Жидкий кристалл - Википедия - Liquid crystal

Шлирен текстура жидкого кристалла нематический фаза

Жидкие кристаллы (ЖК) площадь состояние дела который имеет свойства между обычными жидкости и твердые кристаллы. Например, жидкий кристалл может течь как жидкость, но его молекулы может быть ориентирован как кристалл. Есть много разных типов жидкокристаллических фазы, которые можно отличить по разным оптический свойства (такие как текстуры ). Контрастные области на текстурах соответствуют областям, в которых молекулы жидкого кристалла ориентированы в разные стороны. Однако внутри домена молекулы хорошо упорядочены. ЖК-материалы не всегда могут находиться в жидкокристаллическом состоянии вещества (так же, как вода может превращаться в лед или водяной пар).

Жидкие кристаллы можно разделить на термотропный, лиотропный и металлотропные фазы. Термотропные и лиотропные жидкие кристаллы состоят в основном из Органические молекулы, хотя известны и некоторые минералы. Термотропные ЖК проявляют фаза перехода в жидкокристаллическую фазу при изменении температуры. Лиотропные ЖК демонстрируют фазовые переходы как функции температуры, так и концентрация молекул жидкого кристалла в растворитель (обычно вода). Металлотропные ЖК состоят как из органических, так и из неорганических молекул; их жидкокристаллический переход зависит не только от температуры и концентрации, но и от соотношения неорганический и органический состав.

Примеры жидких кристаллов можно найти как в мире природы, так и в технологических приложениях. Широко распространен Жидкокристаллические дисплеи использовать жидкие кристаллы. Лиотропные жидкокристаллические фазы широко распространены в живых системах, но их также можно найти в мире минералов. Например, многие белки и клеточные мембраны представляют собой жидкие кристаллы. Другими хорошо известными примерами жидких кристаллов являются растворы мыло и различные связанные моющие средства, так же хорошо как вирус табачной мозаики, и немного глины.

История

В 1888 г. австрийский физиолог-ботаник. Фридрих Рейнитцер, работая в Karl-Ferdinands-Universität, исследовали физико-химические свойства различных производные из холестерин которые теперь относятся к классу материалов, известных как холестерические жидкие кристаллы. Ранее другие исследователи наблюдали отчетливые цветовые эффекты при охлаждении производных холестерина чуть выше Точка замерзания, но не связал это с новым явлением. Рейнитцер считал, что цвет изменяется по производной холестерилбензоат были не самой характерной особенностью.

Химическая структура холестерилбензоат молекула

Он обнаружил, что холестерилбензоат не таять таким же образом, как и другие соединения, но имеет два точки плавления. При 145,5 ° C (293,9 ° F) он плавится в мутную жидкость, а при 178,5 ° C (353,3 ° F) он снова тает, и мутная жидкость становится прозрачной. Явление обратимое. Обращаясь за помощью к физику, 14 марта 1888 г. он написал Отто Леманн, в то время Приватдозент в Аахен. Они обменялись письмами и образцами. Леманн исследовал промежуточную мутную жидкость и сообщил, что видел кристаллиты. Венский коллега Рейнитцера фон Зефарович также указал, что промежуточная «жидкость» была кристаллической. Обмен письмами с Леманном закончился 24 апреля, оставив без ответа множество вопросов. Рейнитцер представил свои результаты с благодарностью Леману и фон Цефаровичу на заседании Венского химического общества 3 мая 1888 года.[1]

К тому времени Рейнитцер обнаружил и описал три важные особенности холестерических жидких кристаллов (название, придуманное Отто Леманом в 1904 году): наличие двух точек плавления, отражение круговой поляризованный свет, и способность вращать направление поляризации света.

После своего случайного открытия Рейнитцер не стал заниматься дальнейшими исследованиями жидких кристаллов. Исследования были продолжены Леманом, который осознал, что он столкнулся с новым явлением и был в состоянии исследовать его: в годы после докторантуры он приобрел опыт в кристаллографии и микроскопии. Леманн начал систематическое исследование сначала холестерилбензоата, а затем родственных ему соединений, демонстрирующих феномен двойного плавления. Он мог проводить наблюдения в поляризованном свете, а его микроскоп был оснащен горячим столиком (держатель образца с нагревателем), позволяющим проводить наблюдения при высоких температурах. Промежуточная мутная фаза явно поддерживала течение, но другие особенности, в частности подпись под микроскопом, убедили Леманна в том, что он имеет дело с твердым телом. К концу августа 1889 г. он опубликовал свои результаты в Zeitschrift für Physikalische Chemie.[2]

Отто Леманн

Работа Леманна была продолжена и значительно расширена немецким химиком. Даниэль Форлендер, который с начала 20 века и до выхода на пенсию в 1935 году синтезировал большинство известных жидких кристаллов. Однако жидкие кристаллы не пользовались популярностью среди ученых, и этот материал оставался чисто научным курьезом около 80 лет.[3]

После Второй мировой войны работы по синтезу жидких кристаллов были возобновлены в исследовательских лабораториях университетов Европы. Джордж Уильям Грей, выдающийся исследователь жидких кристаллов, начал исследовать эти материалы в Англии в конце 1940-х годов. Его группа синтезировала много новых материалов, которые проявляли жидкокристаллическое состояние, и разработала лучшее понимание того, как создавать молекулы, которые проявляют это состояние. Его книга Молекулярная структура и свойства жидких кристаллов.[4] стал путеводителем по этому вопросу. Одним из первых американских химиков, изучавших жидкие кристаллы, был Гленн Х. Браун, начиная с 1953 г. Университет Цинциннати а позже в Кентский государственный университет. В 1965 году он организовал первую международную конференцию по жидким кристаллам в Кенте, штат Огайо, на которой присутствовало около 100 ведущих ученых в области жидких кристаллов. Эта конференция ознаменовала начало всемирных усилий по проведению исследований в этой области, которые вскоре привели к разработке практических приложений для этих уникальных материалов.[5][6]

Жидкокристаллические материалы стали центром исследований при разработке плоских электронных дисплеев, начиная с 1962 г. RCA Лаборатории.[7] Когда физик-химик Ричард Уильямс приложил электрическое поле к тонкому слою нематический жидкого кристалла при 125 ° C, он наблюдал формирование регулярного узора, который он назвал доменами (теперь известными как домены Вильямса). Это привело его коллегу Джордж Х. Хейлмайер провести исследование плоских дисплеев на основе жидких кристаллов, чтобы заменить электронно-лучевые вакуумные трубки, используемые в телевизорах. Но пара-азоксианизол которые использовали Уильямс и Хейлмайер, демонстрируют нематическое жидкокристаллическое состояние только при температуре выше 116 ° C, что делало его непрактичным для использования в коммерческом демонстрационном продукте. Совершенно очевидно, что нужен был материал, который можно было бы использовать при комнатной температуре.

В 1966 году Джоэл Э. Гольдмахер и Джозеф А. Кастеллано, химики-исследователи из группы Heilmeier в RCA, обнаружили, что смеси, состоящие исключительно из нематических соединений, которые различались только числом атомов углерода в концевых боковых цепях, могут давать нематическую жидкость при комнатной температуре кристаллы. Трехкомпонентная смесь База Шиффа составы привели к материалу, который имел нематический диапазон 22–105 ° C.[8] Работа при комнатной температуре позволила создать первое практичное устройство отображения.[9] Затем команда приступила к приготовлению многочисленных смесей нематических соединений, многие из которых имели гораздо более низкие температуры плавления. Этот метод смешивания нематических соединений для получения широкого Рабочая Температура В конечном итоге ассортимент стал отраслевым стандартом и до сих пор используется для изготовления материалов для конкретных целей.

