главнаяреклама на сайтезаработоксотрудничество Коллекция рефератов Otherreferats
 
 
Сколько стоит заказать работу?   Искать с помощью Google и Яндекса
 


Жидкие кристаллы. Свойства, история, применение

Применение жидких кристаллов. История происхождения жидких кристаллов. Деление жидких кристаллов в зависимости от вида упорядочения осей молекул на три разновидности: нематические, смектические и холестерические. Нематики. Упругость жидкого кристалла.

Рубрика: Химия
Вид: автореферат
Язык: русский
Дата добавления: 09.10.2008
Размер файла: 26,9 K

Полная информация о работе Полная информация о работе
Скачать работу можно здесь Скачать работу можно здесь

рекомендуем


Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже.

Название работы:
E-mail (не обязательно):
Ваше имя или ник:
Файл:


Cтуденты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны

Подобные работы


1. Описание, изложение, образование кристаллов и структура свойств в области применения кристаллов
Твёрдые кристаллы: структура, рост, свойства. "Наличие порядка" пространственной ориентации молекул как свойство жидких кристаллов. Линейно поляризованный свет. Нематические, смектические и холестерические кристаллы. Общее понятие о сегнетоэлектриках.
курсовая работа [55,4 K], добавлена 17.11.2012

2. Жидкие кристаллы, их практическое применение
История открытия жидких кристаллов, особенности их молекулярного строения, структура. Классификация и разновидности жидких кристаллов, их свойства, оценка преимуществ и недостатков практического использования. Способы управления жидкими кристаллами.
курсовая работа [58,4 K], добавлена 08.05.2012

3. Жидкие кристаллы
Жидкокристаллическое (мезоморфное) состояние вещества. Образование новой фазы. Типы жидких кристаллов: смекатические, нематические и холестерические. Термотропные и лиотропные жидкие кристаллы. Работы Д. Форлендера, способствовавшие синтезу соединений.
презентация [1,0 M], добавлена 27.12.2010

4. Жидкокристаллические соединения
История открытия жидких кристаллов. Их классификация, молекулярное строение и структура. Термотропные жидкие кристаллы: смектический, нематический и холестерический тип. Лиотропные ЖК. Анизотропия физических свойств. Как управлять жидкими кристаллами.
реферат [5,4 M], добавлена 27.05.2010

5. Агрегатные состояния вещества
Теория газообразного состояние вещества. Классификация жидкостей. Метод молекулярных функций распределения. Теория свободного объема. Лиотропные, смектические, термотропные, нематические, холестерические и дискотические жидкие кристаллы, их применение.
презентация [353,6 K], добавлена 15.10.2013

6. Процесс выращивания кристаллов
Основные виды кристаллов. Естественный и искусственный рост кристаллов. Выращивание кристаллов как физико-химический процесс, требуемое оборудование. Способы образования кристаллов. Выращивание монокристаллов из расплава, растворов и паровой фазы.
реферат [57,3 K], добавлена 07.06.2013

7. Кристаллогенезис - возникновение, рост и разрушение кристаллов
Причины и условия кристаллизации материальных частиц. Теории зарождения и роста идеальных кристаллов в работах Гиббса, Фольмера, Косселя и Странского. Описание точечных, линейных, двухмерных и объемных дефектов. История получения искусственных кристаллов.
реферат [21,4 K], добавлена 18.11.2010

8. Что такое кристаллы
Изучение понятия, видов и способов образования кристаллов - твердых тел, в которых атомы расположены закономерно, образуя трехмерно-периодическую пространственную укладку - кристаллическую решетку. Образование кристаллов из расплава, раствора, пара.
презентация [6,3 M], добавлена 08.04.2012

9. Кристаллы
Примеры применения монокристаллов. Семь кристаллических систем: триклинная, моноклинная, ромбическая, тетрагональная, ромбоэдрическая, гексагональная и кубическая. Простые формы кристаллов. Получение перенасыщенного раствора и выращивание кристалла.
презентация [391,6 K], добавлена 09.04.2012

