Характерные свойства жидкокристаллических фаз

II. ХАРАКТЕРНЫЕ СВОЙСТВА ЖИДКОКРИСТАЛЛИЧЕСКИХ ФАЗ А. Физические свойства [c.15]

В таком состоянии могут находиться многие органические соединения в определенном, характерном для каждого из них, температурном интервале. При более низкой температуре вещество —твердый кристалл, при более высокой оно превращается в изотропную жидкость. Характерными признаками жидкокристаллического состояния являются оптическая активность, двулучепреломление, анизотропия упругих модулей, диэлектрической проницаемости и магнитной восприимчивости. Жидкие кристаллы быстро реагируют на температуру, электрическое и магнитное поля, химическую среду, изменяя свою окраску. Такое необычное сочетание их свойств объясняется особенностями строения молекул. [c.248]

Липидные мембраны обладают тем характерным свойством, что молекулы липидов определенным образом упорядочены. В одном из предельных случаев все молекулы полностью упорядочены, как в кристаллическом состоянии. Другим предельным случаем является статистический порядок (беспорядок), который в большей или меньшей степени наблюдается для жидкостей и порошкообразных сред. Для количественного описания степени упорядочения, называемого жидкокристаллическим, используется понятие параметра порядка. Эта величина является мерой макроскопического упорядочения некоторой величины в образце например, упорядочения направления вектора, соединяющего два выделенных атома в молекуле, относительно некоторой оси. Параметр порядка может быть определен как величина, которая принимает значение, равное единице, если соответствующие величины, измеряемые в молекулах (например, направление выделенной связи), являются одинаковыми для всех молекул (что отвечает полному упорядочению данной величины), и значение, равное нулю, если эти величины принимают все возможные значения (что соответствует отсутствию какого-либо упорядочения в пространстве выделенных связей в молекулах). На практике параметр порядка не всегда допускает такую простую и наглядную интерпретацию, а также не всегда удается установить непосредственную связь с величинами, которые могут быть измерены по спектрам (см. ниже). [c.159]

Заканчивая краткий обзор низкомолекулярных жидкокристаллических систем, проведенный главным образом в терминологическом аспекте, следует сделать несколько заключительных замечаний относительно общих свойств мезофазы и методов констатации ее образования. Собственно для установления того, что действительно возникла мезофаза, следует выявить специфические свойства, характерные именно для этого состояния, т. е. свойства, отличающие эти системы от изотропных жидкостей (аморфных расплавов и растворов). Более подробный обзор основных свойств жидкокристаллических систем в гл. 4 освобождает от необходимости развивать эту тему здесь. Поэтому можно ограничиться лишь очень краткими замечаниями общего порядка. [c.23]

Весьма интересной особенностью полимеров является способность перехода в промежуточное (мезофазное) по отношению к жидкому и твердому состояниям жидкокристаллическое фазовое состояние. Оно характеризуется вполне определенными исходными структурой и физическими свойствами, а также способностью их быстрого изменения под влиянием внешних воздействий. Жидкие кристаллы, с одной стороны, обладают высокой пластичностью (легко переходящей в текучесть), а с другой стороны, обнаруживают характерную для твердых веществ спонтанную оптическую анизотропию. [c.30]

По своим физическим свойствам жидкие кристаллы занимают промежуточное положение между твердыми телами и жидкостями (см. разд. 3.1 и работу [725]). Жидкие кристаллы не обладают жесткой структурой, характерной для твердых тел, поэтому растворенные в жидкокристаллической среде молекулы в известной степени сохраняют молекулярную и конформационную подвижность. С другой стороны, известное структурное упорядочение жидкокристаллической фазы частично ограничивает конформационную подвижность и движение молекул растворенного в ней вещества. Если молекулы растворителя и растворенного вещества близки по своему строению, то первые могут включаться в жидкокристаллическую фазу без нарушения ее структуры. Очевидно, что реакционная способность молекул, включенных в жидкокристаллическую фазу без нарушения ее структуры, и молекул, находящихся в изотропном растворе, будет различной. Если не считать первого сообщения о влиянии жидких кристаллов на химические реакции, опубликованного Сведбергом еще в 1916 г, [726], то детальное изучение жидких кристаллов как растворителей для осуществления химических реакций началось только в последние годы [713]. [c.377]

