Смектические жидкие кристаллы. Различные степени упорядочения смектических жидких кристаллов. Параметр порядка смектической фазы

Федеральное агентство по рыболовству

Федеральное государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

"Мурманский государственный технический университет"

(ФГБОУ ВПО "МГТУ")

Реферат

Смектические жидкие кристаллы. Различные степени упорядочения смектических жидких кристаллов. Параметр порядка смектической фазы

Мурманск

Оглавление

Введение

. Общие понятия о жидких кристаллах

. Смектические жидкие кристаллы

.1 Различные степени упорядочения смектических жидких кристаллов

.2 Параметр порядка смектической фазы

Заключение

Список литературы

Введение

Целью данной работы является рассмотрение такого класса веществ, как жидкие кристаллы.

Для реализации поставленной цели необходимо решить ряд задач:

)        показать отличительные особенности смектических жидких кристаллов;

)        рассмотреть различные степени упорядочения смектических жидких кристаллов;

)        определить параметр порядка смектической фазы.

Рис. 1 Схематическое представление смектических фаз: (а) смектическая А, (б) смектическая В, (в) смектическая С, (г) смектическая Е.

В смектических фазах А молекулы параллельны друг другу и расположены слоями, с длинными осями, перпендикулярными плоскости слоя (рис. 2). В слоях центры тяжести молекул упорядочены случайным образом. Смектики обладают одномерной квази-позицией дальнего порядка и в слоях молекулы проявляют относительно высокую подвижность. Толщина слоя равна длине молекулы.

Смектические фазы А оптически положительны и однонаправлены с оптической осью, параллельной молекулярной длинной оси.

Рис. 2. Стукруткура смектической фазы А

Возможно искажение структуры смектического ЖК типа А.

Рис. 3. Деформация фазы А жидкого кристалла: uniform - перемещение слоя

Изгиб и поворотные деформации поля директора в структуре смектической фазы А запрещены. Энергия, необходимая для изгиба слоя значительно ниже, чем энергия, необходимая для изменения межслойного пространства (прослойки)

1 / 2Bγ 2,

где В - модуль сжатия; γ - относительное изменение толщины слоя. Принимая смещение плоскости слоя U в качестве переменной, свободная энергия искажения задается как:

,

где первый член соответствует деформации директора, а второй соответствует вкладу растяжения / сжатия.

Структура смектических фаз С тесно связана со структурой смектической фазы А. Молекулы расположены в слоях, но длинные оси молекул наклонены к слоям плоскостей (рис. 4).

жидкий кристалл мезофаза смектический

Рис. 4. Смектическая фаза С: n - директор, z - нормаль к слоям

Для некоторых материалов угол наклона постоянен, но для других он зависит от температуры. Центры тяжести молекул случайно упорядочены и молекулы могут свободно вращаться вокруг своих длинных осей. Смектические фазы C оптически двухосны.

Смектическая фаза C* похожа на фазу С, но состоит из хиральных молекул (рис. 5), которые вращаются в направлении проекции директора на плоскость слоя из одного слоя к другому. Ось поворота в фазе C * перпендикулярна слоям.

Таким образом, эти фазы являются оптически положительно одноосными, и проявляют оптическую активность.

Рис. 5. Спиральная структура ЖК С: n - директор, z - ось вращения, μ - дипольный момент

Если молекулы в смектической фазе C * имеют постоянные дипольные моменты, перпендикулярные к их длинным осям, то они демонстрируют сегнетоэлектрические свойства.

.2 Параметр порядка смектической фазы

Анизотропия физических свойств жидких кристаллов в сочетании с низкой вязкостью этих соединений позволяет легко и эффективно осуществлять ориентацию и переориентацию их молекул под действием даже небольших возмущающих факторов (электрических и магнитных полей, а также механических возмущений), существенно изменяя их структуру и свойства.

Как уже отмечалось, главное отличие жидких кристаллов от обычных жидкостей в отношении внутреннего строения состоит в преимущественной ориентации осей молекул вдоль определенного направления, называемого директором. Естественно полагать поэтому, что анизотропия физических свойств мезофаз определяется именно степенью ориентационного упорядочения. Например, показатель преломления светового луча в случае параллельной (nτ) и перпендикулярной (n﬩) îðèåíòàöèè äëèííûõ îñåé ìîëåêóë êàëàìèòèêîâ îòíîñèòåëüíî äèðåêòîðà èìååò ðàçíûå çíà÷åíèÿ. Ýòî îáñòîÿòåëüñòâî ÿâëÿåòñÿ ïðè÷èíîé ÿâëåíèÿ, êîòîðîå íàçûâàåòñÿ äâîéíûì ëó÷åïðåëîìëåíèåì. Àíàëîãè÷íî, ðàçëè÷íûå çíà÷åíèÿ èìååò äèýëåêòðè÷åñêàÿ ïðîíèöàåìîñòü æèäêîãî êðèñòàëëà ïðè ïàðàëëåëüíîé (ετ) и перпендикулярной (ε﬩) îðèåíòàöèè.  çàâèñèìîñòè îò çíàêà ðàçíîñòè Δε = ετ - ε﬩ ðàçëè÷àþò ìåçîôàçû ñ ïîëîæèòåëüíîé è îòðèöàòåëüíîé äèýëåêòðè÷åñêîé àíèçîòðîïèåé.