10. Исследование форм кристаллов NaCl, выращенных из водного раствора на подложке кремния с ориентациями 111 и 100, на сканирующем электронном микроскопе
Эпитаксия - ориентированный рост одного кристалла на поверхности другого (подложки). Исследование форм кристаллов NaCl, образуемых при сублимации из водного раствора; структурное соответствие эпитаксиальных пар по срастающимся граням и отдельным рядам.
курсовая работа [11,4 M], добавлена 04.04.2011


Другие работы, подобные Жидкие кристаллы. Свойства, история, применение


ЖИДКИЕ КРИСТАЛЛЫ

Введение

Несколько лет тому назад огромной популярностью в США пользовалась новинка юве-лирного производства, получившая название «перстень настроения». За год было продано 5 0 миллионов таких перстней, т. е. практически каждая взрослая женщина имела это ювелирное изделие. Что же привлекло внима-ние любителей бижутерии к этому перстню? Оказывается, он обладал совершенно мистическим свойством реагиро-вать на настроение его владельца. Реакция состояла в том, что цвет камешка перстня следовал за настроением вла-дельца, пробегая все цвета радуги от красного до фио-летового.

Вот это сочетание таинственного свойства уга-дывать настроение, декоративность перстня, обеспечи-ваемая яркой и меняющейся окраской камешка, плюс низкая цена и обеспечили успех перстню настроения.

Именно тогда впервые появился термином «жидкие кристаллы». Ни-чего толком не было известно, говорилось, только, что камешек перстня сделан на жидком кристалле. Для чита-теля, который знаком с жидкими кристаллами, нужно сде-лать уточнение -- на холестерическом жидком кристалле, а секрет перстня настроения связан с его удивительными оптическими свойствами.

Применение жидких кристаллов

Все чаще на страницах научных, а последнее время и научно-популярных журналов появ-ляется термин «жидкие кристаллы» (в аббревиатуре ЖК) и статьи, посвященные жидким кристаллам. В повсе дневной жизни мы сталкиваемся с часами, термометра-ми на жидких кристаллах. В наше время наука стала производительной силой, и поэтому, как правило, повышенный научный интерес к тому или иному явлению или объекту означает, что это явление или объект представляет интерес для материаль-ного производства.   В этом отношении не являются ис-ключением и жидкие кристаллы. Интерес к ним, прежде всего, обусловлен возможностями их эффективного при-менения в ряде отраслей производственной деятельно-сти. Внедрение жидких кристаллов означает экономиче-скую эффективность, простоту, удобство.

Жидким кристаллом называется это специфическое агрегатное со-стояние вещества, в котором оно проявляет одновре-менно свойства кристалла и жидкости. Однако, далеко не все вещества могут находиться в жидкокристаллическом состоянии. Большинство веществ может находиться только в трех, всем хорошо известных агрегатных состояниях: твердом или кристаллическом, жидком и газообразном.    Оказывается,    некоторые органические вещества, обладающие сложными молеку-лами, кроме трех названных состояний, могут образовы-вать четвертое агрегатное состояние -- жидкокристалли-ческое.   Это состояние осуществляется при плавлении кристаллов некоторых веществ. При их плавлении образуется жидкокристаллическая фаза,   отличающаяся от обычных жидкостей. Эта фаза существует в интервале от температуры плавления кристалла до некоторой более высокой температуры, при нагреве до которой жидкий кристалл переходит в обычную жидкость. Чем же жидкий кристалл   отличается от жидкости и обычного кристалла и чем похож на них? Подобно обычной жидкости, жидкий кристалл обладает текучестью и принимает форму сосуда, в который он помещен. Этим он отличается от известных всем кристаллов. Однако, несмотря на это свойство, объединяющее его с жид-костью, он обладает свойством, характерным для кри-сталлов. Это -- упорядочение в пространстве молекул, образующих кристалл. Правда, это упорядочение не та-кое полное, как в обычных кристаллах, но, тем не менее, оно существенно влияет на свойства жидких кристаллов, чем и отличает их от обычных жидкостей. Неполное про-странственное упорядочение молекул, образующих жид-кий кристалл, проявляется в том, что в жидких кристал-лах нет полного порядка в пространственном располо-жении центров тяжести молекул, хотя частичный порядок может быть. Это означает, что у них нет жесткой кри-сталлической решетки. Поэтому жидкие кристаллы, по-добно обычным жидкостям, обладают свойством текуче-сти.

