Ім'я файлу: рідкі кристали.docx
Розширення: docx
Розмір: 74кб.
Дата: 17.11.2021
скачати


Міністерство освіти і науки України

Міжнародний гуманітарний університет

Кафедра медичної хімії та біології

Реферат

на тему

«Рідкі кристали, методи отримання, властивості і застосування »

Виконала студентка 1 курсу, групи 11 академічна

Фармація. Промислова фармація

Жаброва Жанна Анатоліївна

Одеса 2021

Зміст

Ессе ……………………………………….………………………..…. 3

Вступ…………………………………………. .……………………… 4

1.Способи одержання рідких кристалів…………………. …….……5

2.Властивості і характеристики…….…………………….…………. 8

3. Термічні властивості……………………………………….……….9

4.Застосуваня. Рідкокристалічним дисплей…..…………………….10

Список літератури…………………………………………………… 12

Ессе

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

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 подібні 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.

Вступ

В наш час, час науково-технічної революції, дослідження науки так стрімко упроваджуються в матеріальне виробництво та життя, що іноді складаються парадоксальні ситуації. А саме яке-небудь фізичне явище, що послужило основою нового виду виробництва, інтенсивно впроваджуються в техніку та побут, однак знання про це явище та його відомість в широких колах явно недостатньо.

Подібна ситуація складається з рідкими кристалами та знаннями про них. Зараз пристрої, що засновані на основі рідких кристалів, стрімко впроваджуються в техніку відображення інформації. Почалось масове впровадження пристроїв, що містять рідкі кристали, в побут. Перспективи масового впровадження рідких кристалів в наше життя ще більш багатообразні та масштабні: від термометрів до телевізорів. Процес впровадження наукових досліджень в практику та масове виробництво йде тут настільки швидко, що відповідні досягнення та відомості не знайшли поки що належного відображення навіть в програмах вузів. Тим часом рідкі кристали, або рідкокристалічний стан речовини, з фізичної точки зору є самостійний фазовий стан, не менш важливий і цікавий, ніж усім добре відомий стан речовини: твердий, рідкий та газоподібний. В деяких відносинах, в пізнавальному аспекті, воно є навіть цікавішим.

Наука та її досягнення активно впливають на наше життя, тому, як правило, підвищений науковий інтерес до того чи іншого об'єкту чи явища означає, що цей об'єкт чи явище представляє великий практичний інтерес. В цьому відношенні не є виключенням й рідкі кристали. Цікавість до них перш за все обумовлена можливостями їх ефективного застосування в ряді галузей виробничої діяльності. Впровадження рідких кристалів означає економічну ефективність, простоту, зручність. В даній роботі розглянемо структуру рідких кристалів, їх властивості та застосування їх в нашому житті.

1.способи одержання рідких кристалів

Необхідною умовою прояву мезоморфізму є існування геометричної анізотропії молекул. які повинні бути довгими і порівняно вузькими. залежно від геометрії молекул система може проходити через одну або кілька мезофаз до переходу в ізотропну рідину. переходи в ці проміжні стани можуть спричинятися суто термічними процесами (термотропний мезоформізм) або впливом розчинника (ліотропний мезоформізм).

У рідких кристалів після досягнення певної температури руйнується тривимірна гратка, але вони після цього не переходять у рідкий ізотропний стан, а зберігають дво- або одновимірну впорядкованість внаслідок анізотропії молекул. відкриття рідких кристалів було пов’язано з тим, що при плавленні речовин замість прозорого розплаву утворюється мутний. мутність його зумовлена невпорядкованим подвійним променезаломленням подібно до кристалів кварцу та ісландського шпату. з підвищенням температури у таких речовин спостерігається перехід до звичайного ізотропного прозорого розплаву.

Я
к уже зазначалося, за способом одержання рідкі кристали поділяють на термотропні і ліотропні. термотропні рідкі кристали утворюються при нагріванні твердих кристалів або охолодженні ізотропної рідини і існують у певному інтервалі температур. ліотропні рідкі кристали утворюються при розчиненні твердих органічних речовин у різних розчинниках, наприклад у воді. термотропні і ліотропні рідкі кристали мають кілька модифікацій рідкокристалічних фаз, кожній з яких на фазовій діаграмі відповідає певна область. температурний інтервал існування рідкокристалічних фаз залежить від речовини і може знаходитись як при низьких (до -60°с), так і при високих температурах (до 400°с).

