HistoriaDefinicja(wstępna) Substancje posiadające uporządkowanie dalekiego rodzaju (jak kryształy) a równocześnie nie tracące właściwości cieczy.
Powstawanie
Właściwości
Zastosowania
Historia:
Ok. roku 1850 Virchow, Mettenheimer and Valentin badając materiał zobaczyli jego dziwne zachowanie pod mikroskopem polaryzacyjnym( nie zdawali sobie sprawy ze jako pierwsi obserwują nowy stan materii). Później w 1877 Otto Lehman badając różne substancje pod mikroskopem polaryzacyjnym zaobserwował fazę pośrednią miedzy kryształem i cieczą. Podobne doświadczenia przeprowadzał Fridrich Reinitzer i on jako pierwszy zasugerował, że mętna ciecz to nowy stan skupienia. W 1890 Gatterman zsyntetyzował pierwszy ciekły kryształ p-azoksyanizol (PAA), nastąpiła gwałtowna faza syntetyzowania nowych ciekłych kryształów.
Na przełomie stuleci intensywne badania na c.k. prowadził George Freidel, który wyjaśnił niektóre zjawiska ich dotyczące (np.: orientowanie pod wpływem zew. Pola) I zaproponował klasyfikację, której używamy do dzisiaj. Tuż przed drugą wojną światową Oseen and Zöcher przedstawili matematyczne teorie ciekłych kryształów.
Przełom w badaniach nastąpił ok, 1950 kiedy Brown in America, Chistiakoff in the Soviet Union and Gray and Frank in England przedstawili proste zastosowania techniczne, wtedy także pojawiła się spójna teoria mikroskopowa ciekłych kryształów sformułowana prze Meiera. 1968 pierwszy LCD.
Ciekłe kryształy zostały odkryte w roku 1888 przez Friedricha Reinitzera (Austria) który podczas topienia kryształu benzoesanu cholesterylu zaobserwował dwa etapy przechodzenia kryształu w ciecz. W temperaturze 145C kryształ rozpuszcza się tworząc mętną ciecz, a w temp 175C mętna ciecz zmienia się w zwykły płyn.
Rok później Lehman wprowadził pojęcie ciekłego kryształu. Początkowo ciekłe kryształy były traktowane jako ciekawostka bez większych możliwości do zastosowania. Rozwój wiedzy o nich zawdzięczamy Friedelowi, który w 1922r. zaproponował klasyfikacje ciekłych kryształów i dodatkowo pokazał, że właściwości ciekłych kryształów (anizotropia optyczna, elektryczna) mogą znaleźć zastosowanie.
Dzielimy ze względu na budowę na:
· nemetyczne (gr. nema - nić): molekuły pozostają względem siebie równoległe, nie mają żadnych innych ograniczeń w przesuwaniu się, charakteryzują się małą lepkością
Podział ze względu na pochodzenie:
· termotropowe
· liotropowe
Budowa chemiczna:
Ciekłymi kryształami mogą być:
Ciekłe kryształy wykazuje anizotropowość następujących parametrów:
Ciekawe własności fizyczne ciekłych kryształów:Właściwości ciekłych kryształów
Anizotropia właściwości fizycznych
Anizotropia - różne wyniki pomiarów wielkości w zależności od konta pomiaru wielkości
Logiczne wydaje się ze wielkość mierzona wzdłuż uporządkowanych cząstek będzie inna niż w kierunku prostopadłym (tak rzeczywiscie jest np.: przewodnictwo, współ. dyfuzji)
Model continuum (ośrodek ciągły) kierunek uporządkowania zmienia się w sposób ciągły, brak domen.
Pojęcie direktora (n) - wskaźnik uporządkowania, wskazuje lokalny kierunek (hipoteza domenowa) uporządkowania, nie podaje żadnych więcej informacji, ważny jest tylko kierunek nie zwrot.
Pojęcie uporządkowania:
S=1/2<3cos^2(A)-1>
Wartość uporządkowania waha się w zakresie 0.3-0.9 (1-kryształ 0-izotropowa) i oznacza stopień uporządkowania (pojawienie się anizotropowości) dla kryształów smektycznych funkcja jest bardziej skomplikowana -musi uwzględniać regularność budowy warstwowej Oczywiste jest, że S spada, gdy T rośnie, spadek do zera (ciecz izotropowa) odbywa się skokowo.