Наличие «порядка» пространственной ориентации молекул является обязательным свойством жидких кристаллов, сбли-жающим их с обычными кристаллами. Такой порядок в ориентации может проявляться, например, в том, что все длинные оси молекул в жидкокристалличе-ском образце ориентированы одинаково.

Жидкие кристаллы в зависимости от вида упорядочения осей молекул разделяются на три разновидности: нематические, смектические и холестерические.

История происхождения жидких кристаллов

Скорее всего, исследователи уже очень давно стал-кивались с жидкокристаллическим состоянием, но не от-давали себе в этом отчета. Тем не менее, существование жидких кристаллов было установлено очень давно, почти столетие тому назад, а именно в 1888 году.

Впервые, жидкие кристаллы обнаружил авст-рийский ученый-ботаник Рейнитцер. Исследуя новое син-тезированное им вещество холестерилбензоат, он обна-ружил, что при температуре 145 ° С кристаллы этого ве-щества плавятся, образуя мутную сильно рассеивающую свет жидкость. При продолжении нагрева по достижении температуры 179°С жидкость просветляется, т. е. начина-ет вести себя в оптическом отношении, как обычная жидкость, например вода. Неожиданные свойства холе стерилбензоат а обнаружились в мутной фазе. Рассматри-вая эту фазу под поляризационным микроскопом, Рей-нитцер обнаружил, что она обладает двупреломлением. Это означает, что показатель преломления света, т. е. скорость света в этой фазе, зависит о т поляризации.

Явление двупреломления -- это типично кристалличе-ский эффект, состоящий в том, что скорость света в кри-сталле зависит от ориентации плоскости поляризации света. Существенно, что она достигает экстремального максимального и минимального значений для двух вза-имно ортогональных ориентаций плоскости поляризации. Разумеется, ориентации поляризации, соответствующие экстремальным значениям скорости свете в кристалле, определяются анизотропией свойств кристалла и одно-значно задаются ориентацией кристаллических осей отно-сительно направления распространения света.

Из сказанного следует, что существование дву-преломления в жидкости, которая должна быть изотроп-ной, т. е. что ее свойства должны быть независящими от направления, представлялось парадоксальным. Наиболее правдоподобным в то время могло казаться наличие в мутной фазе нерасплавившихся малых частичек кристалла, кристаллитов, которые и являлись источником двупреломления. Однако более детальные исследования, к которым Рейнитцер привлек известного немецкого фи-зика Лемана, показали, что мутная фаза не является двух-фазной системой, т. е. не содержит в обычной жидкости кристаллических включений, а является новым фазовым состоянием вещества. Этому фазовому состоянию Леман дал название «жидкий кристалл» в связи с одновре-менно проявляемыми им свойствами жидкости и кристал-ла. Употребляется также и другой термин для названия жидких кристаллов. Это -- «мезофаза», что буквально означает «промежуточная фаза».

Тогда существование жидких кристаллов пред-ставлялось каким-то курьезом, и никто не мог предполо-жить, что их ожидает почти через сто лет большое буду-щее в технических приложениях. Поэтому после некото-рого интереса к жидким кристаллам сразу после их от-крытия о них через некоторое время практически за-были.

В конце девятнадцатого -- начале двадцатого века многие очень авторитетные ученые весьма скептически относились к открытию Рейнитцера и Лемана. Дело в том, что не только описанные противоречивые свойства жидких кри-сталлов представлялись многим авторитетам весьма со-мнительными, но и в том, что свойства различных жидко-кристаллических веществ (соединений, обладавших жид-кокристаллической фазой) оказывались существенно раз-личными. Так, одни жидкие кристаллы обладали очень большой вязкостью, у других вязкость была невелика. Одни жидкие кристаллы проявляли с изменением тем-пературы резкое изменение окраски, так что их цвет пробегал все тона радуги, другие жидкие кристаллы та-кого резкого изменения окраски не проявляли. Наконец, внешний вид образцов, или, как принято говорить, тек-стура,   различных жидких кристаллов при рассматрива-нии их под микроскопом оказывался совсем различным. В одном случае в поле поляризационного микроскопа могли быть видны образования, похожие на нити, в дру-гом -- наблюдались изображения, похожие на горный рельеф, а в третьем -- картина напоминала отпечатки пальцев (см. рисунки на обложке). Стоял также вопрос, почему жидкокристаллическая фаза   наблюдается при плавлении только некоторых веществ?