Химическая структура N- (4-метоксибензилиден) -4-бутиланилин (МББА) молекула

В 1969 году Гансу Келкеру удалось синтезировать вещество, имевшее нематическую фазу при комнатной температуре, MBBA, который является одним из самых популярных объектов исследования жидких кристаллов.[10] Следующий шаг к коммерциализации жидкокристаллические дисплеи был синтез других химически стабильных веществ (цианобифенилов) с низкими температурами плавления путем Джордж Грей.[11] Это работает с Кеном Харрисоном и британским MOD (RRE Malvern ) в 1973 г. привела к разработке новых материалов, что привело к быстрому внедрению ЖК-дисплеев с небольшой площадью в электронных продуктах.

Эти молекулы имеют форму стержня, некоторые из них созданы в лаборатории, а некоторые спонтанно появляются в природе. С тех пор были синтезированы два новых типа молекул ЖК: дискообразный (к Шиварамакришна Чандрасекар в Индии в 1977 г.)[12] и в форме конуса или чаши (предсказанный Луи Ламом в Китае в 1982 году и синтезированный в Европе в 1985 году).[13]

В 1991 году, когда жидкокристаллические дисплеи были уже хорошо известны, Пьер-Жиль де Жен работая в Université Paris-Sud получил Нобелевскую премию по физике «за открытие того, что методы, разработанные для изучения явлений порядка в простых системах, могут быть обобщены на более сложные формы материи, в частности, на жидкие кристаллы и полимеры».[14]

Дизайн жидкокристаллических материалов

Известно, что большое количество химических соединений имеет одну или несколько жидкокристаллических фаз. Несмотря на значительные различия в химическом составе, эти молекулы имеют некоторые общие черты по химическим и физическим свойствам. Существует три типа термотропных жидких кристаллов: дискотические, конические (шарообразные) и стержневидные молекулы. Дискотики представляют собой плоские дискообразные молекулы, состоящие из ядра соседних ароматических колец; ядро в коническом ЖК не является плоским, а имеет форму чаши для риса (трехмерного объекта).[15][16] Это дает возможность двухмерного столбчатого упорядочения как для дискотических, так и для конических ЖК. Молекулы в форме стержней имеют удлиненную анизотропную геометрию, которая позволяет предпочтительное выравнивание по одному пространственному направлению.

  • Форма молекулы должна быть относительно тонкой, плоской или конической, особенно в жестких молекулярных каркасах.
  • Длина молекулы должна быть не менее 1,3 нм, что соответствует присутствию длинной алкильной группы во многих жидких кристаллах при комнатной температуре.
  • Структура не должна быть разветвленной или угловатой, за исключением конического ЖК.
  • Низкая температура плавления является предпочтительной, чтобы избежать метастабильных монотропных жидкокристаллических фаз. Низкотемпературное мезоморфное поведение в целом технологически более полезно, и концевые алкильные группы способствуют этому.

Расширенная, структурно жесткая, сильно анизотропная форма кажется основным критерием жидкокристаллического поведения, и в результате многие жидкокристаллические материалы основаны на бензольных кольцах.[17]

Жидкокристаллические фазы

Различные жидкокристаллические фазы (называемые мезофазы ) можно охарактеризовать по типу заказа. Можно различать позиционный порядок (расположены ли молекулы в какую-либо упорядоченную решетку) и ориентационный порядок (указывают ли молекулы в основном в одном направлении), и, кроме того, порядок может быть либо ближним (только между молекулами, близкими друг к другу) или дальнего действия (вплоть до более крупных, иногда макроскопический, размеры). Большинство термотропных ЖК будут иметь изотропный фаза при высокой температуре. То есть нагрев в конечном итоге приведет их к переходу в обычную жидкую фазу, характеризующуюся случайным и изотропным молекулярным упорядочением (дальний порядок практически отсутствует), и жидкость -подобное поведение потока. В других условиях (например, при более низкой температуре) ЖК может населять одну или несколько фаз со значительными анизотропный ориентационная структура и ближний ориентационный порядок при сохранении способности течь.[18][19]

Упорядочение жидкокристаллических фаз обширно в молекулярном масштабе. Этот порядок распространяется на весь размер домена, который может быть порядка микрометров, но обычно не распространяется на макроскопические масштабы, как это часто бывает в классических кристаллический твердые тела. Однако некоторые методы, такие как использование границ или прикладной электрическое поле, можно использовать для усиления единого упорядоченного домена в макроскопическом жидком кристалле. Ориентационное упорядочение в жидком кристалле может распространяться только по одному измерение, причем материал существенно разупорядочен в двух других направлениях.[20][21]

Термотропные жидкие кристаллы

Смотрите также: Термотропный кристалл

Термотропные фазы - это те, которые возникают в определенном диапазоне температур. Если повышение температуры слишком велико, тепловое движение разрушит хрупкую кооперативную упорядоченность ЖК-фазы, переводя материал в обычную изотропную жидкую фазу. При слишком низкой температуре большинство ЖК-материалов образуют обычный кристалл.[18][19] Многие термотропные ЖК имеют множество фаз при изменении температуры. Например, при нагревании определенного типа молекулы ЖК (называемой мезоген ) может иметь различные смектические фазы, затем нематическую фазу и, наконец, изотропную фазу при повышении температуры. Примером соединения, демонстрирующего термотропное поведение ЖК, является пара-азоксианизол.[22]

Нематическая фаза

Смотрите также: Двухосный нематик и Эффект закрученного нематического поля
Выравнивание в нематической фазе.
Фазовый переход между нематической (слева) и смектической A (справа) фазами наблюдается между скрещенными поляризаторы. Черный цвет соответствует изотропной среде.

Одной из наиболее распространенных ЖК-фаз является нематик. Слово нематический исходит из Греческий νήμα (Греческий: нема), что означает «нить». Этот термин происходит от нитевидного топологические дефекты наблюдается у нематиков, которые формально называются 'дисклинации '. У нематиков также наблюдаются так называемые «ежовые» топологические дефекты. В нематической фазе пагубный или же стержневидные органические молекулы не имеют позиционного порядка, но они самоустанавливаются, чтобы иметь дальний направленный порядок с примерно параллельными своими длинными осями.[23] Таким образом, молекулы могут свободно течь, а их центры масс распределены случайным образом, как в жидкости, но при этом сохраняют свой дальний порядок направления. Большинство нематиков одноосны: у них одна ось (называемая директрисой) более длинная и предпочтительная, а две другие эквивалентны (могут быть аппроксимированы как цилиндры или стержни). Однако некоторые жидкие кристаллы двуосные нематики, что означает, что они ориентируются не только по длинной оси, но и по вторичной оси.[24] Нематики обладают текучестью, аналогичной текучести обычных (изотропных) жидкостей, но их можно легко выровнять с помощью внешнего магнитного или электрического поля. Выровненные нематики обладают оптическими свойствами одноосных кристаллов, что делает их чрезвычайно полезными в жидкокристаллические дисплеи (ЖК-дисплей).[7]

Ученые обнаружили, что электроны могут объединяться, чтобы течь вместе в сильных магнитных полях, создавая «электронную нематическую» форму материи.[25]

Смектические фазы

Схема совмещения в смектических фазах. Смектическая фаза A (слева) имеет молекулы, организованные в слои. В смектической фазе C (справа) молекулы наклонены внутри слоев.

Смектические фазы, обнаруженные при более низких температурах, чем нематик, образуют четко определенные слои, которые могут скользить друг по другу так же, как мыло. Слово «смектик» происходит от латинского слова «смектик», означающего очищающий или обладающий мыльными свойствами.[26]Таким образом, смектики располагаются в одном направлении. В фазе смектики А молекулы ориентированы по нормали к слою, а в фазе смектики С они наклонены от него. Эти фазы внутри слоев подобны жидкости. Существует много различных смектических фаз, каждая из которых характеризуется разным типом и степенью позиционного и ориентационного порядка.[18][19] Помимо органических молекул, смектическое упорядочение также встречается в коллоидных суспензиях двумерных материалов или нанолистов.[27][28]

Хиральные фазы или закрученные нематики

Схема упорядочения в хиральных жидкокристаллических фазах. Хиральная нематическая фаза (слева), также называемая холестерической фазой, и смектическая фаза C * (справа).