Wielkość anizotropii to różnica wielkości fizycznej mierzonej równolegle do direktora i prostopadle do niego np.: e=e||-eű
Anizotropia może być dodatnia lub ujemna
- stała dielektryczna i diamagnetyczna(PAA ma ujemną,)
- przewodnictwa (10^-10 Ohm./cm, przewodnictwo typu jonowego, ze wzrostem temp anizotropia maleje, duży prąd powoduje rozkład kryształu(monitory LCD-niekorzystne), mały prąd powoduje porządkowanie direktora)
- optyczna (współczynnik załamania)
- podatność elektryczna i magnetyczna
- lepkość(problem opisu współczynniki Mięsowicza przepływy równolegle do direktora, prostopadle do direktora, ale równoległy do ścianek, równoległy do direktora, ale prostopadły do ścianek, bardziej złożony opis to współczynniki Lesliego, PAA Mięsowicz 3,4; 2,4; 9,2 płazów)
· fluktuacje termiczne (lokalne zmiany gęstości ciekawe pod mikroskopem polaryzacyjnym
· zachowanie anizotropii dielektrycznej w polu o zmiennej częstotliwości, kiedy cząstki ciekłego kryształu nie nadążają ze zmianami (-/+)
· niestabilności elektrodynamiczne (wirowe przepływy towarzyszące przewodnictwu dużego prądu)
· orientacja molekuł pod wpływem pola
· orientacja na granicy faz (stałe-kryształ)
Właściwości optyczne:
· dwójłomność optyczna (typowa dla kryształów) wiadomo, o co chodzi ne i no -dwa współczynnik załamania światła, zależy od kierunku drgań E względem osi optycznej
· selektywne odbicie światła odbiciu towarzyszy załamanie (tekstura Grandjeana) w zależności od kata obserwacji widzimy różne kolory (fiolet-czerwony) przykład żuków o opalizujących pancerzach (cholesterylowe c.k. rozpuszczone w lipidach)
· skręcenie płaszczyzny polaryzacji (bardzo mocny efekt dla kwarcu bardzo aktywnego optycznie skręcenie 20st/1mm, dla ciekłych kryształów cholesterolowych 10000st/1mm, kierunek skręcenia zazwyczaj w lewo (prawoskrętny tylko chlorek cholesterylu)- łatwo to wytłumaczyć - działanie śruby.
· Dichroizm kołowy
· Ciekle kryształy mogą stanowić siatki dyfrakcyjne
Zastosowania ciekłych kryształów
Zastosowania biologiczne
Całe życie to zbiór procesów chemicznych zachodzących w płynach.
Wspominanie już DNA, steroidy, itd. Budowa błony białkowo lipidowej.
Przykład błony komórkowej składającej się z lipidów i białek.(folia) struktura smektyczna
Ciekłe kryształy są z natury uporządkowane, co zapewnia, że błona się nie rozsypie (wzmocniona białkami), a jednocześnie są elastyczne.
Lipid zawiera grupę hydrofilową (mają grupy polarne OH, COOH) i hydrofobową (węglowodory), więc rozpuszczają wszystko (zgodnie z zasadą swój do swego) tzw. związki amififilowe. Są to kryształy liotropowe, ale mogą też zmienić fazę pod wpływem temperatury ok. 42 C zatrzymuje działanie niektórych błon. Bardzo ważne z punktu widzenia farmakologii. Konieczne jest żeby lek mógł się dostać do wnętrza kom. (psychotropy, znieczulające, LSD)
Zastosowania techniczne
Ciekłe kryształy są bardzo szeroko stosowane to jedno z największych obok półprzewodników odkryć współczesnej techniki.
· Monitory ciekło krystaliczne (do rozszerzenia NET)
· Wykrywanie uszkodzeń struktury (warstwy nemetyków): polewamy tafle szklaną nematykiem czekamy, czyścimy, ale cześć zostaje w ew. uszkodzeniach(pęknięciach), obserwując taki układ pod mikroskopem widzimy ciemną plamę dobrej powierzchni i kolorowe paski uszkodzeń
· Podobne zjawisko (przyjmowanie przez kryształ kształtów powierzchni) wykorzystywane jest w układzie do wykrywania wąglika.
... i to tyle. Zamiesczam również folie jak komuś bardzo bu zależało, ale tylko te czarno białe. Oraz kompletny tekst seminarium w postaci spakowanego worda