Время шло, факты о жидких кристаллах постепенно накапливались, но не было общего принципа, который позволил бы установить какую-то систему в представле-ниях о жидких кристаллах. Как говорят, настало время для классификации предмета исследований. Заслуга в создании основ современной классификации жидких кри-сталлов принадлежит французскому ученому Ж. Фриделю. В двадцатые годы Фридель предложил разделить все жидкие кристаллы на две большие группы. Одну группу жидких кристаллов Фридель назвал нематическими, дру-гую смектическими. Он же пред-ложил общий термин для жидких кристаллов -- «мезоморфная фаза». Этот термин происходит от греческого слова «мезос» (промежуточный), а вводя его, Фридель хотел подчеркнуть, что жидкие кристаллы занимают про-межуточное положение между истинными кристаллами и жидкостями как по температуре, так и по своим физи-ческим свойствам. Нематические жидкие кристаллы в классификации Фриделя включали уже упоминавшиеся выше холестерические жидкие кристаллы как подкласс.

Самые “кристаллические” среди жидких кристаллов - смекатические. Для смекатических кристаллов характерна двумерная упорядоченность. Молекулы размещаются так, чтобы их оси были параллельны. Более того, они “понимают” команду “равняйся” и размещаются в стройных рядах, упакованных на смекатических плоскостях, и в шеренгах - на нематических, что поясняет рис. 1а. Смекатическим жидким кристаллам свойственно многое из того, о чем пойдет речь ниже, и нечто особенное - долговременная память. Записав, например, изображение на такой кристалл, можно затем долго любоваться “произведением”. Однако эта особенность смекатических кристаллов для воспроизводящих элементов индикационных устройств, телевизоров и дисплеев не слишком удобна. Тем не менее, они находят применение в промышленности, к примеру, в индикаторах давления.

Упорядоченность нематических сред ниже, чем у смекатических. Молекулам дозволено смещаться относительно длинных осей, поэтому упорядоченность становится “односторонней”, а реакция на внешнее воздействие относительно быстрой, память - короткой. Смекатические плоскости отсутствуют, а вот нематические сохраняются. Эту особенность нематиков поясняет рис. 1б.

Термин “холестерические жидкие кристаллы” не случаен, поскольку наиболее характерным и на практике самым используемым кристаллом этого класса является холестерин. Молекулы холестерина и аналогов размещаются в нематических плоскостях. Особенность молекул холестерического типа в том, что при достаточно сильном боковом притяжении их вершины отталкиваются. Холестерин - доступный и достаточно дешевый материал, сырьем для которого богата любая скотобойня. Очень сложные жидкокристаллические структуры образуют растворы мыла в воде. Здесь можно получить слоистые, дисковые и даже шарообразные структуры. Словом, выбор материала широк.

В достаточно больших объемах кристаллической жидкости образуются домены, физические свойства которых подобны кристаллам. Однако в целом она проявляет свойства, подобные обычным жидкостям. Доменная структура жидких кристаллов образуется по тем же причинам и законам, что в сегнтоэлектриках и ферромагнетиках. Ситуация резко меняется в пленках, толщина которых сопоставима с радиусом взаимодействия молекул жидкости и пластин, формирующих слой. Это важно подчеркнуть, поскольку именно взаимодействие жидкого кристалла и формообразующих элементов создает тот легко управляемый прибор, который столь активно встраивается в современную электронную технику.

