ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Смектики — наименее изученная разновидность жидких кристаллов из "Жидкие кристаллы" Смектики А и с. Другой разновидностью жидких кристаллов, представленной многочисленными модификациями, являются смектические жидкие кристаллы, или смектики [4]. В этой разновидности жидких кристаллов степень упорядочения молекул выше, чем в нематиках. Вначале опишем простейшую модификацию смектических жидких кристаллов. [c.64] Менее изучены, но существукэт и другие типы смектиков. Например, может осуществляться частичное упорядочение расположения центров тяжести молекул в пределах одного слоя, но пока что о них подробней говориться не будет. Что же является общим для всех смектиков независимо от описанных выше деталей их устройства Это слабое взаимодействие между слоями, т. е. слабое взаимодействие молекул, принадлежащих к различным слоям, по сравнению с взаимодействием молекул внутри одного слоя. По этой причине смектические слои легко скользят относительно друг друга и смектики на ощупь мылоподобны. Последнее свойство и послужило основанием для их названия, в основе которого лежит греческое слово смегма (а ят]у(ла), что означает мыло . Смектики анапогиино не.м.атина.м обладают дву-лучепреломлением света и могут находиться в однодоменном состоянии, описанном здесь, только при приня- тии специальных мер. В противном же случае образец смектического жидкого кристалла, так же как и нематик, представляет собой совокупность малых, случайным образом ориентированных областей с описанным выше одинаковым упорядочением молекул только в пределах отдельной области. [c.65] Связь молекулярных и наблюдаемых характеристик. Описав строение смектика, зададим себе вопрос Какие причины приводят к тому, что структура смектика отличается от уже известных нам разновидностей жидких кристаллов, нематиков и холестериков Вспоминая, что в отличие нематиков и холестериков виновато отличие в строении их молекул, естественно заподозрить, что и в случае смектиков причина особенностей их строения связана с молекулярными характеристиками образующих их молекул. [c.66] Другое проявление слоистой структуры смектиков обнаруживает себя в упругих свойствах. В направлении, перпендикулярном смектическим слоям, упругие свойства смектика подобны упругим свойствам кристалла. Растягивая или сжимая смектик поперек слоев, трудно (так же, как и в настоящем кристалле) изменить расстояние между молекулами поперек слоев, т. е. толщину слоев. Однако из-за того, что упругость в плоскости слоев у смектика отсутствует (слои легко скользят друг относительно друга), наблюдать упругость обычными методами, растягивая или сжимая смектик поперек слоев, не удается. Уже при сравнительно небольших напряжениях растяжения смектик не хочет однородно растягиваться, смектические слои изгибаются и образуется пространственно периодическая деформация смектического образца. В оптической ячейке при этом в поляризованном свете наблюдается красивый периодический узор. [c.67] Так же как у нематика, у смектика анизотропны электрические характеристики. Так, электрическая проводимость поперек слоев меньше, чем вдоль слоев. Причем это различие может быть гораздо больше, чем в нематике. Слоистая структура смектика проявляется и в его гидродинамических свойствах. Однако из-за сложности гидродинамических свойств и их малой изученности здесь о них говориться не будет. [c.67] Оптические свойства смектиков. Как нетрудно догадаться, оптические характеристики смектиков находятся в прямой зависимости от их устройства. Так, смектик А (см. рис. 19, а), так же как нематик, является оптически одноосной средой. Это значит, что в нем существует одно направление (оптическая ось), совпадающее с направлением директора, для которого показатель преломления не зависит от поляризации света. [c.67] Смектики С (рис. 19, б) по своим оптическим характеристикам отличаются от нематиков, так как являются двухосными средами. Это означает, что в них существуют два направления распространения света, для которых показатель преломления не зависит от поляризации. Такое макроскопически наблюдаемое свойство, оптическая двухосность, является следствием микроструктуры смектиков. [c.67] Чтобы пояснить связь микроструктуры смектиков с их оптическими свойствами и отличие этих свойств от случая нематиков, надо сказать, что ориентационные движения молекул в смектике, вообще говоря, отличаются от ориентационных