Смектики b.
В смекиках A и C каждый слой ведёт себя как двумерная жидкость, Напротив, в смектике B слои обнаруживают периодичность и жёсткость двумерного твёрдого тела. Здесь наблюдаются отражения рентгеновских лучей, соответствующие упорядоченности внутри каждого слоя. Слои не очень гибкие. Под микроскопом в текстуре фазы B (в так называемой мозаичной текстуре) видны области, внутри которых слои совершенно плоские. Этот случай резко отличается от двух предыдущих, где большинство наблюдаемых структур обладает сильно искривлёнными слоями.
Таким образом, фазы B являются наиболее упорядоченными из трёх основных смектических фаз. Действительно, если какое – либо вещество может существовать во всех трёх фазах, то последовательность их появения такова, что с ростом температуры имеют место превращения
,
S
– твёрдая фаза. Что касается
симметрии, заметим, что у смектика типа
B имеются, по крайней
мере, две подгруппы, которые можно
назвать
(молекулы перпендикулярны плоскости
слоя) и
(молекулы наклонены к плоскости слоя).
Примеры обеих групп наблюдаются в
природе. Разница на микроскопическом
уровне между смектической фазой B
и твёрдым телом пока ещё не ясна.
Жидкие кристаллы смектического типа впервые были обнаружены у мыл. Отсюда произошло название «смегма». Молекулы смектических кристллов группируются слоями, внутри которых они располагаются рядами, ёлочкой или произвольно. Толщина слоя определяется длиной молекулы. Структура этих кристаллов характеризуется двумерным дальним координационным порядком и ближним ориентационным порядком. Длинные оси молекул располагаются паралллельно, а их центры масс лежат в параллельных плскостях. Кристаллы этого типа удобны для термооптической записи информации. Процесс записи предельно прост. Плоский стеклянный капиляр заполняется смектиком. Его исходное состояние – прозрачный монокристалл. Молекулы в нём ориентированы перпендикулярно стенкам. Тонкий инфракрасный луч лазера быстро скользит по стеклу, выводя буквы или цифры. В местах падения луча смектик нагревается и переходит в изотропную жидкость. Остывая, места записи становятся мутными. Если направить на капиляр считывающий луч, то он проявит места записи, ставшие непрозрачными. Чтобы стереть запись, нужно опять нагреть кристалл до однородной жидкости и медленно охладить до температуры образования смектической мезофазы. Аналогично производится регистрация инфракрасных голограмм. Примером вещества, склонного к образованию жидких кристаллов нематического типа (см. рис).
Является n – азоксиниазол со структурной химической формулой
С
грубой точки зрения – это твёрдый
стержень длиной ~ 20 ангстрем и толщиной
~ 5 ангстрем. (Два бензольных кольца почти
компланарны). Нематическое состояние
для этого жидкого кристалла найдено
только при высоких температурах (в
интервале температур от
до
при атмосферном давлении). В расплаве
такого жидкого кристалла в поле зрения
микроскопа видны тонкие нити. Молекулы
в этих кристаллах расположенвы параллельно
друг другу, образуя ориентационный
дальний порядок в одном предпочтительном
направлении. Ориентированные нематические
кристаллы обладают оптическими
свойствами, аналогичными свойствам
одноосной кристаллической пластинки,
вырезанной параллельно оптической оси.
Разность показателей преломления
обыкновенного и необыкновенного лучей
у жидких кристаллов составляет 0.35, тогда
как кальцита она равно 0.17. Неориентированный
препарат окрашивается разные цвета,
что используется в технике изготовления
поляроидов. Ориентированные жидкие
кристаллы широко используются для
изготовления цифровых индикаторов
электронных часов и приборов, модуляторов
электромагнитных волн, а так же для
изучения спектров ядерного магнитного
резонанса.
Жидкие кристаллы холестерического типа (см. рис.).
Они получили своё название вследствии того, что большинство из них представляют собой эфиры холестерина и жирных кислот, например холестерин циннамат. Его структурная химическая формула имеет вид (см. рис.).
Это вещество склонно к образованию жидких кристаллов также и смектического типа. Переход от одного типа жидкого кристалла в другой происходит по схеме
Здесь ТК – твёрдый кристалл, СЖК – смектический жидкий кристалл, холестерический жидкий кристалл ХЖК . ИЖ – изотропная жидкость.
Молекулы холестерических жидких кристаллов, как и смектических, собраны в монослои, внутри которых они располагаются параллельно друг другу. Однако внутри каждого слоя расположение молекул более напоминает нематическую фазу, а не смектическую. Каждая молекула в слое имеет плоскую конфигурацию, содержит метильные группы, располагающиеся над и под плоскостью молекулы. Такая конфигурация молекул холестерического типа приводит к тому, что направление длинной оси молекулы в каждом слое слегка отклоняется от соответствующего направления в предыдущем слое. Это отклонение накапливается при переходе от слоя к слою. Образуется спираль с шагом порядка длины видимого света.
Спиралеобразная структура холестерических жидких кристаллов обусловливает специфические оптические их свойства. Жидкие кристаллы подобного типа являются наиболее оптически активными среди всех известных веществ. Они могут поворачивать плоскость поляризации света на угол порядка несколько десятков радиан. Строгая периодичность холестерических молекулярных слоёв – аналог дифракционной решётки, При освещении её белым светом она окрашивается в разные цвета. Это происходит оттого, что световые волны рассеиваются под разными углами, что непосредственно следует из формулы Вульфа – Брэгга
,
в которой
вместо межплоскостного расстояния d
фигурирует шаг h
холестерической спирали – прямолинейный
отрезок, соответствующий повороту
молекулы на угол
.
Если такую плёнку медленно нагревать, то её цвет будет изменяться. Это связано с тем, что с повышением температуры увеличивается расстояние между плоскостями и, следовательно, меняется шаг холестерической спирали. При нанесении тонкого слоя этого вещества на неравномерно нагретую поверхность её окраска станет разноцветной: места с низкой температурой будут красными, с небольшой температурой – жёлтыми, зелёными, синими и, наконец, с высокой температурой – фиолетовыми.
Таким образом, холестерические жидкие кристаллы, созданные природой, оказались чрезвычайно чувствительными датчиками температуры. С их помощью удаётся регистрировать изменение температуры объекта в десятые доли градуса.И нематики, и холестерики чрезвычайно чувствительны к воздействию внешних электрических и магнитных полей. Эффекты, обусловленные электрическим полем, более сложны, поскольку на них влияют примесные носители заряда и электрохимические явления. Однако они важны для систем дисплеев.