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
Оценка (голосов: 3)

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

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


Подобные документы

  • 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], добавлен 17.11.2012

  • Общая характеристика поверхностных явлений в жидких кристаллах. Рассмотрение отличительных особенностей смектических жидких кристаллов, различных степеней их упорядочения. Исследование анизотропии физических свойств мезофазы, степени упорядочения.

    реферат [655,6 K], добавлен 10.10.2015

  • 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], добавлен 08.05.2012

  • 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], добавлен 27.12.2010

  • 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], добавлен 27.05.2010

  • 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], добавлен 15.10.2013

  • 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], добавлен 07.06.2013

  • 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], добавлен 18.11.2010

  • 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], добавлен 08.04.2012

  • Спектроскопия молекул в инфракрасном диапазоне. Особенности исследования щелочно-галоидных кристаллов и молекул в матричной изоляции. Специфический характер взаимодействия заряженных молекул между собой и с окружающими их ионами кристалла; спектр газа.

    практическая работа [348,7 K], добавлен 10.01.2016

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",  

Работа, которую точно примут
Сколько стоит?

Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д.
PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах.
Рекомендуем скачать работу.