Жидкие кристаллы

Жидкий кристалл – специфическое агрегатное состояние, характерное для некоторых веществ, в котором проявляются одновременно свойства кристаллических твёрдых тел и жидкостей.

По способу получения жидкие кристаллы делят на два типа: термотропные и лиотропные. Термотропные кристаллы получают изменением температуры, а лиотропные растворением одного вещества в другом (в большинстве случаев – в воде). Строительными блоками – структурными единицами в термотропных жидких кристаллах являются молекулы вытянутой (рис. 1) или дискообразной формы, а в лиотропных – конгломераты амфифильных молекул – мицелл, имеющих форму камышин или дисков (рис. 2).

Жидкие кристаллы, подобно обычной жидкости, обладают текучестью, то есть не имеют чётких границ. Однако в них имеется пространственное упорядочение молекул или мицелл, хотя и не такое чёткое, как в обычных кристаллах (то есть отсутствует жёсткая решётка). Жидкие кристаллы имеют и самостоятельные свойства, например, способность ориентироваться под воздействием внешних электрических и магнитных полей.

Рис. 1. Расположение молекул в термотропных жидких кристаллах: а) в нематиках и б) в смектиках

Рис. 2. Расположение молекул в дискотической мицелле лиотропного жидкого кристалла

По свойствам упорядочения жидкие кристаллы делятся на виды, основными из которых являются нематики и смектики (ламеллярные фазы для лиотропных жидких кристаллов).

Нематики характеризуются отсутствием трансляционного порядка в расположении центров инерции структурных единиц (рис. 1а, рис. 3а). Ориентация этих единиц может флуктуировать (качательные движения) относительно среднего направления главных осей структурных единиц, называемого директором (рис. 4). Смектики (ламеллярные фазы) являются более упорядоченными объектами, чем нематики, что выражается в слоевом расположении молекул или мицелл (рис. 1б, рис. 3б).

Рис. 3. Расположение дискотических мицелл: а) в нематической фазе и б) в ламеллярной фазе лиотропного жидкого кристалла

Рис. 4. Флуктуации (качательные движения) главной оси дискотической мицеллы относительно директора . – вектор, проведенный вдоль главной оси, совпадающий по направлению с нормалью к плоской поверхности мицеллы