Рідкі кристали, їх особливості та використання
Рідкі кристали (скорочено РК) – це фазовий стан, в який переходять деякі речовини при певних умовах (температура, тиск, концентрація в розчині).
Рідкі кристали володіють одночасно властивостями як рідин (плинність), так і кристалів (анізотропія).
Історія відкриття рідких кристалів
Понад сто років тому, в 1888р., австрійський ботанік Ф. Рейнитцер звернув увагу, що у кристалів холестерилбензоат і холестерілацетата було дві точки плавлення і, відповідно, два різних рідких стани – каламутний та прозорий (при 145°С відбувалося утворення мутної рідини, а при досягненні 179°С – прозорої рідини).
Найдивовижніше, що в ході подальших досліджень було встановлено: каламутна рідина є анізотропною! Виходить, що ця рідина мала властивості кристалів. Саме тому такий стан було названо рідкокристалічним.
Довгий час фізики і хіміки в принципі не визнавали рідких кристалів, тому що їх існування руйнувало теорію про три стани речовини: твердий, рідкий та газоподібний. Вчені відносили рідкі кристали то до колоїдних розчинів, то до емульсій.
У 1963-му році американський винахідник Джеймс Фергюсон знайшов застосування одного з властивостей РК – зміна кольору в залежності від температури. Американець отримав патент на винахід, який здатний виявляти невидимі для очей теплові поля. З цього часу популярність рідких кристалів почала зростати. Водночас вийшло, що Джеймс Фергюсон – винахідник РК монітора, адже саме на них вони базуються.
За структурою РК являють собою в`язкі рідини, що складаються з молекул витягнутої або дископодібної форми, певним чином упорядкованих у всьому обсязі цієї рідини. Найбільш прості рідкі кристали утворюються довгими сигароподібними або ниткоподібними молекулами. Залежно від того, як орієнтуються молекули в просторі, розрізняють три основних типи рідких кристалів: нематичні (нематики), смектичні (смектики) та холестеричні (холестерики).
У кристалах першого типу осі молекул паралельні, а самі молекули зміщені один щодо одного на довільні відстані в напрямку своїх осей.
У кристалах другого типу молекули паралельні один одному і розташовані шарами.
Для кристалів третього типу характерне закручування молекул в перпендикулярному напрямку від шару до шару.
Застосування рідких кристалів
Залежність кольору РК від температури використовують для вимірювання температури. З сумішей рідкокристалічних речовин виготовляють температурні індикатори в інтервалі температур від -20 до +250°С. Індикатор представляє собою тонку гнучку плівку з рідкого кристала. При накладенні плівки на поверхню предмета за кольором індикатора можна визначити температуру предмета та її зміну з часом.
Властивість рідких кристалів змінювати колір використовується також для виявлення структурних дефектів непрозорих об`єктів: завдяки різній теплопровідності дефектів РК викликають різні ефекти в плівці рідкого кристала змінюючи своє забарвлення.
Сама популярна сфера застосування рідкокристалічних речовин, це, звичайно, комп’ютерна техніка та гаджети. Від перших електронних годинників, котрі пам’ятаємо з дитинства, до кольорових телевізорів з тонким рідкокристалічним екраном на стіні нашої оселі. Такі телевізори дають дуже чітке зображення високої якості, при цьому вони дуже економні, адже споживають меншу кількість енергії, ніж колишні телевізори на основі електронно-променевої трубки.
Монітори комп`ютерів, екрани годинників, смартфонів, цифрових фотоапаратів, навігаторів, калькуляторів, електронних читалок, планшетів, плеєрів та інших гаджетів, скрізь використовуються рідкі кристали і ми щоденно на них дивимося.
Перевірте, як добре Ви засвоїли знання про рідкі кристали