В жидкокристаллических полипептидах наличие равновесной сверхструктуры — холестерической структуры—предполагалось в твердом состоянии в пленках, отлитых из некоторых растворителей [45]. Изучение дифракции рентгеновских лучей, удельного объема и механических свойств твердых пленок ПБГ показало, что холестерическая структура сохраняется в пленках, отлитых из хлороформа и метиленхлорида [46], тогда как обычные кристаллические пленки получаются из растворов в диметилформамиде [47]. Сохранение холестерической структуры было продемонстрировано при получении пленок ПБГ из бинарного растворителя, в котором одним компонентом был нелетучий пластификатор. Оптическими методами можно наблюдать характерный рисунок чере- [c.201]

Двух- и многокомпонентные жидкокристаллические системы в зависимости от мезоморфных свойств компонентов в индивидуальном состоянии могут быть разделены на системы из мезоморфных соединений (мезо-ген-мезоген) системы, содержащие жидкокристаллические и немезоморфные компоненты (мезоген-немезоген) системы, состоящие только из немезоморфных веществ (немезоген-немезоген). Основное различие между ними в том, что системы мезоген—мезоген образуют мезофазу, как правило, во всей области составов, а системы двух последних типов — только в определенном, характерном для каждой конкретной системы интервале концентраций. [c.220]

Мезофаза в жидкокристаллических растворах немезоморфных веществ образуется в определенном, характерном для каждой конкретной системы интервале температур и составов. Поэтому началом любого исследования свойств мезоморфных растворов должно быть-получение фазовой диаграммы системы мезоген-немезоген. Помимо вспомогательного, фазовые диаграммы имеют большое самостоятельное значение, так как позволяют выявить влияние строения и свойств жидкого кристалла и немезоморфного компонента на образование мезофазы и структуру раствора. Кроме того, данные фазовых диаграмм используются для проверки теоретических модельных представлений о системах мезоген-немезоген [4, гл. И]. [c.221]

Жидкокристаллическое состояние — это термодинамически устойчивое агрегатное состояние, при котором вещество сохраняет анизотропию физических свойств, присущую твердым кристаллам, и текучесть, характерную для жидкостей. [c.9]

Наиболее перспективным способом тепловой визуализации является использование холестерических жидких кристаллов [186, 187], для которых характерно изменение их оптических свойств при повышении или понижении температуры [188]. Контроль осуществляется по изменению спектрального состава отраженного или прошедшего света. Существуют жидкие кристаллы, у которых изменение окраски перекрывает весь видимый спектр при изменении температуры менее чем на 0,1 °С [189]. Разрешающая способность жидкокристаллических детекторов составляет 20 пар линий на [c.231]

Сравнительно недавно — около 20 лет назад — пришло осознание ТОГО факта, что полимеры могут проявлять жидкокристаллические свойства. Но уже сегодня такие полимеры вызывают огромный интерес теоретиков и экспериментаторов не только потому, что их изучение позволяет более глубоко понять процессы упорядочения как в полимерах, так и в жидких кристаллах, но также из-за возможностей их практического применения. Действительно, необыкновенная активность, проявляемая при поиске возможных областей практического применения ЖК полимеров, очевидно является следствием того мощного технологического импульса, который дали низкомолекулярные жидкие кристаллы в области создания электрооптических индикаторов. Естественно, что большинство исследований в области ЖК полимеров в последние годы тесно связано с проблемами материаловедения и поиском полимеров с молекулярной структурой, обеспечивающей наилучшую комбинацию свойств анизотропной жидкости, что характерно для жидких кристаллов, и специфических свойств макромолекул. [c.143]