Нематики

Кристаллы некоторых органических веществ при нагревании, прежде чем расплавиться и перейти в обыч-ную жидкость, проходят при повышении температуры че-рез стадию жидкокристаллической фазы. Как мы увидим ниже, жидкокристаллических фаз может быть у одного и того же соединения несколько. Но сначала для того, что-бы не осложнять знакомство с жидкокристаллической фазой несущественными здесь подробностями, рассмот-рим наиболее простую ситуацию, когда соединение обла-дает одной жидкокристаллической фазой. В этом случае процесс плавления кристалла идет в две стадии) Сначала при повышении температуры кристалл испытывает «пер-вое плавление», переходя в мутный расплав. Затем при дальнейшем нагреве   до вполне определенной темпе-ратуры происходит «просветление» расплава. «Просвет-ленный расплав» обладает всеми свойствами жидкостей. Мутный расплав, который и представляет собой жидкокристаллическую фазу, по своим свойствам существенно отличается от жидкостей, хотя обладает наиболее харак-терным свойством жидкости -- текучестью. Наиболее рез-кое отличие жидкокристаллической фазы от жидкости проявляется в оптических свойствах. Жидкий кристалл, обладая текучестью жидкости, проявляет оптические свойства всем нам знакомых обычных кристаллов)

Чтобы схематично представить себе устройство нематика, удобно образующие его молекулы представить в виде палочек. Для такой идеализации есть физические основания. Молекулы, образующие жидкие кристаллы, как уже говорилось, представляют собой типичные для многих органических веществ образования со сравни-тельно большим молекулярным весом, протяженности которых в одном направлении в 2--3 раза больше, чем в поперечном. Можно считать, что направление введенных нами палочек совпадает с длинными осями мо-лекул. При введенной нами идеализации структуру нема-тика следует представлять как «жидкость одинаково ори-ентированных палочек». Это означает, что центры тяже-сти палочек расположены и движутся хаотически, как в жидкости, а ориентация при этом остается у всех палочек   одинаковой и неизменной .

Напомним, что в обычной жидкости не только центры тяжести молекул движутся хаотически, но и ориентации выделенных направлений молекул совершенно случайны и не скоррелированны между собой.

Упругость жидкого кристалла

Выше в основном го-ворилось о наблюдениях, связанных с проявлением не-обычных оптических свойств жидких кристаллов. Первым исследователям бросались в глаза, естественно, свойства, наиболее доступные наблюдению. А такими свойствами как раз и были оптические свойства. Техника оптическо-го эксперимента уже в девятнадцатом веке достигла вы-сокого уровня, а, например, микроскоп, даже поляриза-ционный, т. е. позволявший освещать объект исследова-ния поляризованным светом и анализировать поляриза-цию прошедшего света, был вполне доступным прибо-ром для многих лабораторий. Оптические наблюдения дали значительное количест-во фактов о свойствах жидкокристаллической фазы, ко-торые необходимо было понять и описать. Одним из первых достижений в описании свойств жидких кристал-лов, как уже упоминалось во введении, было создание теории упругости жидких кристаллов. В современной форме она была в основном сформулирована английским ученым Ф. Франком в пятидесятые годы.

Постараемся проследить за ходом мысли и аргумен-тами создателей теории упругости ЖК. Рассуждения бы-ли (или могли быть) приблизительно такими. Установле-но, что в жидком кристалле, конкретно нематике, сущест-вует корреляция (выстраивание) направлений ориента-ции длинных осей молекул. Это должно означать, что ес-ли по какой-то причине произошло небольшое наруше-ние в согласованной ориентации молекул в соседних точ-ках нематика, то возникнут силы, которые будут старать-ся восстановить порядок, т. е. согласованную ориентацию молекул. Конечно, исходной, микроскопической, причиной таких возвращающих сил является взаимодей-ствие между собой отдельных молекул.

Для кристаллов существует хорошо развитая теория упругости. Все знают, что деформация твер-дого тела прямо пропорциональна приложенной силе и обратно пропорциональна модулю упругости К. Возника-ет мысль, если оптические свойства жидких кристаллов подобны свойствам обычных кристаллов, то, может быть, жидкий кристалл, подобно обычному кристаллу, облада-ет и упругими свойствами. Вспомните, что жидкий кри-сталл течет, как обычная жидкость. А жидкость не прояв-ляет свойств упругости, за исключением упругости по от-ношению к всестороннему сжатию, и поэтому для нее модуль упругости по отношению к обычным деформаци-ям строго равен нулю. Казалось бы, налицо парадокс. Но его разрешение в том, что жидкий кристалл -- это не обычная, а анизотропная жидкость, т. е. жидкость, свойства   которой различны в различных направлениях.

Таким образом, построение теории упругости для жидких кристаллов было не таким уж простым делом и нельзя было теорию, развитую для кристаллов, непо-средственно применить к жидким кристаллам.

