Группы жидких кристаллов
По своим общим свойствам ЖК можно разделить на две большие группы:
1. Термотропные жидкие кристаллы — это вещества, образующиеся в результате нагревания твердого вещества и существующие в определенном интервале температур и давлений. Ниже этого интервала вещество является твердым кристаллом, выше — обычной жидкостью. Такие жидкие кристаллы образуются при нагревании некоторых твердых кристаллов (мезогенных): сначала происходит переход в жидкий кристалл, причем может происходить последовательно переход из одной модификации в следующую, т. е. в жидких кристаллах проявляется полиморфизм. Термотропные жидкие кристаллы можно получить также в результате охлаждения изотропной жидкости.
2. Лиотропные жидкие кристаллы – это вещества, представляющие собой двух или более компонентные системы, образующиеся в смесях стержневидных молекул данного вещества и воды (или других полярных растворителей). Лиотропные жидкие кристаллы образуются при растворении твердых кристаллов в определенных растворителях. К ним относятся многие коллоидные системы. Существует много типов лиотропных жидкокристаллических текстур. Их многообразие объясняется различной внутренней молекулярной структурой, которая является более сложной, чем у термотропных жидких кристаллов. Структурными единицами здесь являются не молекулы, а молекулярные комплексы — мицеллы. Мицеллы могут быть пластинчатыми, цилиндрическими, сферическими или прямоугольными.
Термотропные жидкие кристаллы подразделяются на три больших класса:
1. Нематические жидкие кристаллы. Название происходит от греческого «нема» — нить. Нематические жидкие кристаллы - жидкие кристаллы, образованные длинными сигарообразными или нитевидными молекулами, которые параллельны друг другу, но беспорядочно сдвинуты вдоль своих осей (рис. 2). Нити подвижны и хорошо заметны в естественном свете. Они ведут себя подобно обычным жидкостям.
Важными характеристиками нематических жидких кристаллов являются оптическая и диэлектрическая анизотропия. По электрическим свойствам нематические жидкие кристаллы относятся к группе полярных диэлектриков с невысоким удельным сопротивлением. Примером вещества, образующего нематический ЖК, может служить N-(пара-метоксибензилиден)-пара-бутиланилин
Рисунок 2
2. Смектические жидкие кристаллы - жидкие кристаллы, в которых длинные молекулы сгруппированы в слои, слои могут перемещаться друг относительно друга (рис.3). Между слоями существует слабое взаимодействие, что позволяет им легко сдвигаться друг относительно друга. Толщина смектического слоя определяется длиной молекул (преимущественно, длиной парафинового «хвоста»), однако вязкость смектиков значительно выше чем у нематиков и плотность по нормали к поверхности слоя может сильно меняться. Типичным является терефтал-бис(nара-бутиланилин):
Рисунок 3
3. Холестерические жидкие кристаллы. Название произошло от греческого «смегма», что означает «мыло», так как впервые жидкие кристаллы этого типа обнаружены в мылах. Они образуются, в основном, соединениями холестерина и других стероидов. Это нематические жидкие кристаллы, но их длинные оси повернуты друг относительно друга так, что они образуют спирали, очень чувствительные к изменению температуры вследствие чрезвычайно малой энергии образования этой структуры (порядка 0,01 Дж/моль). Молекулы холестерических жидких кристаллов имеют форму продолговатых пластинок, расположенных параллельно друг другу (рис. 4). В качестве типичного холестерика можно назвать амил-пара-(4-цианобензилиденамино)- циннамат
Слои молекул легко смещаются относительно друг друга, и смектики на ощупь мылоподобные. Текучесть обеспечивается взаимным скольжением смектических плоскостей, поэтому вязкость достаточно велика.
Смектики — это наиболее обширный класс жидких кристаллов. Причем некоторые разновидности смектиков обладают сегнетоэлектрическими свойствами. Из-за высокой вязкости смектические кристаллы не получили широкого применения в технике.
Холестерики ярко окрашены и малейшее изменение температуры (до тысячных долей градуса) приводит к изменению шага спирали и, соответственно, изменению окраски жидких кристаллов
Рисунок 4