Среди характерных физико-химических свойств нуклеиновых кислот (и их растворов) следует выделить самые главные кислотно-оснбвные свойства, хелатирующую способность, способность к денатурации, оптические, коллоидные, осмотические свойства и высокую вязкость растворов. Кроме того, нуклеиновые кислоты в среде живой клетки могут находиться в жидкокристаллическом состоянии, что является крайне важным при описании их биохимических свойств. [c.281]

Жидкие кристаллы — это агрегатное состояние вещества, промежуточное между кристаллическим твердым телом и аморфной жидкостью. Для жидких кристаллов характерно то, что они обладают чрезвычайно подвижной структурой, изменяющейся под воздействием сравнительно слабых внешних факторов, и это ведет к изменению макроскопических физических свойств образца. Следовательно, жидкие кристаллы — материалы с легко управляемыми свойствами, и в последние годы они нашли практическое применение в самых современных областях науки и техники, Большой интерес ученых к этому состоянию вещества обусловлен также важностью жидкокристаллических структур в молекулярной биологии и тем, что они дают богатую информацию для развития и совершенствования теории конденсированных сред. За последнее десятилетие по проблеме жидких кристаллов проведены 14 международных и региональных конференций, 4 всесоюзных конференции и одна школа. В Советском Союзе опубликован ряд монографий по жидким кристаллам, посвященных экспериментальным исследованиям [1, 3—5], вышли книги теоретического характера [2,6] в переводе на русский язык. [c.5]

Гл. 1П посвящена описанию жидкокристаллического состояния расплавов и (более подробно) растворов полимеров применительно к проблеме получения высокопрочных материалов. Поскольку это направление в фи-зико-химии полимеров достаточно молодо, в главе дан анализ основных принципов образования полимерных жидких кристаллов, приведены наиболее характерные примеры полимерных систем, проявляющих свойства жидких кристаллов. Здесь же рассмотрена концентрационная зависимость вязкости лиотропных жидких кристаллов и приведены экспериментальные данные. [c.6]

Жидкие кристаллы - вещества, способные находиться в состоянии, для которого характерны свойства как жидкости (текучесть, кап-леобразование), так и твердых кристаллов (анизотропия физических свойств). Нематические жидкие кристаллы характеризуются одноосной упорядоченностью - таким расположением больших линейных молекул, при котором их длинные оси параллельны друг другу. Примером нематической жидкокристаллической матрицы может служить жидкокристаллическая смесь 2Ь1-1132 фирмы Мегск, представляющая со- [c.57]

Особенности формования волокон из анизотропных растворов. Ранее уже отмечалось, что характерным свойством предельно жесткоцепных полимеров является их способность к самоупорядочению. Равновесному состоянию жесткоцепных полимеров отвечает максимально упорядоченная система, что проявляется в возникновении жидкокристаллического состояния в умеренно концентрированных растворах. Для гибкоцепных и полужестких полимеров типична тенденция к раз-ориентации, поскольку равновесному термодинамическому состоянию отвечает статистическое взаимное расположение макромолекул. Эти принципиальные различия в структуре растворов накладывают отпечаток и на закономерности формования волокон из полимеров третьей группы. Прежде всего следует остановиться на различии явлений ориентации макромолекул. Первый этап ориентации макромолекул осуществляется, как известно, при входе раствора в отверстия фильеры [3] и затем в осадительной и пластификационной ваннах за счет градиента скорости в направлении оси волокна. При этом, если ориентируются полимеры первой и второй групп, то после снятия растягивающего усилия (т. е. после уменьшения градиента продольной скорости до нуля) за какие-то доли секунды наступает тепловая разориентация полимера, которая протекает тем быстрее, чем ниже вязкость системы. Иное положение имеет место для анизотропных растворов, образуемых предельно жесткоцепными полимерами. Во-первых, такие растворы легче ориентируются, так как требуется всего лишь развернуть уже упорядоченные агрегаты молекул вдоль оси волокна. Ориентированная система оказывается более устойчивой, ее не может существенно нарушить тепловое движение макромолекул, так как равновесное состояние является упорядоченным. Было показано [35] на примере ПБА, что даже при обычном (без наложения механического поля) высаживания этого полимера из анизотропного раствора в ДМАА возникают надмолекулярные структуры в виде резко асимметричных образований. Такая структурная организация полимера позволяет получать даже при небольших кратностях вытяжки высокоориентированные волокна. Изложенные принципиальные различия предопределяют и некоторые другие отличия в формовании анизотропных растворов. Изменение состава осадительной ванны оказывает гораздо меньшее влияние на свойства жесткоцепных волокон. Если для гибкоцепных полимеров более предпочтительными являются мягкие ванны, то для таких волокон, как ПФТА и ПБА, одинаково применимы как мягкие, так и жесткие ванны. [c.74]