Теория упругости жидких кристаллов, описывающая их как сплошную среду, т. е. претендую-щая только на описание свойств ЖК, усредненных по расстояниям больше межмолекулярных, приводит к вы-воду, что минимальная энергия жидкого кристалла соот-ветствует отсутствию деформаций в нем.

Электронная игра, электронный словарь и телевизор на жк»

Известно, какой популярностью у молодежи пользу-ются различные электронные игры, обычно устанавлива-емые в специальной комнате аттракционов в местах об-щественного отдыха или фойе кинотеатров. Успехи в разработке матричных жидкокристаллических дисплеев сделали возможным создание и массовое производство подобных игр в миниатюрном, так сказать, карманном ис-полнении. Например, всем хорошо знакома игра «Ну, погоди!», ос-военная отечественной промышленностью. Габариты этой игры, как у записной книжки, а основным ее эле-ментом является жидкокристаллический матричный дис-плей, на котором высвечиваются изображения волка, зай-ца, кур и катящихся по желобам яичек. Задача играюще-го, нажимая кнопки управления, заставить волка, пере-мещаясь от желоба к желобу, ловить скатывающиеся с желобов яички в корзину, чтобы не дать им упасть на землю и разбиться. Здесь же отметим, что, помимо раз-влекательного назначения, эта игрушка выполняет роль часов и будильника, т. е. в другом режиме работы на дисплее «высвечивается» время и может подаваться зву-ковой сигнал в требуемый момент времени.

Еще один впечатляющий пример эффективности со-юза матричных дисплеев на жидких кристаллах и микро-электронной техники дают современные электронные словари, которые начали выпускать в Японии. Они пред-ставляют собой миниатюрные вычислительные машинки размером с обычный карманный микрокалькулятор, в память которых введены слова на двух (или больше) языках и которые снабжены матричным дисплеем и кла-виатурой с алфавитом. Набирая на клавиатуре слово на одном языке, вы моментально получаете на дисплее его перевод на другой язык. Представьте себе, как улучшит-ся и облегчится процесс обучения иностранным язы-кам в школе и в вузе, если каждый учащийся будет снаб-жен подобным словарем) А наблюдая, как быстро изде-лия микроэлектроники внедряются в нашу жизнь, можно с уверенностью сказать, что такое время не за горами) Легко представить и пути дальнейшего совершенствова-ния таких словарей-переводчиков: переводится не одно слово, а целое предложение. Кроме того, перевод мо-жет быть и озвучен. Словом, внедрение таких словарей-переводчиков сулит революцию в изучении языков и технике перевода.

Жидкие кристаллы сегодня и завтра. Многие оптиче-ские эффекты в жидких кристаллах, о которых рассказы-валось выше, уже освоены техникой и используются в изделиях массового производства. Например, всем из-вестны часы с индикатором на жидких кристаллах, но не все еще знают, что те же жидкие кристаллы использу-ются для производства наручных часов, в которые встро-ен калькулятор. Тут уже даже грудно сказать, как на-звать такое устройство, то ли часы, то ли компьютер. Но это уже освоенные промышленностью изделия, хотя всего десятилетия назад подобное казалось нереальным. Перспективы же будущих массовых и эффективных при-менений жидких кристаллов еще более удивительны. По-этому стоит рассказать о нескольких технических идеях применения жидких кристаллов, которые пока что не реализованы, но, возможно, в ближайшие несколько лет послужат основой создания устройств, которые станут для нас такими же привычными, какими, скажем, сейчас являются транзисторные приемники.

Оптический микрофон.

В системах оптической обработки информации и связи возникает необходимость преобразовывать не только световые сигналы в световые, но и другие самые разнообразные воздействия в световые сигналы. Такими воздействиями могут быть давление, звук, температура, деформация и т. д. И вот для преобразования этих воз-действий в оптический сигнал жидкокристаллические ус-тройства оказываются опять-таки очень удобными и пер-спективными элементами оптических систем.