В хиральный нематический фазовые экспонаты хиральность (ручность). Эту фазу часто называют холестерик фазы, потому что это впервые наблюдалось холестерин производные. Только хиральные молекулы может вызвать такую ​​фазу. В этой фазе наблюдается закрутка молекул перпендикулярно директору, причем ось молекулы параллельна директору. Конечный угол закручивания между соседними молекулами обусловлен их асимметричной упаковкой, что приводит к более дальнему хиральному порядку. В смектической фазе C * (звездочка обозначает хиральную фазу) молекулы имеют позиционное упорядочение в слоистой структуре (как и в других смектических фазах), причем молекулы наклонены на конечный угол по отношению к нормали слоя. Хиральность вызывает конечное азимутальное закручивание от одного слоя к другому, создавая спиральное закручивание оси молекулы вдоль нормали слоя.[19][20][21]

Хиральная нематическая фаза; p относится к хиральному шагу (см. текст)

В хиральный шаг, p, относится к расстоянию, на котором молекулы ЖК подвергаются полному повороту на 360 ° (но обратите внимание, что структура хиральной нематической фазы повторяется через каждые полшага, так как в этом случае фазовые директора при 0 ° и ± 180 ° эквивалентны ). Шаг p обычно изменяется при изменении температуры или при добавлении других молекул к ЖК-хозяину (ахиральный ЖК-материал-хозяин образует хиральную фазу, если он легирован хиральным материалом), позволяя шагу данного материала быть настроен соответственно. В некоторых жидкокристаллических системах шаг имеет тот же порядок, что и длина волны из видимый свет. Это заставляет эти системы проявлять уникальные оптические свойства, такие как Отражение Брэгга и низкий порог лазер эмиссия[29] и эти свойства используются в ряде оптических приложений.[3][20] Для случая брэгговского отражения допускается только отражение низшего порядка, если свет падает вдоль оси спирали, тогда как при наклонном падении разрешаются отражения более высокого порядка. Холестерические жидкие кристаллы также обладают уникальным свойством отражать свет с круговой поляризацией, когда он падает вдоль оси спирали и эллиптически поляризованный если он входит наклонно.[30]

Планарная ячейка, заполненная ахиральной ЖК-матрицей, легированной оптически активным аналогом основания Трегера, помещена между парой параллельных (A) и скрещенных (B) линейных поляризаторов. Эта легированная мезогенная фаза образует самоорганизованные спиральные сверхструктуры, которые позволяют свету определенной длины волны проходить через скрещенные поляризаторы и выборочно отражают свет определенной длины волны.[31]

Синие фазы являются жидкокристаллическими фазами, которые появляются в интервале температур между хиральный нематический фаза и изотропный жидкая фаза. Голубые фазы имеют регулярную трехмерную кубическую структуру дефектов с решетка периоды в несколько сотен нанометров, и поэтому они Размышления Брэгга в диапазоне длин волн видимого света, соответствующем кубическая решетка. В 1981 году теоретически было предсказано, что эти фазы могут обладать икосаэдрической симметрией, подобной квазикристаллы.[32][33]

Хотя синие фазы представляют интерес для быстрых модуляторов света или настраиваемых фотонные кристаллы, они существуют в очень узком температурном диапазоне, обычно менее нескольких кельвины. Недавно была продемонстрирована стабилизация голубых фаз в диапазоне температур более 60 К, включая комнатную температуру (260–326 К).[34][35] Голубые фазы, стабилизированные при комнатной температуре, позволяют осуществлять электрооптическое переключение со временем отклика порядка 10−4 с.[36] В мае 2008 г. Синий фазовый ЖК-дисплей панель была разработана.[37]

Кристаллы голубой фазы, представляющие собой периодическую кубическую структуру с запрещенной зоной в видимом диапазоне длин волн, можно рассматривать как 3D фотонные кристаллы. Получение идеальных кристаллов голубой фазы в больших объемах все еще проблематично, поскольку получаемые кристаллы обычно являются поликристаллическими (пластинчатая структура) или размер монокристаллов ограничен (в диапазоне микрометров). В последнее время голубые фазы, полученные в виде идеальных трехмерных фотонных кристаллов в больших объемах, были стабилизированы и произведены с различными регулируемыми ориентациями кристаллической решетки.[38]

Дискотические фазы

Дискообразные молекулы ЖК могут ориентироваться слоем, известным как дискотическая нематическая фаза. Если диски упаковываются в стопки, фаза называется дискотичный столбчатый. Сами столбцы могут быть организованы в прямоугольные или шестиугольные массивы. Также известны хиральные дискотические фазы, подобные хиральной нематической фазе.

Конические фазы

Конические молекулы ЖК, как и в дискотиках, могут образовывать столбчатые фазы. Были предсказаны другие фазы, такие как неполярный нематик, полярный нематик, фазы стручковых бобов, пончика и лука. Конические фазы, кроме неполярного нематика, являются полярными фазами.[39]

Лиотропные жидкие кристаллы

Смотрите также: Лиотропный жидкий кристалл и Столбчатая фаза
Структура лиотропного жидкого кристалла. Красные головы молекул ПАВ контактируют с водой, а хвосты погружены в масло (синий): двухслойный (слева) и мицелла (верно).

А лиотропный жидкий кристалл состоит из двух или более компонентов, которые проявляют жидкокристаллические свойства в определенных диапазонах концентраций. в лиотропный фазы, растворитель молекулы заполняют пространство вокруг соединений, чтобы обеспечить текучесть в систему.[40] В отличие от термотропных жидких кристаллов, эти лиотропы обладают другой степенью свободы концентрации, которая позволяет им индуцировать множество различных фаз.

Состав, состоящий из двух несмешивающихся гидрофильный и гидрофобный части внутри одной молекулы называется амфифильный молекула. Многие амфифильные молекулы демонстрируют лиотропные жидкокристаллические фазовые последовательности в зависимости от объемного баланса между гидрофильной частью и гидрофобной частью. Эти структуры образуются за счет микрофазового разделения двух несовместимых компонентов в нанометровом масштабе. Мыло - это повседневный пример лиотропного жидкого кристалла.

Содержание воды или других молекул растворителя изменяет самоорганизующиеся структуры. При очень низкой концентрации амфифила молекулы будут распределены случайным образом без какого-либо упорядочения. При немного более высокой (но все еще низкой) концентрации амфифильные молекулы спонтанно собираются в мицеллы или же пузырьки. Это делается для того, чтобы «спрятать» гидрофобный хвост амфифила внутри ядра мицеллы, подвергая гидрофильную (водорастворимую) поверхность воздействию водного раствора. Однако эти сферические объекты не упорядочиваются в растворе. При более высокой концентрации сборки станут упорядоченными. Типичная фаза представляет собой гексагональную столбчатую фазу, в которой амфифилы образуют длинные цилиндры (опять же с гидрофильной поверхностью), которые образуют примерно гексагональную решетку. Это называется средней мыльной фазой. При еще более высокой концентрации может образоваться ламеллярная фаза (чистая фаза мыла), в которой протяженные листы амфифилов разделены тонкими слоями воды. Для некоторых систем кубическая (также называемая вязкой изотропной) фазой может существовать между гексагональной и ламеллярной фазами, при этом образуются сферы, образующие плотную кубическую решетку. Эти сферы также могут быть соединены друг с другом, образуя бинепрерывную кубическую фазу.