Рассмотренные выше свойства не являются типичными лишь для обсуждаемого полимера, а характерны и для других полимеров, макромолекулы которых содержат в боковых цепных радикалах химические группы, способствующие образованию жидкокристаллического состояния. Действительно, аналогичные электрооптические свойства были обнаружены в растворах полинонилокси-бензамидстирола (ПНОБС) [94], основные электрооптические ха- [c.107]

Обычно макромолекулы характеризуются короткоцепной и длинноцепной разветвленностью. Под короткоцепной разветвленностью (КЦР) подразумевается наличие в макромолекулах коротких ветвей (с числом мономерных звеньев меньше 10). Такая разветвленная молекула может рассматриваться либо как гомополимер соответствующего строения, если ветвь находится у каждого мономерного звена, либо как сополимер, состоящий из соответствующих звеньев. Распределение звеньев в таких ветвях, как показывают экспериментальные исследования В. Н. Цветкова с сотрудниками, не подчиняется гауссовой статистике, характерной для высокомолекулярных полимеров, и ветви могут моделироваться слегка изогнутыми стержнями [23]. Как следствие этого можно он идать, что наличие достаточного количества таких ветвей приведет к появлению некоторых аномальных свойств, вплоть до образования жидкокристаллического порядка в боковых ветвях, не затрагивающего основной цепи [24, 25]. Структура и физические свойства таких полимеров обсуждаются в работе [26]. Одним из существенных следствий разветвленности является увеличение терлюдинамическо жесткости макромолекул [27, 28]. [c.273]

Однако такое увеличение жесткости основной цепи недостаточно для появления у молекул свойств, характерных для жесткоцепных полимеров. Методами оптической анизотропии можно показать [19, 20], что ориентационная упорядоченность и равновесная жесткость боковых цепей значительно больше, чем основных. Последний эффект (вызванный взаимодействием боковых групп) значительно резче проявляется в молекулах, боковые группы которых, имея цепное строение, кроме того, способны к образованию жидкокристаллической фазы — в полифенил-метакриловых эфирах алкоксибензойных кислот. Хотя и у этих молекул жесткость основной цепи лишь в 2—3 раза превосходит жесткость типичных гибкоцепных полимеров, однако в их боковых цепях возникает весьма совершенный ориентационный порядок, приводящий к появлению у этих полимеров уникальных кристаллонодобных свойств [22]. [c.142]