движений молекул в нематике. Если в нематике молекулы могут свободно вращаться вокруг своих длинных осей, то в смектиках в общем случае такое вращательное движение заторможено. Последнее означает, что, хотя молекула и может вращаться вокруг своей длинной оси, однако не все ее ориентационные положения равновероятны. С наибольшей вероятностью молекула принимает вполне определенное ориентационное положение. Если, учитывая различие свойств молекулы по разным направлениям, представить ее не просто в виде палочки, как это делалось раньше, а в виде дощечки, то предпочтительность определенных ориентаций молекул может быть представлена очень наглядно. Так, для смектика С она может означать, что плоскости молекул-дощечек ориентированы, например, преимущественно перпендикулярно смектическому слою. [c.68] Поскольку свет, взаимодействуя с жидким кристаллом, видит усредненную картину молекул, то в случае свободного вращения молекул усредненная молекула оказывается осесимметричной, т. е. палочкоподобной, а при заторможенности вращения усредненная молекула остается подобной дощечке. А как известно, ансамблю осесимметричных молекул соответствует оптически одноосная среда, а системе молекул, у которых отсутствует ось вращения, соответствует оптически двухосная среда. [c.68] Приведенное выше утверждение об оптической од-ноосности смектика А (рис. 19, а) и двухосности смектика С (рис. 19, б) свидетельствует о том, что в первом случае вращение молекул вокруг длинной оси не заторможено, а во втором случае такое вращение заторможено. [c.68] Кстати, для полноты картины следует сказать, что теоретики достаточно давно предсказывали возможность существования и оптически двухосных нематиков. Недавно такие двухосные нематики были обнаружены экспериментально. Это означает, что и в нематических жидких кристаллах возможно проявление заторможенности вращения молекул. [c.68] Кроме оптических следствий заторможенности вращения молекул, в смектике существуют еще очень существенные следствия этой заторможенности, о которых рассказывается в следующем разделе. [c.69] Жидкие сегнетоэлектрики. Пока что обсуждались простейшие модификации смектических жидких кристаллов — смектики А и смектики С. Как выявили исследования последнего времени, существует гораздо большее число модификаций смектиков, жидких кристаллов, обладающих слоистой структурой. Различие их между собой заключается в характере упорядочения молекул в пределах отдельного слоя. Причем некоторые разновидности смектиков обладают необычными и весьма интересными для приложений свойствами, например сегнето-электричеством. Следует подчеркнуть, что сочетание в одном материале свойств жидкости и сегнетоэлектриче-ства является уникальным свойством именно смектиков. [c.69] Здесь речь пойдет именно о смектиках, обладающих сегнетоэлектрическими свойствами, т. е. макроскопическим электрическим дипольным моментом. До недавнего времени сегнетоэлектрические свойства наблюдались только у кристаллических тел, поэтому обнаружение их у смектиков, обладающих типичным свойством жидкости— текучестью, было своего рода научной сенсацией. [c.69] Существование макроскопического электрического дипольного момента у смектика, т. е. в его объеме, содержащем достаточно большое макроскопическое коли- -. сстзс молекул, связано, с одной стороны, со свойствами отдельных молекул, а с другой, с обсуждавшимся выше характером упорядочения молекул в смектике С. [c.69] Для света, распространяющегося под углом к оси спирали, аналогия оптических свойств имеет место, но оказывается не такой полной, как при распространении вдоль оси. Так, если в холестерике сильное дифракционное рассеяние имеет место только в первом порядке (5=1 в формуле (4)), то в киральном смектике сильными оказываются два порядка дифракционного отражения (8= 1,2 в (4)). [c.72] Из сказанного видно, что смектики проявляют наиболее многообразною оптические свойства по сравнению с другими жидкими кристаллами, так как их многочисленные разновидности как частные случаи обнаруживают оптические свойства, присущие другим видам жидких кристаллов. При этом следует сказать, что здесь обсуждались оптические свойства еще не всех разновидностей смектических кристаллов. Например, ничего не говорилось о разновидности смектиков, у которых в отдельных слоях существует трансляционное упорядочение молекул наподобие плоской решетки (двумерного кристалла). [c.73] Вернуться к основной статье