Объекты, созданные амфифилами, обычно имеют сферическую форму (как в случае мицелл), но также могут быть дискообразными (бицеллы), стержневидными или двухосными (все три оси мицелл различны). Эти анизотропные самоорганизующиеся наноструктуры могут затем упорядочиваться так же, как и термотропные жидкие кристаллы, образуя крупномасштабные версии всех термотропных фаз (например, нематическую фазу стержневидных мицелл).

Для некоторых систем при высоких концентрациях наблюдаются обратные фазы. То есть можно получить обратную гексагональную столбчатую фазу (столбики воды, инкапсулированные амфифилами) или обратную мицеллярную фазу (объемный образец жидкого кристалла со сферическими водяными полостями).

Общая последовательность фаз от низкой до высокой концентрации амфифилов:

Даже в пределах одних и тех же фаз их самоорганизующиеся структуры регулируются концентрацией: например, в ламеллярных фазах расстояния между слоями увеличиваются с увеличением объема растворителя. Поскольку лиотропные жидкие кристаллы полагаются на тонкий баланс межмолекулярных взаимодействий, их структуру и свойства анализировать сложнее, чем у термотропных жидких кристаллов.

Подобные фазы и характеристики можно наблюдать в несмешивающемся диблоке. сополимеры.

Металлотропные жидкие кристаллы

Жидкокристаллические фазы также могут быть основаны на легкоплавких неорганических фазах, таких как ZnCl2 которые имеют структуру из связанных тетраэдров и легко образуют стекла. Добавление длинноцепочечных мылообразных молекул приводит к ряду новых фаз, которые демонстрируют разнообразие жидкокристаллических свойств как в зависимости от соотношения неорганического и органического состава, так и от температуры. Этот класс материалов получил название металлотропных.[41]

Лабораторный анализ мезофаз

Термотропный мезофазы обнаружены и охарактеризованы двумя основными методами, первоначальным методом было использование термооптической микроскопии,[42][43] в котором небольшой образец материала помещался между двумя скрещенными поляризаторами; затем образец нагревали и охлаждали. Поскольку изотропная фаза не будет существенно влиять на поляризацию света, она будет казаться очень темной, в то время как кристаллическая и жидкокристаллическая фазы будут поляризовать свет равномерно, что приведет к яркости и цветовым градиентам. Этот метод позволяет охарактеризовать конкретную фазу, так как разные фазы определяются своим определенным порядком, который необходимо соблюдать. Второй способ, дифференциальная сканирующая калориметрия (DSC),[42] позволяет более точно определять фазовые переходы и энтальпии переходов. В ДСК небольшой образец нагревается таким образом, что происходит очень точное изменение температуры во времени. Во время фазовых переходов тепловой поток, необходимый для поддержания этой скорости нагрева или охлаждения, будет изменяться. Эти изменения можно наблюдать и приписывать различным фазовым переходам, например, ключевым жидкокристаллическим переходам.

Лиотропные мезофазы анализируются аналогичным образом, хотя эти эксперименты несколько сложнее, так как концентрация мезогена является ключевым фактором. Эти эксперименты проводятся при различных концентрациях мезоген чтобы проанализировать это влияние.

Биологические жидкие кристаллы

Лиотропные жидкокристаллические фазы широко распространены в живых системах, изучение которых носит название липидный полиморфизм. Соответственно, лиотропные жидкие кристаллы привлекают особое внимание в области биомиметической химии. Особенно, биологические мембраны и клеточные мембраны представляют собой форму жидкого кристалла. Составляющие их молекулы (например, фосфолипиды ) перпендикулярны поверхности мембраны, но при этом мембрана гибкая. Эти липиды различаются по форме (см. Стр. липидный полиморфизм ). Составляющие молекулы могут легко смешиваться, но имеют тенденцию не покидать мембрану из-за высокой потребности в энергии этого процесса. Молекулы липидов могут перемещаться с одной стороны мембраны на другую, причем этот процесс катализируется флиппасы и флоппасы (в зависимости от направления движения). Эти фазы жидкокристаллической мембраны могут также содержать важные белки, такие как рецепторы, свободно «плавающие» внутри или частично снаружи мембраны, например CCT.

Многие другие биологические структуры демонстрируют поведение жидких кристаллов. Например, концентрированный белок раствор, выдавливаемый пауком для создания шелк фактически является жидкокристаллической фазой. Точное расположение молекул в шелке имеет решающее значение для его известной прочности. ДНК и много полипептиды, включая активно управляемые филаменты цитоскелета,[44] может также образовывать жидкокристаллические фазы. Также было описано, что монослои удлиненных клеток демонстрируют поведение жидких кристаллов, а связанные с ними топологические дефекты связаны с биологическими последствиями, включая гибель и экструзию клеток.[45] Вместе эти биологические применения жидких кристаллов составляют важную часть текущих академических исследований.

Минеральные жидкие кристаллы

Примеры жидких кристаллов также можно найти в мире минералов, большинство из которых являются лиотропами. Первое обнаруженное было Оксид ванадия (V) Зохера в 1925 году.[46] С тех пор было открыто и подробно изучено несколько других.[47] Существование истинного нематический фаза в случае смектита глины семья была воспитана Ленгмюром в 1938 году,[48] но оставался открытым вопросом очень долгое время и только недавно подтвердился.[49][50]

С быстрым развитием нанонаук и синтезом множества новых анизотропных наночастиц, количество таких минеральных жидких кристаллов быстро увеличивается, например, углеродные нанотрубки и графен. Была даже обнаружена ламеллярная фаза H3Sb3п2О14, который демонстрирует гипервыступ до ~ 250 нм для межламеллярного расстояния.[27]

Формирование рисунка в жидких кристаллах

Смотрите также: Формирование паттерна

Анизотропия жидких кристаллов - это свойство, не наблюдаемое в других жидкостях. Эта анизотропия заставляет потоки жидких кристаллов вести себя более дифференцированно, чем потоки обычных жидкостей. Например, инжекция потока жидкого кристалла между двумя близко параллельными пластинами (вязкая аппликатура ) заставляет ориентацию молекул взаимодействовать с потоком, что приводит к появлению дендритных структур.[51] Эта анизотропия проявляется и в межфазной энергии (поверхностное натяжение ) между различными жидкокристаллическими фазами. Эта анизотропия определяет форму равновесия при температуре сосуществования и настолько сильна, что обычно появляются грани. При изменении температуры одна из фаз растет, образуя различную морфологию в зависимости от изменения температуры.[52] Поскольку рост контролируется диффузией тепла, анизотропия теплопроводности способствует росту в определенных направлениях, что также влияет на окончательную форму.[53]

Теоретическая обработка жидких кристаллов

Теоретическая микроскопическая обработка жидких фаз может стать довольно сложной из-за высокой плотности материала, а это означает, что нельзя игнорировать сильные взаимодействия, жесткие отталкивания и корреляции многих тел. В случае жидких кристаллов анизотропия во всех этих взаимодействиях еще больше усложняет анализ. Однако существует ряд довольно простых теорий, которые могут, по крайней мере, предсказать общее поведение фазовых переходов в жидкокристаллических системах.

