Жидкие кристаллы в технике

1.

ЖИДКИЕ КРИСТАЛЛЫ В
ТЕХНИКЕ
Кердоль Алина 10а

2.

КРИСТАЛЛЫ
• Внутренняя упорядоченность кристаллов обуславливается наличием кристаллической
решетки, которая отражает строгую повторяемость структурных частиц кристалла. Строение
кристаллов подчиняется законам симметрии, чего нет в жидкостях и газах. Благодаря наличию
кристаллической решетки кристаллы являются анизотропными средами. Если располагать
кристалл под разными углами относительно падающего на него луча света и измерять
коэффициент преломления, то он будет меняться в зависимости от положения кристалла.

3.

МЕЗОМОРФНЫЕ ВЕЩЕСТВА
• Вещества, способные в определенном температурном интервале выше точки
плавления сочетать одновременно свойства жидкостей (текучесть, способность к
образованию капель) и свойства кристаллических тел (анизотропию,
упорядоченность), стали называть жидкими кристаллами или
жидкокристаллическими.
• Также жидкие кристаллы часто называют мезоморфными веществами, а фазу,
которая существует между точкой плавления и точкой просветления, - мезо-фазой.

4.

ЧТО ТАКОЕ ЖИДКИЕ КРИСТАЛЛЫ?
• Жидкий кристалл – это такое фазовое
состояние, во время которого вещество
одновременно обладает как свойствами
жидкостей, так и свойствами кристаллов. То
есть они обладают текучестью, и вместе с тем
им присуща анизотропия – различие свойств
данной среды в зависимости от направления
внутри нее.
Жидкие кристаллы — графическая визуализация

5.

ОСОБЕННОСТЬ
• Жидкие кристаллы имеют структуру
вязких жидкостей, которая состоит из
молекул дискообразной формы.
Ориентация данных молекул может
изменяться при взаимодействии с
электрическими полями.

6.

ИСТОРИЯ ОТКРЫТИЯ
• В 1888-м году австрийский ботаник
Фридерих Рейнитцер выяснил, что у
некоторых типов кристаллов имеется
две точки плавления, из чего следует,
что существует два различных жидких
состояния, в одном из которых
вещество прозрачное, а в другом –
мутное.

7.

8.

ЖИДКИЕ КРИСТАЛЛЫ.
ДВЕ ОСНОВНЫЕ ГРУППЫ
Термотропные
• Образовываются вследствие разогрева
твердого вещества. Способны
существовать в условиях определенной
температуры и давления. Их разделяют
на три типа, в зависимости от
расположения молекул:
Лиотропные
• Образовываются в смесях, состоящих
из стержневидных молекул данного
вещества и полярных растворителей
(например, воды).

9.

10.

ТЕРМОТРОПНЫЕ ЖК
Смектики
Нематики
Самые упорядоченные
жидкие кристаллы.
Молекулы располагаются
слоями и имеют
подвижность в пределах
каждого слоя
Центры тяжести молекул
расположены хаотично
(трансляционная симметрия
отсутствует)
Холестерики
Самый сложно организованный.
Он представляет собой
нематические слои, закрученные
в пространстве. При переходе от
одного слоя к другому директор
поворачивается на малый угол.
Расстояние, между слоями, в
которых направление директора
совпадает, называют шагом
спирали.

11.

ПРИМЕНЕНИЕ

12.

ПРИМЕНЕНИЕ ЖИДКИХ КРИСТАЛЛОВ
ЖК-ДИСПЛЕИ
• Прежде всего следует отметить не
наиболее полезное, но наиболее
известное применения ЖК (жидких
кристаллов) – жидкокристаллические
дисплеи. Иногда они называются LCDдисплеи. В век гаджетов такие дисплеи
присутствуют практически в любом
электронном устройстве
Структура жидкокристаллического дисплея

13.

В ЭЛЕКТРОННЫХ ПРИБОРАХ
• Электрооптические свойства жидких
кристаллов широко используют в
системах обработки и отображения
информации, в буквенно-цифровых
индикаторах (электронные часы,
микрокалькуляторы, дисплеи и т. п.),
оптических затворах и других
светоклапанных устройства

14.

ТЕРМОГРАФИЯ
Менее популярное, но более важное
применение ЖК – это термография.
Термография позволяет получить
тепловое изображение объекта, в
результате регистрации инфракрасного
излучения – тепла. Инфракрасные
приборы ночного зрения используются
пожарными, в случае задымления
помещения, с целью обнаружения
пострадавших в пожаре. Также они нашли
применение у служб безопасности и
военных служб
Применение термографии в
обслуживании линий электропередач

15.

КАК ЭТО РАБОТАЕТ?
• Подбирая состав жидкокристаллического
вещества, создают индикаторы для разных
диапазонов температуры и для различных
конструкций. Например, жидкие кристаллы
в виде плёнки наносят на транзисторы,
интегральные схемы и печатные платы
электронных схем. Неисправные элементы
— сильно нагретые или холодные (т.е.
неработающие) — сразу заметны по ярким
цветовым пятнам.

16.

ТЕРМОГРАФИЯ В МЕДИЦИНЕ
• Также термография используется при
медицинской визуализации, в основном
для наблюдения молочных желез. Это
позволяет обнаруживать различные
онкологические заболевания, вроде
рака молочной железы.
• Помимо этого, ЖК-индикаторы,
расположенные на коже пациента,
позволяют обнаруживать воспаления и
опухоли у человека.
Компьютерная термография в медицине

17.

ЭЛЕКТРОННЫЕ ИНДИКАТОРЫ
• Индикаторы из жидких кристаллов
используют и для обнаружения паров
различных вредных химических
соединений, а также обнаружения
ультрафиолетового и гамма-излучения.
С применением ЖК разрабатываются
детекторы ультразвука и измерители
давления.
Алкотестер на основе жидкокристаллического
индикатора паров

18.

МОЛЕКУЛЯРНАЯ БИОЛОГИЯ
• Помимо прямого применения ЖК в перечисленных выше сферах, следует отметить,
что жидкие кристаллы во многом похожи на некоторые клеточные структуры, и
иногда присутствуют в них. В силу своих диэлектрических свойств жидкие
кристаллы регулируют взаимоотношения внутри клетки, между клетками и
тканями, а также между клеткой и окружающей средой. Таким образом, изучение
природы и поведения жидких кристаллов может привнести вклад в молекулярную
биологию.

19.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ
• Некоторые вещества в
жидкокристаллическом состоянии
способны смешиваться между собой и
образовывать жидкие кристаллы,
обладающие различными структурами
и свойствами. Это расширяет диапазон
их использования в технике.