Рідкі кристали (стр. 1 из 6)
МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИДОНЕЦЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ
Кафедра “Прикладна екологія та охорона навколишнього середовища”
КУРСОВА РОБОТА
з дисципліни “ФІЗИКА ТВЕРДОГО ТІЛА”
на тему:
“Рідкі кристали”
Донецьк, 2009
РЕФЕРАТ
Курсова робота: 27с., 15 рис.
Метою роботи є вивчення фізичних та хімічних властивостей рідких кристалів та їх застосування.
У роботі розглянуті основні властивості рідких кристалів, їх види. Описані їх фізичні властивості, методи вивчення структури рідких кристалів, розглянута структура ліотропних рідких кристалів та види термотропних, дефекти.
ХОЛЕСТЕРІЛБЕНЗОАТ, СМЕКТИКИ, НЕМАТИКИ, ХОЛЕСТЕРИКИ, ЛІОТРОПНІ РІДКІ КРИСТАЛИ, ЛІПІДИ, ДЕФЕКТИ
ABSTRACT
Course work: 27 p., 15 pic.
The purpose of work: studying of physical and chemical properties of liquid crystals and their application.
In work the basic properties of liquid crystals, their types are considered. Their physical properties, methods of studying of structure of liquid crystals are described; the structure of lyotropic liquid crystals and types of termotropic, defects in liquid crystals is considered.
KHOLESTERILBENZOAT, SMECTICS, NEMATICS, CHOLESTERICS, LYOTROPIC LIQUID CRYSTALS, LIPIDS, DEFECTS
ЗМІСТ
Вступ
1. Відкриття рідких кристалів
2. Методи вивчення структури рідких кристалів
2.1 Метод ІЧ спектроскопії
2.2 Метод рентгеноструктурного аналізу
3. Властивості рідких кристалів
3.1 Термічні властивості
3.2 Електричні та магнітні властивості рідких кристалів
3.3 Оптичні та електрооптичні властивості рідких кристалів
4. Термотропні рідкі кристали
5. Ліотропні рідкі кристали
5.1 Структура молекул речовин, що утворюють ліотропні рідкі кристали
5.2 Структура ліотропних рідких кристалів
5.2.1 Ліотропні рідкі кристали лінійної структури
5.2.2 Ліотропні рідкі кристали комірчастої структури
5.2.3 Ліотропні рідкі кристали кубічної структури
6. Дефекти в рідких кристалах
7. Застосування рідких кристалів
7.1 Дисплеї на рідких кристалах
7.2 Виготовлення інтегральних схем
7.3 Рідкокристалічні телевізори
Висновки
Перелік посилань
ВСТУП
В наш час, час науково-технічної революції, дослідження науки так стрімко упроваджуються в матеріальне виробництво та життя, що іноді складаються парадоксальні ситуації. А саме яке-небудь фізичне явище, що послужило основою нового виду виробництва, інтенсивно впроваджуються в техніку та побут, однак знання про це явище та його відомість в широких колах явно недостатньо.
Подібна ситуація складається з рідкими кристалами та знаннями про них. Зараз пристрої, що засновані на основі рідких кристалів, стрімко впроваджуються в техніку відображення інформації. Почалось масове впровадження пристроїв, що містять рідкі кристали, в побут. Перспективи масового впровадження рідких кристалів в наше життя ще більш багатообразні та масштабні: від термометрів до телевізорів. Процес впровадження наукових досліджень в практику та масове виробництво йде тут настільки швидко, що відповідні досягнення та відомості не знайшли поки що належного відображення навіть в програмах вузів. Тим часом рідкі кристали, або рідкокристалічний стан речовини, з фізичної точки зору є самостійний фазовий стан, не менш важливий і цікавий, ніж усім добре відомий стан речовини: твердий, рідкий та газоподібний. В деяких відносинах, в пізнавальному аспекті, воно є навіть цікавішим.
Наука та її досягнення активно впливають на наше життя, тому, як правило, підвищений науковий інтерес до того чи іншого об'єкту чи явища означає, що цей об'єкт чи явище представляє великий практичний інтерес. В цьому відношенні не є виключенням й рідкі кристали. Цікавість до них перш за все обумовлена можливостями їх ефективного застосування в ряді галузей виробничої діяльності. Впровадження рідких кристалів означає економічну ефективність, простоту, зручність. В даній роботі розглянемо структуру рідких кристалів, їх властивості та застосування їх в нашому житті.
1. ВІДКРИТТЯ РІДКИХ КРИСТАЛІВ
У 1888 році ботанік Рейнитцер опублікував свої спостереження про поведінку при зміні температури синтезованого ним холестерілбензоата. Кристали цієї речовини плавились при температурі 145,5оС, переходячи в мутну рідину. Ця рідина при подальшому нагріванні становилась прозорою при 178,5оС та с подальшим підвищенням температури залишалась незмінною. В процесі охолодження в рідині з’являлось блакитне офарблення при 178,5оС, яке швидко зникало, й рідина мутніла. Коли температура досягала 145,5оС, знову з’являлось таке фарбування, після чого наступала кристалізація.