Конечно, существует масса методов преобразовывать перечисленные воздействия в оптические сигналы, одна-ко подавляющее большинство этих методов связано сна-чала с преобразованием воздействия в электрический сигнал, с помощью которого затем можно управлять световым потоком. Таким образом, методы эти двусту-пенчатые и, следовательно, не такие уж простые и эко-номичные в реализации. Преимущество применения в этих целях жидких кристаллов состоит в том, что с их помощью самые разнообразные воздействия можно не-посредственно переводить в оптический сигнал, что уст-раняет промежуточное звено в цепи воздействие -- све-товой сигнал, а значит, вносит принципиальное упроще-ние в управление световым потоком. Другое достоинст-во ЖК-элементов в том, что они легко совместимы с уз-лами волоконно-оптических устройств.

Чтобы проиллюстрировать возможности с помощью ЖК управлять световыми сигналами, расскажем о прин-ципе работы «оптического микрофона» на ЖК -- устрой-ства, предложенного для непосредственного перевода акустического сигнала в оптический.

Принципиальная схема устройства оптического мик-рофона очень проста. Его активный элемент представляет собой ориентированный слой нематика. Звуковые колебания создают периодические во времени деформации слоя, вызывающие также переориентации молекул и модуляцию поляризации (интенсивности) проходящего поляризованного светового потока.

Исследования характеристик оптического микрофона на ЖК показали, что по своим параметрам он не уступает су-ществующим образцам и может быть использован в оп-тических линиях связи, позволяя осуществлять непосред-ственное преобразование звуковых сигналов в оптиче-ские. Оказалось также, что почти во всем температурном интервале существования нематической фазы его акустооптические характеристики практически не изменяются

Как сделать стереотелевизор. В качестве еще одного заманчивого, неожиданного и касающегося практически всех применений жидких кристаллов стоит назвать идею создания системы стереотелевидения с применением жидких кристаллов. Причем, что представляется особен-но заманчивым, такая система «стереотелевидения на жидких кристаллах» может быть реализована ценой очень простой модификации передающей телекамеры и до-полнением обычных телевизионных приемников специ-альными очками, стекла которых снабжены жидкокристаллическими   фильтрами.

Идея этой системы стереотелевидения чрезвычайно проста. Если учесть, что кадр изображения на телеэкра-не формируется построчно, причем так, что сначала вы-свечиваются нечетные строчки, а потом четные, то с по-мощью очков с жидкокристаллическими фильтрами лег-ко сделать так, чтобы правый глаз, например, видел толь-ко четные строчки, а левый -- нечетные. Для этого доста-точно синхронизировать включение и выключение жидко-кристаллических фильтров, т. е. возможность восприни-мать изображение на экране попеременно то одним, то другим глазом, делая попеременно прозрачным то одно, то другое стекло очков с высвечиванием четных и нечет-ных строк.

Теперь совершенно ясно, какое усложнение передаю-щей телекамеры даст стереоэффект телезрителю. На-до, чтобы передающая телекамера была стерео, т. е. чтобы она обладала двумя объективами, соответствую-щими восприятию объекта левым и правым глазом чело-века, четные строчки на экране формировались с по-мощью правого, а нечетные -- с помощью левого объ-ектива передающей камеры.

Система очков с жидкокристаллическими фильтра-ми -- затворами, синхронизированными с работой телеви-зора, может оказаться непрактичной для массового при-менения. Возможно, что более конкурентоспособной ока-жется стереосистема, в которой стекла очков снабжены обычными поляроидами. При этом каждое из стекол оч-ков пропускает линейно-поляризованный свет, плоскость поляризации которого перпендикулярна плоскости поля-ризации света, пропускаемого вторым стеклом. Стерео же эффект в этом случае достигается с помощью жидко-кристаллической пленки, нанесенной на экран телевизо-ра и пропускающей от четных строк свет одной линей-ной поляризации, а от нечетных -- другой линейной по-ляризации, перпендикулярной первой.

Какая из описанных систем стереотелевидения будет реализована или выживет совсем другая система, покажет   будущее.

Очки для космонавтов.

Рассматривая маску для электросварщика и очки для стереотелевидения, мы заметили, что в этих устройствах управляемый жидкокристаллический фильтр перекрывает сразу все поле зрения одного или обоих глаз. Между тем сущест-вуют ситуации, когда нельзя перекрывать все поле зрения человека и в то же время необходимо перекрыть от-дельные участки поля зрения.