Директор

Как мы уже видели выше, нематические жидкие кристаллы состоят из стержневидных молекул с длинными осями соседних молекул, ориентированными приблизительно друг относительно друга. Для описания этой анизотропной структуры используется безразмерный единичный вектор п называется директор, вводится для обозначения направления предпочтительной ориентации молекул в окрестности любой точки. Поскольку вдоль оси директора нет физической полярности, п и -n полностью эквивалентны.[19]

Параметр заказа

В местный нематический директор, который также является локальная оптическая ось, задается средним пространственным и временным значением длинных молекулярных осей

Описание жидких кристаллов включает анализ порядка. Симметричный бесследный тензорный параметр порядка второго ранга используется для описания ориентационного порядка нематического жидкого кристалла, хотя для описания одноосных нематических жидких кристаллов обычно достаточно скалярного параметра порядка. Чтобы сделать это количественным, параметр ориентационного порядка обычно определяется на основе среднего значения второго Полином Лежандра:

куда - угол между осью молекулы жидкого кристалла и местный директор (что является «предпочтительным направлением» в элементе объема жидкокристаллического образца, также представляющим его локальная оптическая ось ). Скобки обозначают как временное, так и пространственное среднее. Это определение удобно, поскольку для полностью случайной и изотропной выборки S = 0, тогда как для идеально выровненного образца S = 1. Для типичного жидкокристаллического образца S составляет порядка 0,3–0,8 и обычно уменьшается с повышением температуры. В частности, резкое падение параметра порядка до 0 наблюдается при фазовом переходе системы из ЖК-фазы в изотропную фазу.[54] Параметр порядка можно измерить экспериментально несколькими способами; например, диамагнетизм, двулучепреломление, Рамановское рассеяние, ЯМР и EPR можно использовать для определения S.[21]

The order of a liquid crystal could also be characterized by using other even Legendre polynomials (all the odd polynomials average to zero since the director can point in either of two antiparallel directions). These higher-order averages are more difficult to measure, but can yield additional information about molecular ordering.[18]

A positional order parameter is also used to describe the ordering of a liquid crystal. It is characterized by the variation of the density of the center of mass of the liquid crystal molecules along a given vector. In the case of positional variation along the z-axis the density is often given by:

The complex positional order parameter is defined as и the average density. Typically only the first two terms are kept and higher order terms are ignored since most phases can be described adequately using sinusoidal functions. For a perfect nematic and for a smectic phase will take on complex values. The complex nature of this order parameter allows for many parallels between nematic to smectic phase transitions and conductor to superconductor transitions.[19]

Onsager hard-rod model

Вопрос, Web Fundamentals.svgНерешенная проблема в физике:
Can the nematic to smectic (A) phase transition in liquid crystal states be characterized as a универсальный phase transition?
(больше нерешенных задач по физике)

A simple model which predicts lyotropic phase transitions is the hard-rod model proposed by Ларс Онсагер. This theory considers the volume excluded from the center-of-mass of one idealized cylinder as it approaches another. Specifically, if the cylinders are oriented parallel to one another, there is very little volume that is excluded from the center-of-mass of the approaching cylinder (it can come quite close to the other cylinder). If, however, the cylinders are at some angle to one another, then there is a large volume surrounding the cylinder which the approaching cylinder's center-of-mass cannot enter (due to the hard-rod repulsion between the two idealized objects). Thus, this angular arrangement sees a снижаться in the net positional энтропия of the approaching cylinder (there are fewer states available to it).[55][56]

The fundamental insight here is that, whilst parallel arrangements of anisotropic objects lead to a decrease in orientational entropy, there is an increase in positional entropy. Thus in some case greater positional order will be entropically favorable. This theory thus predicts that a solution of rod-shaped objects will undergo a phase transition, at sufficient concentration, into a nematic phase. Although this model is conceptually helpful, its mathematical formulation makes several assumptions that limit its applicability to real systems.[56]

Maier–Saupe mean field theory

This statistical theory, proposed by Alfred Saupe and Wilhelm Maier, includes contributions from an attractive intermolecular potential from an induced dipole moment between adjacent rod-like liquid crystal molecules. The anisotropic attraction stabilizes parallel alignment of neighboring molecules, and the theory then considers a mean-field average of the interaction. Solved self-consistently, this theory predicts thermotropic nematic-isotropic phase transitions, consistent with experiment.[57][58][59] Maier-Saupe mean field theory is extended to high molecular weight liquid crystals by incorporating the bending stiffness of the molecules and using the method of path integrals in polymer science.[60]

McMillan's model

McMillan's model, proposed by William McMillan,[61] is an extension of the Maier–Saupe mean field theory used to describe the phase transition of a liquid crystal from a nematic to a smectic A phase. It predicts that the phase transition can be either continuous or discontinuous depending on the strength of the short-range interaction between the molecules. As a result, it allows for a triple critical point where the nematic, isotropic, and smectic A phase meet. Although it predicts the existence of a triple critical point, it does not successfully predict its value. The model utilizes two order parameters that describe the orientational and positional order of the liquid crystal. The first is simply the average of the second Полином Лежандра and the second order parameter is given by:

Ценности zя, θя, и d are the position of the molecule, the angle between the molecular axis and director, and the layer spacing. The postulated potential energy of a single molecule is given by:

Here constant α quantifies the strength of the interaction between adjacent molecules. The potential is then used to derive the thermodynamic properties of the system assuming thermal equilibrium. It results in two self-consistency equations that must be solved numerically, the solutions of which are the three stable phases of the liquid crystal.[21]

Elastic continuum theory

In this formalism, a liquid crystal material is treated as a continuum; molecular details are entirely ignored. Rather, this theory considers perturbations to a presumed oriented sample. The distortions of the liquid crystal are commonly described by the Frank free energy density. One can identify three types of distortions that could occur in an oriented sample: (1) повороты of the material, where neighboring molecules are forced to be angled with respect to one another, rather than aligned; (2) растянуть of the material, where bending occurs perpendicular to the director; и (3) сгибать of the material, where the distortion is parallel to the director and molecular axis. All three of these types of distortions incur an energy penalty. They are distortions that are induced by the boundary conditions at domain walls or the enclosing container. The response of the material can then be decomposed into terms based on the elastic constants corresponding to the three types of distortions. Elastic continuum theory is a particularly powerful tool for modeling liquid crystal devices [62] and lipid bilayers.[63]

External influences on liquid crystals

Scientists and engineers are able to use liquid crystals in a variety of applications because external perturbation can cause significant changes in the macroscopic properties of the liquid crystal system. Both electric and magnetic fields can be used to induce these changes. The magnitude of the fields, as well as the speed at which the molecules align are important characteristics industry deals with. Special surface treatments can be used in liquid crystal devices to force specific orientations of the director.

Electric and magnetic field effects

The ability of the director to align along an external field is caused by the electric nature of the molecules. Permanent electric dipoles result when one end of a molecule has a net positive charge while the other end has a net negative charge. When an external electric field is applied to the liquid crystal, the dipole molecules tend to orient themselves along the direction of the field.[64]

Even if a molecule does not form a permanent dipole, it can still be influenced by an electric field. In some cases, the field produces slight re-arrangement of electrons and protons in molecules such that an induced electric dipole results. While not as strong as permanent dipoles, orientation with the external field still occurs.

The response of any system to an external electrical field is

куда , и are the components of the electric field, electric displacement field and polarization density. The electric energy per volume stored in the system is

(summation over the doubly appearing index ). In nematic liquid crystals, the polarization, and electric displacement both depend linearly on the direction of the electric field. The polarization should be even in the director since liquid crystals are invariants under reflexions of . The most general form to express является

(summation over the index ) с и the electric диэлектрическая проницаемость parallel and perpendicular to the director . Then density of energy is (ignoring the constant terms that do not contribute to the dynamics of the system)[65]

(summation over ). Если is positive, then the minimum of the energy is achieved when и are parallel. This means that the system will favor aligning the liquid crystal with the externally applied electric field. Если is negative, then the minimum of the energy is achieved when и are perpendicular (in nematics the perpendicular orientation is degenerated, making possible the emergence of vortices[66]).

Разница is called dielectrical anisotropy and is an important parameter in liquid crystal applications. Есть оба и commercial liquid crystals. 5CB и E7 liquid crystal mixture два liquid crystals commonly used. MBBA общий liquid crystal.