Зразки Рейнитцера досліджував фізик Леманн у поляризованому мікроскопі та встановив, що рідина яку досліджували в мутному стані проявляє оптичну анізотропію. Дослідженні ним п-азоксифенетол, п-азоксианизол, олсат амонію, етиловий ефір п-азоксибензойної кислоти в певних температурних інтервалах мали, з одного боку, властивості рідини, а з другого, в зв’язку з оптичною анізотропією, що переконало його в тому, що цей новий, до цього часу невідомий стан речовини, який він назвав рідкокристалічним. Спочатку Леманн помилково вважав, що речовини в такому стані мають дуже рухому об’ємну кристалічну решітку. Одні експериментатори, які вивчали ці речовини, вважали, що мають справу з емульсіями, які сильно розсіювали світло, інші – що в речовинах утворюються мікрокристали, що оточенні плівкою рідини, або, навпаки, краплі рідини, оточенні мікрокристалічною оболонкою.
Сутність знов відкритого стану речовини могли пояснити тільки додаткові експериментальні факти. Результати подальших робіт Леманна та Шенка дозволили встановити, що мова йде про новий, до цього часу невідомий термодинамічний стан речовини, який відрізняється від звичайних рідин не тільки оптичними, але й іншими фізичними властивостями, наприклад електричними та магнітними. Форлендер незабаром синтезував багато з рідкокристалічних речовин і встановив, що це, в основному, органічні молекули витягнутої форми. [1]
2. МЕТОДИ ВИВЧЕННЯ СТРУКТУРИ РІДКИХ КРИСТАЛІВ
2.1 Метод ІЧ спектроскопії
Для вивчення рідких кристалів застосовуються стандартні спектроскопічні методи.
В період інтенсивного дослідження мезоморфного стану різних речовин виконаний ряд робіт методами ІЧ спектроскопії. Найважливіші з них – роботи Раулінса й Тейлора, Ташека й Вільямса, Майєра й Заупе, Майєра й Енглерта. Дослідження проводились в широкому спектральному діапазоні – від 650 до 10000 см-1. При виконані більшості вказаних робіт речовини, що вивчаються підверглись дії електричного й магнітного полів. Було використано також поляризоване ІЧ випромінювання.
Встановлено, що інфрачервоні спектри нематичних і холестеричних рідин мало відрізняються від спектрів ізотропних рідин, отже, суттєвих змін в міжмолекулярній взаємодії ближнього порядку при переході речовини з ізотропного стану в мезоморфне не спостерігається. Для смектичних рідин, навпаки, відмічені зрушення піків, що вказує на зміни в цьому випадку міжмолекулярних сил ближнього порядку.
Майєр і Енглерт, проводячи дослідження в поляризованому інфрачервоному світі, підтвердили наявність суттєвих змін в спектрах поглинання. Ці зміни залежать від орієнтації плоскості поляризації світла, що падає на рідкий кристал по відношенню к орієнтації молекул в нематиках, що вивчають.
Форлендер намагався знайти відмінність між спектрами ізотропної рідини й рідких кристалів, застосовуючи для цього кварцовий спектроскоп, однак для досліджених зразків цієї відмінності не було виявлено.
2.2 Метод рентгеноструктурного аналізу
Аналіз рідких кристалів, проведений Линденом і Хюккелем одразу ж після відкриття явлення дифракції рентгенівських променів, не дав задовільних результатів. Не спостерігалась різниця між дифракційною картиною рідкого кристала й відповідної рентгенограмою ізотропної рідини. Замість чітких і вузьких дифракційних кілець, що звичайно отримують на рентгенограмах кристалічних порошків, були отримані широкі розмиті кільця. Декілька пізніше Кац і Каст також не виявили суттєвої відміни в дифракційних картинах ізотропної рідини і рідких кристалів. Каст повідомив тоді, що розподіл інтенсивності на знімку в залежності від кута дифракції для нематичної фази декілька зрушено по зрівнянню з аналогічним розподілом для тієї ж речовини в кристалічному стані.
Суттєва відміна в рентгенограмах рідких кристалів і звичайних рідин отримана Кастом і Стюартом при дослідженні зразків в електричному й магнітному полях. Дифракційні кільця на знімках рідких кристалів були розділені на серпи, а на знімках звичайних рідин залишались незмінними. Цей факт автори пояснювали результатом орієнтації довгих осей молекул рідкокристалічних речовин в напрямку до зовнішнього поля. Незначна різниця в знімках рідких кристалів і ізотропній рідини спостерігали також Гламанн і інші, а Стюарт спостерігав невелике збільшення інтенсивності затемнення в головному максимумі на дифракційній картині нематичної рідини по зрівнянню з ізотропною рідиною.
Герман, досліджуючи рідкі кристали на приборах, що дозволяють виконувати оптичні спостереження й одночасно отримувати рентгенівські знімки при певних стабілізованих температурах, отримав на рентгенограмах нематичних рідких кристалів розмиті кільця, що нічим не відрізняються від кілець на знімках ізотропної рідини. Навпаки, на знімках смектичних рідких кристалів він отримав два типи дифракційних картин: одну – з розмитими зовнішніми й вузькими внутрішніми кільцями, а другу – з чіткими зовнішніми кільцями й менш чіткими внутрішніми. Перший тип дифракційної картини був їм отриманий при більш високій температурі. Така температурна залежність дифракційної картини вказує на залежність ступені порядку молекул от температури речовини.