Такая необходимость может возникнуть у космонавтов в условиях их работы в космосе при чрез-вычайно ярком солнечном освещении, не ослабленном ни атмосферой, ни облачностью. Эту задачу как в случае маски для электросварщика или очков для стереотеле-видения позволяют решить управляемые жидкокристаллические   фильтры.

Очки в этом случае усложняются тем, что поле зрения каждого глаза теперь должен перекрывать не один фильтр, а несколько независимо управляемых фильтров. Например, фильтры могут быть выполнены в виде концентрических колец с центром в центре стекол очков или в виде полосок на стекле очков, каждая из которых при включении перекрывает только часть поля зрения глаза.

Эти очки могут быть полезны не только космонав-там, но и людям других профессий, работа которых мо-жет быть связана не только с ярким нерассеянным осве-щением, но и с необходимостью воспринимать большой объем зрительной информации.

Так, в кабине пилота современного самолета огромное количество панелей приборов. Однако не все из них нужны пилоту одновременно. Поэтому использо-вание пилотом очков, ограничивающих поле зрения, мо-жет быть полезным и облегчающим его работу, так как помогает сосредоточивать его внимание только на части нужных в данный момент приборов и устраняет отвлека-ющее влияние не нужной в этот момент информации.

Очки такого плана будут очень полезны также в биоме-дицинских исследованиях работы оператора, связанной с восприятием большого количества зрительной инфор-мации. В результате таких исследований можно выявить скорость реакции оператора на зрительные сигналы, оп-ределить наиболее трудные и утомительные этапы в его работе и в конечном итоге найти способ оптимальной организации его работы. Последнее значит определить на-илучший способ расположения панелей приборов, тип индикаторов приборов, цвет и характер сигналов различ-ной степени важности.

Такие фильтры и индикаторы на жидких кристаллах, несомненно, найдут (и уже находят) широкое применение в кино-, фотоаппаратуре. В этих целях они привлекательны тем, что для управления ими требуется ничтожное количество энергии, а в ряде случаев позво-ляют исключить из аппаратуры детали, совершающие механические движения. А как известно, механические системы часто оказываются наиболее громоздкими и не-надежными.

К таким деталям, прежде всего, относятся диафрагмы, фильт-ры -- ослабители светового потока, наконец, прерывате-ли светового потока в киносъемочной камере, синхрони-зованные с перемещением фотопленки и обеспечиваю-щие покадровое ее экспонирование.

В качестве прерывателей и фильтров-ос-лабителей естественно использовать ЖК-ячейки, в кото-рых под действием электрического сигнала изменяется пропускание света по всей их площади. Для диафрагм без механических частей -- системы ячеек в виде кон-центрических колец, которых могут под действием элек-трического сигнала изменять площадь пропускающего свет прозрачного окна. Следует также отметить, что сло-истые структуры, содержащие жидкий кристалл и фото-полупроводник, т. е. элементы типа управляемых оп-тических транспарантов, могут быть использованы не только в качестве индикаторов, например, экспозиции, но и для автоматической установки диафрагмы в кино-, фотоаппаратуре.

Широкое внедрение обсуждаемых устройств в массовую продукцию при всей принципиальной простоте зависит от ряда технологических вопросов, связанных с обеспечением длительного срока работы ЖК-элементов, их работы в широком температурном интервале, на-конец, конкуренции с традиционными и устоявшимися техническими решениями и т. д. Однако, решение всех этих проблем   --   это только вопрос времени, и скоро, на-верное, трудно будет себе представить совершенный фо-тоаппарат, не содержащий ЖК-устройства.

Список используемой литературы:

1. В. де Же. Физические свойства жидкокристаллических веществ.  

2. Гросберг А.Ю., Хохлов А.Р. Статистическая физика макромолекул М

3. С.Чандрасекар "Жидкие кристаллы".

4. Ландау Л.Д., Лифшиц Б.М. Теоретическая физика. Т.5. Статистическая     физика.  

5. П. де Жен "Физика жидких кристаллов",  


Скачать работу можно здесь Скачать работу "Жидкие кристаллы. Свойства, история, применение" можно здесь
Сколько стоит?

Рекомендуем!

база знанийглобальная сеть рефератов