2.7.6. Жидкие кристаллы.▲

Жидкими кристалламиназывают такие вещества, которые находятся в промежуточном (мезоморфном) состоянии между изотропной жидкостью и твердым кристаллическим телом. С одной стороны, они обладают текучестью, способностью находиться в каплевидном состоянии, а с другой – для них характерна анизоторопия свойств и, прежде всего оптическая анизотропия.

Малость межмолекулярных сил, обеспечивающих упорядоченную структуру жидкого кристалла, является принципиальной основой сильной зависимости свойств от внешних факторов (температуры, давления, электрического поля и др.), которая открывает богатые возможности при разработке индикаторных устройств различного назначения.

Жидкокристаллическое состояние образуют в основном органические соединения с удлиненной палочкообразной формой молекул. Значительную часть жидких кристаллов составляют соединения ароматического ряда, т.е. содержащие бензольные кольца.

В настоящее время известно более 3000 органических соединений, способных существовать в мезоморфном состоянии. Среди них есть и такие вещества, у которых температурный интервал существования мезофазы включает комнатную температуру. По признаку общей симметрии все жидкие кристаллы подразделяются на три вида: смектические, нематические и холестерические.

Смектическиехарактеризуются слоистым строением. Центры тяжести удлиненных молекул находятся в плоскостях, равноудаленных друг от друга. Текучесть обеспечивается лишь взаимным скольжением слоев, поэтому вязкость среды достаточно велика. Из-за этого они не получили широкого распространения в технике.

В нематическихкристаллах длинные оси молекул ориентированы вдоль одного общего направления, называемого нематическим директором. Однако центры тяжести молекул расположены беспорядочно, так что возникает симметрия более низкого порядка, чем у смектических кристаллов. При таком строении вещества возможно взаимное скольжение молекул вдоль нематического директора.

Холестерическиекристаллы на молекулярном уровне похожи на нематические, но вся их структура дополнительно закручена вокруг оси, перпендикулярной молекулярным осям. Такая структура ведет себя по отношению к падающему излучению подобно интерференционному фильтру, т.е. световые лучи испытывают селективные отражения.

Область применения жидких кристаллов пока в основном ограничивается индикаторными устройствами: дисплеи, крупноформатные табло, цифровые индикаторы для микрокомпьютеров, циферблаты электронных часов и цифровых измерительных приборов. Основные преимущества таких индикаторов: 1) хороший контраст при ярком освещении; 2) низкая потребляемая мощность; 3) совместимость с интегральными схемами; 4) сравнительная простота в изготовлении и низкая стоимость.

Отметим, что в жидких кристаллах для индикации используется окружающий свет, благодаря чему их потребляемая мощность значительно меньше, чем в других индикаторных устройствах (10^-4 - 10^–6Вт/см²). Это на несколько порядков ниже, чем в светодиодах, порошковых и пленочных электролюминофорах, а также в газоразрядных индикаторах. Принципиальными недостатками устройств на жидких кристаллах являются невысокое быстродействие, а также подверженность процессам электро- и фотохимического старения.