Zhilyakova, A. E. Tekuté krystaly, rozsah a jejich vlastnosti / A. E. Zhilyakova. — Text: bezprostřední // Mladý vědec. — 2021. — Č. 21 (363). – str. 27-28. — URL: https://moluch.ru/archive/363/81383/ (datum přístupu: 11.02.2024/XNUMX/XNUMX).
Tekuté krystaly jsou stav hmoty, který má dvě vlastnosti: kapaliny a krystaly. Vyznačují se také tekutostí a anizotropií, tedy rozdíly ve vlastnostech v daném prostředí. Navzdory své tekutosti jsou schopny udržet krystalický stav. Díky struktuře viskózních kapalin mají tekuté krystaly, skládající se z molekul ve tvaru disku, schopnost měnit se při interakci s elektrickými poli.
Historicky mají tekuté krystaly dva typy tání, tj. při jednom zahřátí se krystal stává průhledným, při druhém se krystal zakalí. To bylo objeveno v roce 1888 Friederichem Reinitzerem. Takové krystaly nebyly vnímány jako jejich samostatný stav, protože to porušilo teorii o existenci pouze tří stavů: kapalného, pevného a plynného.
Klíčová slova: kapalné krystaly, vlastnosti, aplikace, molekuly, elektrické pole, termotropní, lyotropní.
Někteří vědci na toto téma uspořádali konferenci a vytvořili indikátory, které fungují na principu, že molekuly těchto krystalů jsou schopny rotovat v elektrickém poli, a tím odrážet a propouštět světlo. O pár let později se tekuté krystaly začaly získávat z levných a snadno dostupných surovin.
- Termotropní se získávají ze zahřáté pevné látky v závislosti na parametrech teploty a tlaku. Přicházejí ve třech typech:
– Smektické – definované tím, že mají vrstvenou strukturu, kdy se vrstvy mohou vzájemně pohybovat. Mají vysokou viskozitu a také, jak se přibližují k povrchu, mění se hustota vrstvy.
– Nematic – určeno nitkovitou strukturou, kde podél nich kloužou podlouhlé molekuly, rotující kolem své osy.
– Holistické – vzniklé díky tomu, že se skládají převážně z cholesterolu. Jsou trochu podobné nematickým, ale přeci jen je tu rozdíl – jde o jejich uspořádání molekul. Molekuly tvoří spirálu kvůli jejich rotaci vůči sobě navzájem. Zvláštností tohoto typu je, že molekuly jsou velmi citlivé a mění svou polohu v závislosti na teplotě.
- Lyotropní sloučeniny jsou směsí tyčovitých molekul dané látky a polárních rozpouštědel.
- Metalotropní fáze jsou kapalné krystalické fáze vytvořené pomocí anorganických látek s nízkou teplotou tání, jako je chlorid zinečnatý, které mohou snadno odtékat. Přidání molekul s dlouhým řetězcem do těchto struktur vede ke vzniku nových fází s určitými vlastnostmi LC, které vznikají v závislosti na koncentraci anorganické fáze a teplotě.
Tekuté krystaly se používají v různých oblastech, jako jsou LCD displeje, termografie a elektronické indikátory.
LCD je zkratka pro displeje z tekutých krystalů. V 21. století jsou displeje přítomny všude, v jakémkoli elektronickém zařízení, jako jsou telefony, počítače, navigátory, kalkulačky, elektronické knihy atd.
Displeje z tekutých krystalů jsou poměrně složitým systémem, ale pokud se to vezme obecně, skládá se ze skleněných desek, mezi nimiž jsou tekuté krystaly, lze je také nazývat matrice tekutých krystalů, a mnoha světelných zdrojů.
V termografii pomáhají tekuté krystaly vytvářet tepelný obraz objektu pomocí infračerveného záření. Díky infračerveným přístrojům je možné určit, kde dochází k přehřívání, narušení tepelné izolace nebo jiných různých úseků elektrického vedení, tepelného toku nebo konstrukce.
Pomocí tekutých krystalů se vytvářejí elektronické indikátory, které reagují na teplotní rozdíly, a tím určují, kde systémy selhaly. Tekuté krystaly se používají, když jsou aplikovány jako fólie na desky plošných spojů nebo integrované obvody. Pomocí těchto indikátorů si můžete snadno všimnout poruch. Indikátory vyrobené z tekutých krystalů se používají k detekci různých chemických par, ultrafialového a gama záření.
Protože tekuté krystaly jsou schopné tekutosti, hlavní vlastnost je určena přítomností řádu prostorové orientace molekul, což jim umožňuje přiblížit se běžným krystalům. Kapalné krystaly mají fázový polymorfismus. Studuje se pomocí následujících metod:
— Mikroskopie v polarizovaném světle
— Skenovací diferenciální adiabatická kalorimetrie
Tyto metody svým způsobem umožňují rozpoznat různé aspekty fáze LC, které pak podávají celkový obraz fáze v souladu s podmínkami její existence.
Vlastnosti takových krystalů jsou nepřítomnost tuhé krystalové mřížky. Tekuté krystaly mohou mít podobu nádoby nebo jakékoli jiné nádoby, ve které jsou umístěny. Schopnost implementovat složitější orientační pořadí molekul, na rozdíl od krystalů. Takové krystaly mají elasticitu a flexoelektrický efekt, tj. vzhled elektrické polarizace v tělesech, když jsou ohnuty nebo jakýkoli jiný typ nehomogenní deformace. Změny orientace molekul pod vlivem elektrických polí, což otevírá možnosti jejich využití v průmyslu.
Takové krystaly se nacházejí v určitém teplotním rozmezí, ale každý tekutý krystal má svůj specifický interval, to znamená, že některé mají interval (ΔT ≈ 0,01 K) a jiné (ΔT ≈ 100 K). Dá se to vysvětlit na příkladu: pokud se tekutý krystal zahřeje, změní se v kapalinu, nebo naopak, pokud se ochladí, změní se na krystal. Struktura takových krystalů vypadá jako podlouhlý tvar doutníku, jehož konce vzájemně slabě interagují, ale boční plochy interagují poměrně silně a mohou pojmout molekuly.
- Blinov L. M. Tekuté krystaly, Struktura a vlastnosti: kniha / Blinov L. M., 2013
- Davydov S. Nauka o materiálech: učebnice / Davydov S., Boldyrev D., Tyurkov M., Popova L. 2020–424 s.
- Gscheidle R. Technologie kovů a nauka o materiálech: učebnice / Gscheidle R. 2019–176 s.
- Gruzdev V. Nauka o materiálech: učebnice / Gruzdev V., Sinyansky I. 2018–272 s.
- Vorobyov A. Nauka o materiálech: učebnice / Vorobyov A., Zhukov D., Kononov D. 2014- 304 s.
Základní pojmy (vygenerováno automaticky): krystal, molekula, navzájem, tekutý krystal, indikátor.
