С макроскопической точки зрения
жидкие кристаллы представляют собой органические соединения, которые
сочетают в себе ряд свойств обычных жидкостей и твердых кристаллов. <...> Анизометричные
молекулы лишь создают предпосылки для образования мезофаз, т.е. к взаимно
параллельному расположению и образованию наиболее плотной упаковки
молекул, чем в случае хаотичной молекулярной ориентации. <...> В этом случае
становятся возможными некоторые дополнительные минимумы энергии упаковки, промежуточные между энергиями, изотропной жидкости и истинным
кристаллам. <...> Совокупность жидких кристаллов можно разделить на две группы:
термотропные жидкие кристаллы, которые образуются в результате нагревания твердого вещества и существуют в определенном интервале температур и
давлений, и лиотропные жидкие кристаллы, образующиеся при растворении
некоторых твердых кристаллических веществ в соответствующих растворителях. <...> К лиотропным ЖК относятся некоторые водные системы мыл, вирус табачной мозаики, тиазиновые красители и т.п. <...> В 1888 году австрийский ученый Фридрих Рейнитцер наблюдал это явление у полученного им эфира холестерина – холестерилбензоата:
Рис. <...> Рейнитцер считал, что в состоянии мутной жидкости одна из фаз является кристаллической. <...> Однако разделить эту
смесь Рейнитцер не смог и послал свой препарат профессору технического
университета в Карлсруэ (Германия) Отто Леману. <...> В сопроводительном письме Леману Рейнитцер писал: "... я рискую
просить Вас исследовать довольно тесный физический изоморфизм двух связанных между собой веществ. <...> Я нашел, что звездообразные, мнимо твердые кристаллы Рейнитцера, которые получаются сначала при охлаждении, в
действительности жидкие кристаллы; а то обстоятельство, что они как будто
растекаются и что появляются маслянистые полосы другой жидкости, есть
только оптический обман, происходящий вследствие взаимного слияния. <...> Как истинная, хотя и вязкая, жидкость, холестерилбензоат <...>
Введение_в_физику_жидких_кристаллов.pdf
ББК 22.37
К 31
УДК 539.1
Печатается по решению редакционно-издательского совета
ГОУ ВПО «Шуйский государственный педагогический университет»
Рецензенты:
Усольцева
Н.В. – д.х.н., профессор, директор научно-исследовательского института
наноматериалов ГОУ ВПО «Ивановский государственный университет».
М.Н.
Шипко – д.т.н., профессор, заслуженный деятель науки РФ, зам. директора
по научной работе Ивановского филиала ГОУ ВПО «Российский государственный
торгово-экономический университет»
К 31 Кашицын А.С. Введение в физику жидких кристаллов. Учебное пособие
для студентов специальности 050203.65 Физика и направления подготовки
050200.68 Физико-математическое образование / А.С. Кашицын. – Шуя: изд–
во ГОУ ВПО «ШГПУ», 2010. – 82 с.
В пособии приведены основные положения физики жидких кристаллов.
Рассмотрены история вопроса, классификация и основные свойства жидких
кристаллов, приведены основные положения основных феноменологических
и молекулярно-статистических моделей, применяемых для объяснения основных
физических свойств жидких кристаллов. Пособие предназначено для студентов
специальности 050203.65 Физика, а также для студентов, магистрантов
и аспирантов, изучающих основы физики конденсированных сред.
ГОУ ВПО «Шуйский государственный педагогический университет», 2010.
Кашицын А.С.
2
Стр.2
СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ .............................................................................................................4
1. ЖИДКОКРИСТАЛЛИЧЕСКОЕ СОСТОЯНИЕ ВЕЩЕСТВА .......................6
1.1. История открытия .......................................................................................6
1.2. Классификация ............................................................................................9
1.3. Идентификация жидких кристаллов ....................................................... 16
2. ЭЛЕМЕНТЫ ТЕОРИИ УПРУГОСТИ ЖИДКИХ КРИСТАЛЛОВ .............. 24
2.1. Тензор деформации, тензор напряжений. ............................................... 24
2.2 Статические деформации нематиков ....................................................... 33
2.3. Упругие свойства смектиков.................................................................... 36
2.4. Влияние электрических и магнитных полей .......................................... 38
2.5. Влияние опорных поверхностей .............................................................. 41
3. ФАЗОВЫЕ ПЕРЕХОДЫ В ЖИДКИХ КРИСТАЛЛАХ ................................ 44
3.1. Параметр порядка ..................................................................................... 44
3.2. Классификация фазовых переходов ........................................................ 48
3.3. Фазовые переходы в нематиках ............................................................... 50
4. АКУСТИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ЖИДКИХ КРИСТАЛЛОВ ....................... 55
4.1. Звук в газах и жидкостях .......................................................................... 55
4.2. Упругие волны в нематических жидких кристаллах ............................. 59
4.3. Некоторые экспериментальные результаты ........................................... 63
5. ЛИОТРОПНЫЕ ЖИДКИЕ КРИСТАЛЛЫ ..................................................... 65
5.1. Расположение молекул ............................................................................. 65
5.2. Клетки и мембраны. .................................................................................. 68
6. НЕКОТОРЫЕ ПРИМЕНЕНИЯ ЖИДКИХ КРИСТАЛЛОВ ......................... 72
6.1 Регистрация механических деформаций .................................................. 72
6.2 Визуализация тепловых полей .................................................................. 75
6.3 Устройства отображения информации .................................................... 77
ЛИТЕРАТУРА ...................................................................................................... 83
3
Стр.3