Рис1

на рис. 1 зображено молекулу типового термотропного рідкого кристала, що подібна до стержня. характерним для таких кристалів є наявність двох або трьох бензольних кілець. до ліотропних рідких кристалів належать системи мило–вода; це розчин так званих амфифільних сполук. кожна молекула таких речовин має полярну „голову”, яка розчинна у воді і нерозчинна у вуглеводах. друга частина молекули – це вуглеводневий ланцюжок, який не розчиняється у воді. це призводить до виникнення ламелярних (шаруватих) фаз у водних розчинах. в яких полярні „голови” повернуті до прошарків води, а вуглеводневі ланцюжки повернуті один до одного, утворюючи бішар (рис. 2).




рис.2

напрям переважаючого орієнтування молекул характеризують одиничним вектором l, який називають директором.

2.. Властивості і характеристики

Як варто розглянути дві перші змінні властивості кристалів – в’язкість та густина. незвичайність їх полягає в тому, що зміна цих властивостей нелінійна, тобто відбувається по кривій, в залежності від зовнішнього впливу, наприклад, температури. також вона може фіксуватися в якійсь певній точці впливу. іншими словами, при необхідності можна «включати» то один набір характеристик, то інший.

Не менш цікавою є і тема оптичних властивостей. проходячи через деякі види рідких матеріалів, світло працює так само, як і у твердих. тобто розщеплюється на два напрямки – незвичайний і звичайний. напрямок поляризації першого збігається з напрямком оптичної осі кристала, а другого — перпендикулярний йому. при правильному використанні цієї особливості можна за допомогою зовнішніх впливів управляти переходом світла через матеріал.

властивості рідких кристалів притаманні рідинам:

·        приймають форму посудини;

·        відсутня кристалічна гратка, тому течуть;

·        володіють в’язкістю.

властивості рідких кристалів притаманні кристалам:

·        наявність порядку просторової орієнтації молекул;

такий порядок в орієнтації проявляється в тому, що довгі осі молекул у рідкокристалічному зразку орієнтовані однаково. цей напрямок називається директором. це неповний порядок, як у справжніх кристалах, але він суттєво впливає на фізичні властивості речовини в цьому стані;

·        анізотропність (тобто залежність властивостей електричних, оптичних, теплових від напрямку). зокрема, внаслідок оптичної анізотропії рідкі кристали є двохзаломлюючим середовищем. явище двох заломлення – це типовий кристалічний ефект, який полягає в тому, що швидкість світла в кристалі залежить від орієнтації площини поляризації світла.

Рідкі кристали мають широке практичне застосування. однією із властивостей рідких кристалів є залежність їхнього кольору від температури.Цю властивість використовують для вимірювання температури. із сумішей рідкокристалічних речовин виготовляють температурні індикатори в інтервалі температур від -20 до +250 °с. індикатор являє собою тонку гнучку плівку з рідкого кристала. при накладенні плівки на поверхню предмета за кольором індикатора можна визначити температуру предмета, її зміну з часом.

3. Термічні властивості

Рідкокристалічну фазу можна отримати двома шляхами: плавленням відповідної кристалічної речовини – тоді річ іде про термотропні рідкі кристали, або розчиненням речовини, здатної давати ліотропні рідкі кристали.

Нагрівання речовини, що знаходиться при нормальних умовах в кристалічному стані, до мезоморфного приводять до ряду фазових переходів при температурах т0, т1, т2, …, тпр, де т0 – температура плавлення кристалів з утворенням мезоморфної фази, а тпр – температура просвітління або зникнення рідкокристалічної фази та переходу її в ізотропну рідину. температури т1, т2 … – точки можливих полімезоморфних перетворень всередині рідкокристалічної фази.

Температури фазових переходів для однієї й тої ж речовини розрізняються в залежності від напрямку температурних змін, тобто для нагрівання та охолодження. в зв’язку з легкістю переохолодження мезоморфної фази особливо помітна різниця в температурі т0 при нагріванні та охолодженні. послідовність перетворень, яку перетерплює речовина при нагріванні та охолодженні, також не завжди збігається. фазові перетворення в речовинах, що утворюють мезоморфний стан тільки при охолодженні, називаються монотропними, в відмінності від енантіотропних перетворень, що спостерігаються як при нагріванні, так і при охолодженні речовини.

