укрепление угловых опор: Опоры ВЛ - конструкции, предназначенные для поддерживания проводов на необходимой высоте над землей, водой...
Состав сооружений: решетки и песколовки: Решетки – это первое устройство в схеме очистных сооружений. Они представляют...
Адаптации растений и животных к жизни в горах: Большое значение для жизни организмов в горах имеют степень расчленения, крутизна и экспозиционные различия склонов...
© cyberpedia.su 2017-2024 - Не является автором материалов. Исключительное право сохранено за автором текста.
Если вы не хотите, чтобы данный материал был у нас на сайте, перейдите по ссылке: Нарушение авторских прав. Мы поможем в написании вашей работы!