The effects of magnetic fields on liquid crystal molecules are analogous to electric fields. Because magnetic fields are generated by moving electric charges, permanent magnetic dipoles are produced by electrons moving about atoms. When a magnetic field is applied, the molecules will tend to align with or against the field. Electromagnetic radiation, e.g. UV-Visible light, can influence light-responsive liquid crystals which mainly carry at least a photo-switchable unit.[67]

Surface preparations

In the absence of an external field, the director of a liquid crystal is free to point in any direction. It is possible, however, to force the director to point in a specific direction by introducing an outside agent to the system. For example, when a thin polymer coating (usually a polyimide) is spread on a glass substrate and rubbed in a single direction with a cloth, it is observed that liquid crystal molecules in contact with that surface align with the rubbing direction. The currently accepted mechanism for this is believed to be an epitaxial growth of the liquid crystal layers on the partially aligned polymer chains in the near surface layers of the polyimide.

Several liquid crystal chemicals also align to a 'command surface' which is in turn aligned by electric field of polarized light. Этот процесс называется photoalignment.

Fredericks transition

The competition between orientation produced by surface anchoring and by electric field effects is often exploited in liquid crystal devices. Consider the case in which liquid crystal molecules are aligned parallel to the surface and an electric field is applied perpendicular to the cell. At first, as the electric field increases in magnitude, no change in alignment occurs. However at a threshold magnitude of electric field, deformation occurs. Deformation occurs where the director changes its orientation from one molecule to the next. The occurrence of such a change from an aligned to a deformed state is called a Fredericks transition and can also be produced by the application of a magnetic field of sufficient strength.

The Fredericks transition is fundamental to the operation of many liquid crystal displays because the director orientation (and thus the properties) can be controlled easily by the application of a field.

Effect of chirality

As already described, хиральный liquid-crystal molecules usually give rise to chiral mesophases. This means that the molecule must possess some form of asymmetry, usually a стереогенный центр. An additional requirement is that the system not be рацемический: a mixture of right- and left-handed molecules will cancel the chiral effect. Due to the cooperative nature of liquid crystal ordering, however, a small amount of chiral dopant in an otherwise achiral mesophase is often enough to select out one domain handedness, making the system overall chiral.

Chiral phases usually have a helical twisting of the molecules. If the pitch of this twist is on the order of the wavelength of visible light, then interesting optical interference effects can be observed. The chiral twisting that occurs in chiral LC phases also makes the system respond differently from right- and left-handed circularly polarized light. These materials can thus be used as polarization filters.[68]

It is possible for chiral LC molecules to produce essentially achiral mesophases. For instance, in certain ranges of concentration and молекулярный вес, DNA will form an achiral line hexatic phase. An interesting recent observation is of the formation of chiral mesophases from achiral LC molecules. Specifically, bent-core molecules (sometimes called banana liquid crystals) have been shown to form liquid crystal phases that are chiral.[69] In any particular sample, various domains will have opposite handedness, but within any given domain, strong chiral ordering will be present. The appearance mechanism of this macroscopic chirality is not yet entirely clear. It appears that the molecules stack in layers and orient themselves in a tilted fashion inside the layers. These liquid crystals phases may be сегнетоэлектрик or anti-ferroelectric, both of which are of interest for applications.[70][71]

Chirality can also be incorporated into a phase by adding a chiral присадка, which may not form LCs itself. Twisted-nematic или же super-twisted nematic mixtures often contain a small amount of such dopants.

Applications of liquid crystals

Смотрите также: Жидкокристаллический дисплей
Structure of liquid crystal display: 1 – vertical polarization filter, 2, 4 – glass with electrodes, 3 – liquid crystals, 5 – horizontal polarization filter, 6 – reflector
"Wikipedia" displayed on an LCD

Liquid crystals find wide use in liquid crystal displays, which rely on the оптический properties of certain liquid crystalline substances in the presence or absence of an электрическое поле. In a typical device, a liquid crystal layer (typically 4 μm thick) sits between two поляризаторы that are crossed (oriented at 90° to one another). The liquid crystal alignment is chosen so that its relaxed phase is a twisted one (see Эффект закрученного нематического поля ).[7] This twisted phase reorients light that has passed through the first polarizer, allowing its transmission through the second polarizer (and reflected back to the observer if a reflector is provided). The device thus appears transparent. When an electric field is applied to the LC layer, the long molecular axes tend to align parallel to the electric field thus gradually untwisting in the center of the liquid crystal layer. In this state, the LC molecules do not reorient light, so the light polarized at the first polarizer is absorbed at the second polarizer, and the device loses transparency with increasing voltage. In this way, the electric field can be used to make a pixel switch between transparent or opaque on command. Color LCD systems use the same technique, with color filters used to generate red, green, and blue pixels.[7] Chiral smectic liquid crystals are used in ferroelectric LCDs which are fast-switching binary light modulators. Similar principles can be used to make other liquid crystal based optical devices.[72]

Liquid crystal tunable filters используются как electrooptical устройства,[73] e.g., in гиперспектральное изображение.

Термотропный chiral LCs whose pitch varies strongly with temperature can be used as crude liquid crystal thermometers, since the color of the material will change as the pitch is changed. Liquid crystal color transitions are used on many aquarium and pool thermometers as well as on thermometers for infants or baths.[74] Other liquid crystal materials change color when stretched or stressed. Thus, liquid crystal sheets are often used in industry to look for hot spots, map heat flow, measure stress distribution patterns, and so on. Liquid crystal in fluid form is used to detect electrically generated hot spots for анализ отказов в полупроводник промышленность.[75]

Liquid crystal lenses converge or diverge the incident light by adjusting the refractive index of liquid crystal layer with applied voltage or temperature. Generally, the liquid crystal lenses generate a parabolic refractive index distribution by arranging molecular orientations. Therefore, a plane wave is reshaped into a parabolic wavefront by a liquid crystal lens. В фокусное расстояние of liquid crystal lenses could be continuously tunable when the external electric field can be properly tuned. Liquid crystal lenses are a kind of адаптивная оптика. Imaging system can be benefited with focusing correction, image plane adjustment, or changing the range of depth-of-field или же глубина резкости. Liquid crystal lens is one of the candidates to develop vision correction device for миопия и пресбиопия eyes (e.g., tunable eyeglass and smart contact lenses).[76][77]

Liquid crystal lasers use a liquid crystal in the лазерная среда as a distributed feedback mechanism instead of external mirrors. Emission at a фотонная запрещенная зона created by the periodic dielectric structure of the liquid crystal gives a low-threshold high-output device with stable monochromatic emission.[29][78]

Polymer dispersed liquid crystal (PDLC) sheets and rolls are available as adhesive backed Smart film which can be applied to windows and electrically switched between transparent and opaque to provide privacy.

Many common fluids, such as soapy water, are in fact liquid crystals. Soap forms a variety of LC phases depending on its concentration in water.[79]

