ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы В лабораториях ученых из "Жидкие кристаллы" О методах изучения жидких кристаллов. Пока говорилось в основном об изучении оптических, электрических и упругих характеристик жидких кристаллов. У читателя может возникнуть ложное впечатление, что только эти методики и дают информацию о жидких кристаллах. На самом деле ситуация совсем не такая. В связи с тем что жидкие кристаллы проявляют как свойства жидкости, так и твердого тела, для их исследования оказываются применимы как методы, традиционно используемые в физике твердого тела, так и методы, пригодные для изучения жидкостей. Таким образом, изучение жидких кристаллов ведется с применением всех современных достижений экспериментальной физики кондесированного состояния. [c.100] Дифракция рентгеновского излучения. Поскольку длина волны рентгеновского излучения, используемого в исследованиях, обычно находится в диапазоне от одного до десятка ангстрем (сокращенное обозначение ангстрема А Л = 10 см), то рентгеновский метод исследований лучше всего приспособлен для получения информации о структуре вещества с размером неоднородностей или периодичностью такого же порядка величины. Поэтому, например, исследовать изменение периода холестерической спирали под влиянием каких-либо воздействий рентгеновским методом — дело практически безнадежное. В этом случае в формулу Вульфа-Брегга (4) войдет отношение малой величины, длины волны рентгеновского излучения Я к очень большой по молекулярным размерам величине шагу спирали р. В результате углы дифракции окажутся настолько малы, что их практически невозможно будет измерить. Здесь не говорится еще о ряде других технических сложностей, которые делают эту задачу фактически безнадежной. [c.101] Здесь следует отметить большой вклад в рентгеноструктурные исследования жидких кристаллов советских исследователей И. Г. Чистякова и Б. К. Вайнштейна [7]. [c.102] Ими в частности, разработан метод оггтицеского моделирования дифракции рентгеновских лучей. Суть этого метода сострит в том, что, сравнивая картину дифракции света на искусственно приготовленных моделях с рентгенограммами, полученными на жидких кристаллах, делают заключение о структуре жидкого кристалла. И тем ближе структура исследуемого жидкого кристалла к модели, чем полнее совпадает рентгенограмма с картиной дифракции света на этой модели. Добившись удовлетворительного согласия картины оптической дифракции с рентгенограммой, остается только рассчитать, во сколько раз надо уменьшить оптическую модель, чтобы получить структуру жидкого кристалла в реальном масштабе. А это, зная размеры модели, длину волны света и рентгеновского излучения, легко сделать, используя формулу (4), Читатель в качестве упражнения такой пересчет может легко выполнить сам. [c.103] Рассеяние света. Выше при описании структуры жидких кристаллов речь всегда шла об идеальной статической структуре жидкого кристалла. Все наши построения дают некоторую идеализацию, которая отражает только статические свойства жидкого кристалла, так сказать, его замороженную структуру . На самом деле жидкий кристалл все время дышит , так как его молекулы постоянно находятся в тепловом движении, что приводит к флуктуациям характеристик жидкого кристалла. [c.103] Здесь будет рассказано о методах, которыми можно исследовать эти флуктуационные движения в жидком кристалле. Этими методами являются исследования упругого и неупругого рассеяния света в жидких кристаллах. [c.103] Говоря раньше, что причина мутности нематика — его несовершенство и рассеяния света на границах совершенных областей, мы не оттенили того, что даже однородный образец нематика рассеивает свет очень сильно. [c.103] Соответствующие флуктуации ориентаций молекул могут быть учтены в рамках упоминавшейся теории упругости нематиков и описываются в терминах флуктуаций ориентации директора. Физической причиной аномально сильного рассеяния на флуктуациях директора является то, что однородные флуктуации (т. е. однородные вращения директора во всем пространстве) не требуют преодоления энергетического барьера для своего возбуждения. Поэтому такие флуктуации и соответствующее им рассеяние света очень сильны. [c.104] Интенсивность