Некоторые вещества, как показал рентгеноструктурный анализ, могут находиться в жидкокристаллическом состоянии (жидкие кристаллы). Характерной особенностью этих веществ является то, что в определенном интервале температуры им одновременно присущи свойства жидкостей (большая текучесть, способность находиться в каплевидном состоянии) и свойства кристаллических тел (анизотропия). Такие вещества имеют определенные температуры плавления. При температурах, близких к точке плавления, жидкая фаза представляет собой мутный расплав с анизотропными свойствами. При дальнейшем нагревании до некоторой температуры расплав внезапно становится прозрачным. В случае охлаждения происходит обратный процесс при тех же температурах. К таким веществам относятся в основном органические соединения (например, и-аз-оксионил, и-авоксифенол, стеарат калия и др. [19]). [c.14]

Важным свойством, позволяющим исследовать переходы в жидкокристаллическое состояние, может служить реологическое поведение системы. Изменение вязкости с температурой или концентрацией растворителя с характерным разрывом в ее монотонном ходе позволяет достаточно определенно констатировать фазовые переходы, особенно переход из изотропного в анизотропное состояние. При этом следует отметить, что различие в типах жидкокристаллического состояния отражается и на абсолютных величинах вязкости. Так, в состоянии нематической фазы вещество, как правило, течет под действием собственного веса, в то время как необратимая деформация смектической мезофазы отчетливо обнаруживается только при прилол<ении некоторой внешней нагрузки. Особенно важным средством для изучения жидкокристаллического состояния реологический метод служит в случае полимерных систем, о чем также достаточно подробно будет сказано в гл. 4. [c.24]

Реологические свойства, в частности вязкостные характеристики низкомолекулярных жидких кристаллов, изучены достаточно подробно. Обзор работ в этой области с включением данных по вязкости растворов ПБГ содержит список литературы почти из 100 наименований [77]. Для жидких кристаллов характерна чувствительность вязкости к переходам из одной жидкокристаллической модификации в другую и из анизотропного состояния в изотропное. Как по температурной, так и по концентрационной шкалам изменение вязкости при таких переходах настолько велико и специфично, что Грэй [1] даже предлагал пер1вичную идентификацию типа жидких кристаллов проводить по температурной зависимости вязкости г . В общем случае переход из нематической (или холестерической) мезофазы в изотропное [c.150]

И действительно, если согласно законам термодинамики существует три состояния вещества — твердое, жидкое и газообразное, то такое разделение ни в коей мере не отражает внутреннего строения вещества, степени упорядоченности его частиц. Некоторые вещества (смолы, стекла) обладают свойствами, характерными и для твердых тел и для очень вязких переохлажденных жидкостей. Жидкие же кристаллы обладают свойствами жидкости и свойствами твердого кристаллического тела. С другой стороны, забегая вперед, скажем, что известны вещества, которые при охлаждении не переходят в твердую кристаллическую форму, а застекловыва-ются, сохраняя жидкокристаллическую структуру. [c.5]

Впоследствии Леман обнаружил, что таким же свойством обладают и другие соединения, например п-азо-ксианизол л-азоксифенетол, этиловый эфир п-азокси-бензойной кислоты, олеат аммония и т. д. Характерной особенностью всех этих веществ является то, что в определенном интервале температуры им одновременно присущи и свойства жидкостей (большая текучесть, способность находиться в каплевидном состоянии, слияние капель при соприкосновении) и свойства кристаллических тел (анизотропия). По предположению Лемана, эта особенность позволяла считать, что указанные вещества способны находиться в каком-то вновь открытом агрегатном состоянии. Это состояние он, не поколебавшись, назвал жидкокристаллическим . Сообщения Лемана вызвали у многих ученых недоверие и сомнения в возможности существования такого состояния. По-ви-димому, определенную роль в этом сыграла первоначальная ошибочная гипотеза Лемана о том, что жидкие кристаллы, так же как и обычные, имеют трехмерную пространственную решетку, обладающую большой подвижностью. Одни ученые пытались доказать, что [c.6]