Дуже часто на практиці необхідно розширити температурний діапазон мезофази або збільшити різницю тпр – т0 між температурою просвітління або плавлення рідкого кристала. з цією ціллю різні рідкі кристали перемішують в таких пропорціях, щоб утворилась евтектична суміш. температура плавлення т0 такої суміші має різко виражений мінімум, який нижче температури плавлення кожного з компонентів. величина температури просвітління буде проміжною між температурами просвітління кожного з компонентів суміші.

4. Застосування рк. Рідкокристалічний дисплей.

Одне з важливих напрямків використання рідких кристалів – термографія. підбираючи склад рідкокристалічного речовини, створюють індикатори для різних діапазонів температури і для різних конструкцій. наприклад, рідкі кристали у вигляді плівки наносять на транзистори, інтегральні схеми та друковані плати електронних схем. несправні елементи – сильно нагріті або холодні, непрацюючі – відразу помітні по яскравим колірним плям.

Найбільш багатообіцяюча область застосування рідкокристалічних речовин – інформаційна техніка. від перших індикаторів, знайомих всім по електронному годиннику, до кольорових телевізорів з рідкокристалічним екраном розміром з поштову листівку минуло лише кілька років.такі телевізори дають зображення дуже високої якості, споживаючи меншу кількість енергії.

Через 80 років після відкриття такого стану речовини, як рідкий кристал дві незалежні одна від одної групи вчених із rcalabs і kent (юта) створили перший рідкокристалічний дисплей на основі узагальнення результатів впливу на кристали електричними зарядами. спочатку рідкокристалічні екрани використовувалися в годинниках. до 1984-го вдалося поліпшити розрізнювальну здатність рідких кристалів, що дозволило передавати зображення, а не тільки текст. таким чином з’явилися ноутбуки.

Станом на сьогодні одне з найпоширеніших застосувань рідких кристалів є рідкокристалічний дисплей.

Рідкокристалічний дисплей (англ. liquid crystal display, lcd) — електронний пристрой візуального відображення інформації (дисплей), принцип дії якого ґрунтується на явищі електричного переходу фредерікса в рідких кристалах. дисплей складається з довільної кількості кольорових або монохромних точок (пікселів), і джерела світла або відбивача (рефлектора).

Кожна з кольорових точок рідкокристалічного дисплея складається з кількох комірок (як правило, з трьох), попереду яких встановлюються світлові фільтри (найчастіше — червоний, синій і зелений). тобто колір певної точки і її яскравість визначається інтенсивностями світіння комірок, з яких вона складається.

Керування кожною рідкокристалічною коміркою здійснюється з допомогою напруги, яку подає на комірку один з транзисторів тонкої підкладки (tft — абревіатура англійського виразу «thin film transistors»).

Рідкокристалічні дисплеї мають низьке енергоспоживання, тому вони знайшли широке застосування, як в кишенькових пристроях (годинниках, мобільних телефонах, кишенькових комп'ютерах), так і в комп'ютерних моніторах, телевізорах тощо. Піксель складається з: кольорового фільтра; горизонтального поляризатора; оточеного двома шарами скла рідкокристалічного шару, який здатен змінювати свою поляризацію; вертикального фільтра.

Екран lcd є масивом маленьких сегментів (пікселів), котрими можна маніпулювати для відображення інформації. lcd має кілька шарів, де ключову роль грають дві панелі, зроблені з вільного від натрію і дуже чистого скляного матеріалу, який називають субстратом або підкладкою. проміжок між шарами заповнений тонким шаром рідкого кристалу. на панелях є борозенки, що надають їм спеціальної орієнтації. борозенки розташовані паралельні між собою в межах кожної панелі, але борозенки однієї панелі перпендикулярні до борозенок іншої. поздовжні борозенки утворюються внаслідок нанесення на скляну поверхню тонких плівок прозорого пластику, що потім спеціальним чином обробляється.

Список літератури

  1. Вступ : https://works.doklad.ru/view/87vbsM0uKi4/all.html

  2. Ессе: https://probapera.org/publication/13/56626/ridki-krystaly.html

  3. Способи використання. Властивості та одержання : https://infopedia.su/8x9c0b.html




скачати

© Усі права захищені
написати до нас