Министерство образования и науки РФ

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«ТУЛЬСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Кафедра физики металлов и материаловедения

Контрольно – курсовая работа

по дисциплине «Кристаллография»

Тема работы: «Жидкие кристаллы. Структура, свойства и применение»

Выполнила

Ст. гр. 430391 Новосветлова Е. Э.

Роспись ____________________

Проверил

Троицкий И. В.

Роспись____________________

Тула 2011

Содержание………………………………………………………………… …….. 2

Введение………………………………………………………………………..… 3

Глава 1. Структура и свойства жидких кристаллов…………………………… 4

1.1. Структура ЖК………………………………………………………………... 4

1.2. Термотропные ЖК………………………………………………………...… 6

1.3. Лиотропные ЖК…………………………………………………………….10

Глава 2. Применение жидких кристаллов……………………………………..13

2.1. Управление ЖК……………………………………………………………..13

2.2. ЖК-индикаторы…………………………………………………………..…15

2.3. Управление холестерической спиралью………………………………..…17

2.4. TFT-LCD дисплей………………………………………………………...…20

2.5. 3D TFT-LCD монитор………………………………………………………21

2.6. LCD-проекторы………………………………………………………….….21

2.7. LCOS-проекторы……………………………………………………………21

2.8. Электронная бумага………………………………………………….……..22

Заключение ………………………………………………………………….…..23

Список использованной литературы…………………………………...………24

Введение

Жидкие кристаллы открыл в 1888 г. австрийский ботаник Ф. Рейнитцер. Он обратил внимание, что у кристаллов холестерилбензоата и холестерилацетата было две точки плавления и, соответственно, два разных жидких состояния — мутное и прозрачное. Однако, учёные не обратили особого внимания на необычные свойства этих жидкостей. Долгое время физики и химики в принципе не признавали жидких кристаллов, потому что их существование разрушало теорию о трёх состояниях вещества: твёрдом, жидком и газообразном. Учёные относили жидкие кристаллы то к коллоидным растворам, то к эмульсиям. Научное доказательство было предоставлено профессором университета Карлсруэ Отто Леманном (нем. Otto Lehmann) после многолетних исследований, но даже после появления в 1904 году написанной им книги «Жидкие кристаллы», открытию не нашлось применения.[1]

Рис.1.Ф. Рейнитцер.

В 1963 г. американец Дж. Фергюсон (англ. James Fergason) использовал важнейшее свойство жидких кристаллов — изменять цвет под воздействием температуры — для обнаружения невидимых простым глазом тепловых полей. После того как ему выдали патент на изобретение (U.S. Patent 3 114 836), интерес к жидким кристаллам резко возрос.

В 1965 г. в США собралась Первая международная конференция, посвящённая жидким кристаллам. В 1968 г. американские учёные создали принципиально новые индикаторы для систем отображения информации. Принцип их действия основан на том, что молекулы жидких кристаллов, поворачиваясь в электрическом поле, по-разному отражают и пропускают свет. Под воздействием напряжения, которое подавали на проводники, впаянные в экран, на нём возникало изображение, состоящее из микроскопических точек. И всё же только после 1973 г., когда группа английских химиков под руководством Джорджа Грея (англ. George William Gray) получила жидкие кристаллы из относительно дешёвого и доступного сырья, эти вещества получили широкое распространение в разнообразных устройствах.[1]

Глава 1. Структура жидких кристаллов.

1.1Структура жк

Сейчас известно уже около сотни тысяч органических веществ, которые могут находиться в ЖК-состоянии, и число таких соединений непрерывно растет. Если в первые десятилетия после открытия жидких кристаллов основными представителями этих соединений являлись только вещества, состоящие из асимметричных молекул стержнеобразной формы, – так называемые каламитики (от греческого “каламис” – тростник), то впоследствии было обнаружено, что в ЖК-состояние могут переходить самые разнообразные вещества, имеющие молекулы более сложной формы (диски, пластины и др.) Молекулы ЖК-соединений очень часто называют мезогенами, а группировки или фрагменты молекул, способствующие формированию ЖК-фазы, – мезогенными группами.[2]

В таблице 1 приведены примеры стержнеобразных мезогенов – каламитиков, а также химические формулы доскообразных (дискотики) и планкообразных мезогенов (санидики) (от греческого “sanidis” –планка).

Таблица 1. Типичные примеры химических соединений.

Как видно из таблицы 1, среди мезогенных групп чаще всего встречаются бензольные кольца, связанные непосредственно друг с другом или с помощью различных химических группировок (–CH=CH–, –CH=N–, –NH–CO– и др.). Характерной особенностью всех ЖК-соединений является асимметричная форма молекул, обеспечивающая анизотропию поляризуемости и тенденцию к расположению молекул преимущественно параллельно друг другу вдоль их длинных (каламитики и санидики) и коротких (дискотики) осей.[2]

По своим общим свойствам ЖК можно разделить на две большие группы:

1) термотропные ЖК, образующиеся в результате нагревания твердого вещества и существующие в определенном интервале температур и давлений;

2) лиотропные ЖК, которые представляют собой двух- или более компонентные системы, образующиеся в смесях стержневидных молекул данного вещества и воды (или других полярных растворителей).