Сочетание в молекуле липида полярного и неполярного компонентов, т. е. дифильность, обусловливает ее амфицатические свойства и, следовательно, способность к образованию мембран. Наиболее энергетически выгодным положением для молекул липидов является формирование мономолекулярного слоя на поверхности раздела масло — вода или вода — воздух (рис. 3). При достижении определенной концентрации липида — критической концентрации мицеллобразования (ККМ) его молекулы объединяются в замкнутые агрегаты — мицеллы, в которых полярные головки обращены к воде, а гидрофобные хвосты направлены внутрь. Для большинства липидов ККМ составляет менее 1 %. При более высокой концентрации формируется бимолекулярный липидный слой (ламеллярная структура). Для ламеллярной жидкокристаллической фазы (Ь ) характерно упорядоченное расположение слоистых структур при значительной неупорядоченности ацильных цепей. Считают, что именно в этой фазе находится основная масса липидов биомембран. Ламеллярная гелевая фаза (Ър) образуется при низкой температуре теми липидами, которые формируют слоистые структуры. В этой фазе молекулы упакованы более плотно (на молекулу приходится меньшая площадь поверхности), а углеводородные цепи более упорядочены и находятся преимущественно в транс-конфигурации. Так как цепи максимально вытянуты, толщина бислоя в фазе геля выше, чем в жидкокристаллической фазе. В случае образования г)ексагональ- [c.19]

Жидкокристаллическое состояние можно рассматривать как четвертое состояние вещества. Жидкие кристаллы более структурированы, чем жидкости, и менее, чем эти же вещества в твердом виде. Белки, нуклеиновые кислоты, полисахариды, липиды, гемы образуют в воде жидкокристаллические структуры. Важное свойство жидких кристаллов — их структурная упорядоченность и одновременно молекулярная подвижность. Такие жидкие кристаллы реагируют на разнообразные воздействия внещней среды — свет, звук, механическое давление, изменение температуры, электрические и магнитные поля, на химические изменения в окружающей среде, т. е. обладают свойством, характерным и для живых клеток (Г. Браун, Дж. Уолкен, 1982). [c.320]

Здесь уместно заострить внимание читателя на временных характеристиках электрооптических эффектов в жидких кристаллах. Такими характеристиками являются время влючения ячейки, т. е. время, за которое происходит изменение ее оптических свойств при подаче напряжения, и время выключения ячейки, т. е. время, за которое ячейка восстанавливает свои исходные оптические свойства после снятия напряжения. Характерное значение времени включения электрооптических эффектов в нематиках составляет порядка 10 мс (10 с), ее время выключения оказывается в 10, а иногда ив 100 раз больше. Применяя специальные приемы, время включения удается уменьшить до десятка микросекунд (10 5-> — -Ю с), а время выключения до миллисекунды. Приведенные значения времен включения характеризуют быстродействие жидкокристаллических устройств и дают представления об ограничениях применения жидких кристаллов с использованием рассмотренных электрооптических эффектов в быстродействующих устройствах. Что касается медленных процессов, то приведенные выше значения времен выключения не накладывают принципиального ограничения на продолжительность времени нахождения ячейки в измененном состоянии после выключения сигнала. Дело в том, что при необходимости могут быть использованы электрооптические эффекты с памятью, о которых говорилось выше, а в этом случае ячейка может находиться в измененном состоянии после выключения управляющего сигнала неограниченно долго. [c.94]

Если изделие из полимерного материала получать путем быстрого охлаждения из жидкокристаллической фазы, то изделие может обладать улучшенными характеристиками или свойствами, отсутствующими при другой технологии производства. Так, полимерные волокна, полученные через ЖК-фазу, оказываются более прочными, чем при обычной технологии производства. Полимерные пленки, полученные через ЖК-фазу, обладают полезными оптическими свойствами. Например, пленка, полученная через холестерическую ЖК-фазу, будучи твердой, обладает всеми удивительными оптическими свойствами холестериков, т. е. селективным отражением одной из круговых поляризаций и, как следствие, характерной окраской, вращением плоскости поляризации линейно поляризованного света и т. д. [c.120]