же рассеяния света в изотропной жидкости растет при приближении температуры Г к 7 N по закону 1/(Г—Гк), становясь очень большой вблизи Гк. [c.104] НИИ той информации о нематике, которая может быть получена путем изучения спектрального состава рассеянного света. [c.105] На самом деле флуктуации в нематике хотя и достаточно медленные, но не статические, и вызываемое их движением изменение частоты света при рассеянии вполне доступно экспериментальному обнаружению при современном уровне техники. Фактически динамический характер флуктуаций для нематиков обнаружили еще в ранних экспериментах по эффекту мерцания французские исследователи Фридель, Гранжан и Моген. Эти зависящие от времени флуктуации приводят к частотной модуляции рассеянного света, что и можно наблюдать экспериментально. Правда, соответствующее частотное уширение линии невелико, всего порядка мегагерц или даже килогерц. [c.105] Динамика флуктуаций описывается совместно уравнениями теории упругости и уравнениями гидродинамики жидких кристаллов, связывающими изменения ориентации директора с гидродинамическими потоками. Поэтому исследование частотного уширения несет информацию как об упругих константах, так и о гидродинамических параметрах, коэффициентах трения или вязкости, которых для жидких кристаллов, как уже говорилось, гораздо больше, чем для изотропной жидкости. [c.105] Однако следует подчеркнуть сложность однозначной интерпретации результатов частотных измерений, связанную с большим числом недостаточно хорошо изученных величин (коэффициентов вязкости, модулей упругости). В целом, как можно заключить на примере наиболее хорошо изученной разновидности жидких кристаллов, нематиков, рассеяние света является чрезвычайно информативным средством исследования жидких кристаллов и их динамики. Рассеяние света в других, менее изученных, жидкокристаллических фазах имеет много общего со случаем нематиков, однако каждая фаза проявляет, кроме того, свои специфические особенности и открывает интересные возможности для ее исследования оптическими методами. [c.106] Дискотики. Мы говорили о жидких кристаллах, молекулы которых имеют удлиненную форму. Пытливый читатель может задать вопрос, а не могут ли жидкие кристаллы быть образованы молекулами, имеющими другую форму Из-за того что молекулы жидких кристаллов, как мы видели, должны быть анизотропными, понятно, что кандидатами здесь не могут быть вещества, молекулы которых обладают сферической или близкой к ней формой. Зато естественно в качестве кандидатов исследовать вещества, молекулы которых имеют сплюснутую форму. Для наглядности эти молекулы удобно представлять себе в виде дисков. Так же, как и вытянутые молекулы, такие дискообразные молекулы должны обладать сильной анизотропией своих свойств. Так, например, поляризуемость таких молекул в плоскости диска и в направлении, перпендикулярном этой плоскости, могут I весьма существенно отличаться. [c.106] Может реализоваться и более сложный порядок в дискотических жидких кристаллах (рис. 34, б). Молекулы-диски могут образовывать столбики, создавая в пределах одного столбика как бы одномерный нематик. Это значит, что положение центров тяжестей дисков в пределах столбика не упорядочено. Столбики же могут быть упорядочены относительно друг друга и образовывать правильную решетку. [c.107] ОНИ играют весьма существенную роль в используемых в промышленных масштабах технологических процессах, связанных с получением кокса из угля и нефтяных остатков, и имеют специальное название — пековые фазы. [c.108] Специалисты в области коксования поняли, что в своем производстве на одном из его этапов они имеют дело с жидкокристаллической фазой. А именно промежуточным продуктом в процессе коксования является пековая (жидкокристаллическая) фаза, характеристики которой и режим прохождения через которую существенно определяют качество конечного продукта, кокса. [c.108] Поскольку сейчас найдены дискотики, свойства и поведение которых можно изучать в лабораториях при комнатной температуре, открываются перспективы активного воздействия на процессы коксования, влияния на качество продуктов и изделий, для которых кокс служит исходным продуктом. [c.109] Вернуться к основной статье