В качестве меры ориентационного упорядочения используется т.н. параметр порядка, введенный В.И. Цветковым еще в сороковых годах:

(где θ - угол между осью отдельной молекулы и направлением директора, угловые скобки означают усреднение по всевозможным углам). Легко увидеть, что в случае полностью изотропной жидкости S = 0 , в случае твердого кристалла - S = 1; параметр порядка жидких кристаллов имеет промежуточные значения. Значения разности Δn = nτ - n﬩ довольно велики; они изменяются в широких пределах в зависимости от химического состава жидкого кристалла и могут составлять 0,3-0,4. Величина и знак Δε зависят от соотношения между анизотропией поляризуемости и величиной дипольного момента молекулы, а также от угла между направлением дипольного момента молекулы и ее длинной осью. Нагревание жидкого кристалла приводит к понижению ориентационной упорядоченности и уменьшению значений Δε и Δn; при температуре исчезновения мезофазы анизотропия свойств полностью исчезает.

Çàêëþ÷åíèå

 õîäå ïðîäåëàííîé ðàáîòû áûë ðàññìîòðåí òàêîé îñîáûé òèï âåùåñòâ, êàê ñìåêòè÷åñêèå æèäêèå êðèñòàëëû.

Áûëè ðàññìîòðåíû èõ îòëè÷èòåëüíûå îñîáåííîñòè è ñâîéñòâà, èçó÷åíû ðàçëè÷íûå ñòåïåíè óïîðÿäî÷åíèÿ ñìåêòè÷åñêèõ ÆÊ è îïðåäåëåí ïîðÿäîê ïîðÿäêà ñìåêòè÷åñêîé ôàçû.

Ñïèñîê ëèòåðàòóðû

1.      Õèìèê.ðó - ñàéò î õèìèè [Èíòåðíåò-ïîðòàë]. URL: <http://www.xumuk.ru/encyklopedia/1540.html> (äàòà îáðàùåíèÿ: 15.04.2015).

2.      B. Senyuk. Liquid Crystals: a Simple View on a Complex Matter [Ýëåêòðîííûé ðåñóðñ] URL: <http://www.personal.kent.edu/~bisenyuk/liquidcrystals/index.html> (äàòà îáðàùåíèÿ (15.04.2015).

3.      Ñòèä Äæ.Â. Ñóïðàìîëåêóëÿðíàÿ õèìèÿ. Ïåð ñ àíãë.: â 2 ò. / Äæ.Â. Ñòèä, Äæ.Ë. Ýòâóä. - Ì.: ÈÊÖ "Àêàäåìêíèãà". Ò. 2. - 2007. - 416 ñ.

.        Ingentaconnect [Ýëåêòðîííûé ðåñóðñ]. URL: <http://www.ingentaconnect.com/content/tandf/tlcy> (äàòà îáðàùåíèÿ: 16.04.2015).

.        Áëèíîâ Ë.Ì. Æèäêèå êðèñòàëëû: Ñòðóêòóðà è ñâîéñòâà. - Ì.: Êíèæíûé äîì "Ëèáðêîì", 2013. - 480 ñ.

6.      Phases of Liquid Crystals [Ýëåêòðîííûé ðåñóðñ]. URL: <http://materials.duke.edu/XCOURSES/ME83/lcrystals2.pdf> (äàòà îáðàùåíèÿ: 16.04.2015).

.        Ðîñíàíî. Ñëîâàðü íàíî òåðìèíîâ [Ýëåêòðîííûé ðåñóðñ]. URL: <http://thesaurus.rusnano.com/wiki/article819> (äàòà îáðàùåíèÿ 16.04.2015).

.        Æèäêèå êðèñòàëëû [Ýëåêòðîííûé ðåñóðñ]. URL: <http://veronium.narod.ru/LCD.htm> (äàòà îáðàùåíèÿ 16.04.2015).

Ðàçìåùåíî íà Allbest.ru