Liquid crystal films have revolutionized the world of technology. Currently they are used in the most diverse devices, such as digital clocks, mobile phones, calculating machines and televisions. The use of liquid crystal films in optical memory devices, with a process similar to the recording and reading of CDs and DVDs may be possible.[80][81]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Reinitzer F (1888). "Beiträge zur Kenntniss des Cholesterins". Monatshefte für Chemie. 9 (1): 421–441. Дои:10.1007/BF01516710. S2CID  97166902.
  2. ^ Lehmann O (1889). "Über fliessende Krystalle". Zeitschrift für Physikalische Chemie. 4: 462–72. Дои:10.1515/zpch-1889-0434. S2CID  92908969.
  3. ^ а б Sluckin TJ, Dunmur DA, Stegemeyer H (2004). Crystals That Flow – classic papers from the history of liquid crystals. Лондон: Тейлор и Фрэнсис. ISBN  978-0-415-25789-3.
  4. ^ Gray GW (1962). Molecular Structure and the Properties of Liquid Crystals. Академическая пресса.
  5. ^ Stegemeyer H (1994). "Professor Horst Sackmann, 1921 – 1993". Liquid Crystals Today. 4: 1–2. Дои:10.1080/13583149408628630.
  6. ^ "Liquid Crystals". King Fahd University of Petroleum & Minerals. Архивировано из оригинал on August 5, 2012.
  7. ^ а б c d Castellano JA (2005). Liquid Gold: The Story of Liquid Crystal Displays and the Creation of an Industry. Мировое научное издательство. ISBN  978-981-238-956-5.
  8. ^ US 3540796, Goldmacher JE, Castellano JA, "Electro-optical Compositions and Devices", issued 17 November 1970, assigned to RCA Corp 
  9. ^ Heilmeier GH, Zanoni LA, Barton LA (1968). "Dynamic Scattering in Nematic Liquid Crystals". Письма по прикладной физике. 13 (1): 46–47. Bibcode:1968ApPhL..13...46H. Дои:10.1063/1.1652453.
  10. ^ Kelker H, Scheurle B (1969). "A Liquid-crystalline (Nematic) Phase with a Particularly Low Solidification Point". Энгью. Chem. Int. Эд. 8 (11): 884. Дои:10.1002/anie.196908841.
  11. ^ Gray GW, Harrison KJ, Nash JA (1973). "New family of nematic liquid crystals for displays". Письма об электронике. 9 (6): 130. Bibcode:1973ElL.....9..130G. Дои:10.1049/el:19730096.
  12. ^ Chandrasekhar S, Sadashiva BK, Suresh KA (1977). "Liquid crystals of disc-like molecules". Прамана. 9 (5): 471–480. Bibcode:1977Prama...9..471C. Дои:10.1007/bf02846252. S2CID  98207805.
  13. ^ Collyer AA (2012). Liquid Crystal Polymers: From Structures to Applications. Springer Science & Business Media. п. 21. ISBN  978-94-011-1870-5. The names pyramidic or bowlic were proposed, but eventually it was decided to adopt the name conic.
  14. ^ de Gennes P (1992). "Soft Matter(Nobel Lecture)". Angewandte Chemie International Edition. 31 (7): 842–845. Дои:10.1002/anie.199208421.
  15. ^ Lam L (1994). "Bowlics". In Shibaev VP, Lam L (eds.). Liquid Crystalline and Mesomorphic Polymers. Partially Ordered Systems. Нью-Йорк: Спрингер. pp. 324–353. Дои:10.1007/978-1-4613-8333-8_10. ISBN  978-1-4613-8333-8.
  16. ^ Lei L (1987). "Bowlic Liquid Crystals". Молекулярные кристаллы и жидкие кристаллы. 146: 41–54. Дои:10.1080/00268948708071801.
  17. ^ "Chemical Properties of Liquid Crystals". Кейс Вестерн Резервный университет. Архивировано из оригинал 25 ноября 2012 г.. Получено 13 июня, 2013.
  18. ^ а б c d Чандрасекхар С. (1992). Liquid Crystals (2-е изд.). Кембридж: Издательство Кембриджского университета. ISBN  978-0-521-41747-1.
  19. ^ а б c d е ж de Gennes PG, Prost J (1993). The Physics of Liquid Crystals. Оксфорд: Clarendon Press. ISBN  978-0-19-852024-5.
  20. ^ а б c Dierking I (2003). Textures of Liquid Crystals. Вайнхайм: Wiley-VCH. ISBN  978-3-527-30725-8.
  21. ^ а б c d Collings PJ, Hird M (1997). Introduction to Liquid Crystals. Бристоль, Пенсильвания: Тейлор и Фрэнсис. ISBN  978-0-7484-0643-2.
  22. ^ Shao Y, Zerda TW (1998). "Phase Transitions of Liquid Crystal PAA in Confined Geometries". Journal of Physical Chemistry B. 102 (18): 3387–3394. Дои:10.1021/jp9734437.
  23. ^ Rego JA, Harvey JA, MacKinnon AL, Gatdula E (January 2010). "Asymmetric synthesis of a highly soluble 'trimeric' analogue of the chiral nematic liquid crystal twist agent Merck S1011" (PDF). Liquid Crystals. 37 (1): 37–43. Дои:10.1080/02678290903359291. S2CID  95102727. Архивировано из оригинал (PDF) on October 8, 2012.
  24. ^ Madsen LA, Dingemans TJ, Nakata M, Samulski ET (April 2004). "Thermotropic biaxial nematic liquid crystals". Письма с физическими проверками. 92 (14): 145505. Bibcode:2004PhRvL..92n5505M. Дои:10.1103/PhysRevLett.92.145505. PMID  15089552.
  25. ^ Ronning F, Helm T, Shirer KR, Bachmann MD, Balicas L, Chan MK, Ramshaw BJ, McDonald RD, Balakirev FF, Jaime M, Bauer ED, Moll PJ (August 2017). "Electronic in-plane symmetry breaking at field-tuned quantum criticality in CeRhIn5". Природа. 548 (7667): 313–317. arXiv:1706.00963. Bibcode:2017Natur.548..313R. Дои:10.1038/nature23315. PMID  28783723. S2CID  186082. Сложить резюме – ScienceDaily.
  26. ^ "smectic". Словарь Мерриама-Вебстера.
  27. ^ а б Gabriel JC, Camerel F, Lemaire BJ, Desvaux H, Davidson P, Batail P (October 2001). "Swollen liquid-crystalline lamellar phase based on extended solid-like sheets". Природа. 413 (6855): 504–8. Bibcode:2001Natur.413..504G. Дои:10.1038/35097046. PMID  11586355. S2CID  4416985.
  28. ^ Davidson P, Penisson C, Constantin D, Gabriel JP (June 2018). "Isotropic, nematic, and lamellar phases in colloidal suspensions of nanosheets". Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки. 115 (26): 6662–6667. Bibcode:2018PNAS..115.6662D. Дои:10.1073/pnas.1802692115. ЧВК  6042086. PMID  29891691.
  29. ^ а б Kopp VI, Fan B, Vithana HK, Genack AZ (November 1998). "Low-threshold lasing at the edge of a photonic stop band in cholesteric liquid crystals". Письма об оптике. 23 (21): 1707–9. Bibcode:1998OptL ... 23,1707K. Дои:10.1364 / OL.23.001707. PMID  18091891.
  30. ^ Priestley EB, Wojtowicz PJ, Sheng P (1974). Introduction to Liquid Crystals. Пленум Пресс. ISBN  978-0-306-30858-1.
  31. ^ Kazem-Rostami M (2019). «Оптически активные и фотопереключаемые аналоги базы Трегера». Новый журнал химии. 43 (20): 7751–7755. Дои:10.1039 / C9NJ01372E.
  32. ^ Kleinert H, Maki K (1981). «Решетчатые текстуры в холестерических жидких кристаллах» (PDF). Fortschritte der Physik. 29 (5): 219–259. Bibcode:1981ForPh..29..219K. Дои:10.1002 / prop.19810290503.
  33. ^ Seideman T (1990). "The liquid-crystalline blue phases" (PDF). Rep. Prog. Phys. 53 (6): 659–705. Bibcode:1990RPPh...53..659S. CiteSeerX  10.1.1.397.3141. Дои:10.1088/0034-4885/53/6/001.
  34. ^ Coles HJ, Pivnenko MN (August 2005). "Liquid crystal 'blue phases' with a wide temperature range". Природа. 436 (7053): 997–1000. Bibcode:2005Natur.436..997C. Дои:10.1038/nature03932. PMID  16107843. S2CID  4307675.
  35. ^ Yamamoto J, Nishiyama I, Inoue M, Yokoyama H (September 2005). "Optical isotropy and iridescence in a smectic 'blue phase'". Природа. 437 (7058): 525–8. Bibcode:2005Natur.437..525Y. Дои:10.1038/nature04034. PMID  16177785. S2CID  4432184.
  36. ^ Kikuchi H, Yokota M, Hisakado Y, Yang H, Kajiyama T (September 2002). "Polymer-stabilized liquid crystal blue phases". Материалы Природы. 1 (1): 64–8. Bibcode:2002NatMa...1...64K. Дои:10.1038/nmat712. PMID  12618852. S2CID  31419926.
  37. ^ "Samsung Develops World's First 'Blue Phase' Technology to Achieve 240 Hz Driving Speed for High-Speed Video". Получено 23 апреля, 2009.
  38. ^ Otón E, Yoshida H, Morawiak P, Strzeżysz O, Kula P, Ozaki M, Piecek W (June 2020). "Orientation control of ideal blue phase photonic crystals". Научные отчеты. 10 (1): 10148. Bibcode:2020NatSR..1010148O. Дои:10.1038/s41598-020-67083-6. ЧВК  7311397. PMID  32576875.
  39. ^ Wang L, Huang D, Lam L, Cheng Z (2017). "Bowlics: history, advances and applications". Liquid Crystals Today. 26 (4): 85–111. Дои:10.1080/1358314X.2017.1398307. S2CID  126256863.
  40. ^ Liang Q, Liu P, Liu C, Jian X, Hong D, Li Y (2005). "Synthesis and Properties of Lyotropic Liquid Crystalline Copolyamides Containing Phthalazinone Moieties and Ether Linkages". Полимер. 46 (16): 6258–6265. Дои:10.1016/j.polymer.2005.05.059.
  41. ^ Martin JD, Keary CL, Thornton TA, Novotnak MP, Knutson JW, Folmer JC (April 2006). "Metallotropic liquid crystals formed by surfactant templating of molten metal halides". Материалы Природы. 5 (4): 271–5. Bibcode:2006NatMa...5..271M. Дои:10.1038/nmat1610. PMID  16547520. S2CID  35833273.
  42. ^ а б Tomczyk W, Marzec M, Juszyńska-Gałązka E, Węgłowska D (2017). "Mesomorphic and physicochemical properties of liquid crystal mixture composed of chiral molecules with perfluorinated terminal chains". Журнал молекулярной структуры. 1130: 503–510. Bibcode:2017JMoSt1130..503T. Дои:10.1016/j.molstruc.2016.10.039.
  43. ^ Juszyńska-Gałązka E, Gałązka M, Massalska-Arodź M, Bąk A, Chłędowska K, Tomczyk W (December 2014). "Phase Behavior and Dynamics of the Liquid Crystal 4'-butyl-4-(2-methylbutoxy)azoxybenzene (4ABO5*)". Журнал физической химии B. 118 (51): 14982–9. Дои:10.1021/jp510584w. PMID  25429851.
  44. ^ Wensink HH, Dunkel J, Heidenreich S, Drescher K, Goldstein RE, Löwen H, Yeomans JM (September 2012). "Meso-scale turbulence in living fluids". Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки. 109 (36): 14308–13. Bibcode:2013PNAS..110.4488S. Дои:10.1073/pnas.1215368110. ЧВК  3607014. PMID  22908244.
  45. ^ Saw TB, Doostmohammadi A, Nier V, Kocgozlu L, Thampi S, Toyama Y, et al. (Апрель 2017 г.). "Topological defects in epithelia govern cell death and extrusion". Природа. 544 (7649): 212–216. Bibcode:2017Natur.544..212S. Дои:10.1038/nature21718. ЧВК  5439518. PMID  28406198.
  46. ^ Zocher H (1925). "Uber freiwillige Strukturbildung in Solen. (Eine neue Art anisotrop flqssiger Medien)". Z. Anorg. Allg. Chem. 147: 91. Дои:10.1002/zaac.19251470111.
  47. ^ Davidson P, Gabriel JP (2003). "Mineral Liquid Crystals from Self-Assembly of Anisotropic Nanosystems". Top Curr Chem. 226: 119. Дои:10.1007/b10827.
  48. ^ Langmuir I (1938). "The role of attractive and repulsive forces in the formation of tactoids, thixotropic gels, protein crystals and coacervates". J Chem Phys. 6 (12): 873. Bibcode:1938JChPh...6..873L. Дои:10.1063/1.1750183.
  49. ^ Gabriel jP, Sanchez C, Davidson P (1996). "Observation of Nematic Liquid-Crystal Textures in Aqueous Gels of Smectite Clays". J. Phys. Chem. 100 (26): 11139. Дои:10.1021/jp961088z.
  50. ^ Paineau E, Philippe AM, Antonova K, Bihannic I, Davidson P, Dozov I, et al. (2013). "Liquid–crystalline properties of aqueous suspensions of natural clay nanosheets". Liquid Crystals Reviews. 1 (2): 110. Дои:10.1080/21680396.2013.842130. S2CID  136533412.
  51. ^ Buka A, Palffy-Muhoray P, Rácz Z (October 1987). "Viscous fingering in liquid crystals". Физический обзор A. 36 (8): 3984–3989. Bibcode:1987PhRvA..36.3984B. Дои:10.1103/PhysRevA.36.3984. PMID  9899337.
  52. ^ González-Cinca R, Ramirez-Piscina L, Casademunt J, Hernández-Machado A, Kramer L, Katona TT, et al. (1996). "Phase-field simulations and experiments of faceted growth in liquid crystal". Physica D. 99 (2–3): 359. Bibcode:1996PhyD...99..359G. Дои:10.1016/S0167-2789(96)00162-5.
  53. ^ González-Cinca R, Ramırez-Piscina L, Casademunt J, Hernández-Machado A, Tóth-Katona T, Börzsönyi T, Buka Á (1998). "Heat diffusion anisotropy in dendritic growth: phase field simulations and experiments in liquid crystals". Журнал роста кристаллов. 193 (4): 712. Bibcode:1998JCrGr.193..712G. Дои:10.1016/S0022-0248(98)00505-3.
  54. ^ Ghosh SK (1984). "A model for the orientational order in liquid crystals". Il Nuovo Cimento D. 4 (3): 229. Bibcode:1984NCimD...4..229G. Дои:10.1007/BF02453342. S2CID  121078315.
  55. ^ Onsager L (1949). "The effects of shape on the interaction of colloidal particles". Летопись Нью-Йоркской академии наук. 51 (4): 627. Bibcode:1949NYASA..51..627O. Дои:10.1111/j.1749-6632.1949.tb27296.x. S2CID  84562683.
  56. ^ а б Vroege GJ, Lekkerkerker HN (1992). "Phase transitions in lyotropic colloidal and polymer liquid crystals" (PDF). Rep. Prog. Phys. 55 (8): 1241. Bibcode:1992RPPh...55.1241V. Дои:10.1088/0034-4885/55/8/003. HDL:1874/22348.
  57. ^ Maier W, Saupe A (1958). "Eine einfache molekulare theorie des nematischen kristallinflussigen zustandes". Z. Naturforsch. А (на немецком). 13 (7): 564. Bibcode:1958ZNatA..13..564M. Дои:10.1515/zna-1958-0716. S2CID  93402217.
  58. ^ Maier W, Saupe A (1959). "Eine einfache molekular-statistische theorie der nematischen kristallinflussigen phase .1". Z. Naturforsch. А (на немецком). 14 (10): 882. Bibcode:1959ZNatA..14..882M. Дои:10.1515/zna-1959-1005. S2CID  201840526.
  59. ^ Maier W, Saupe A (1960). "Eine einfache molekular-statistische theorie der nematischen kristallinflussigen phase .2". Z. Naturforsch. А (на немецком). 15 (4): 287. Bibcode:1960ZNatA..15..287M. Дои:10.1515/zna-1960-0401. S2CID  97407506.
  60. ^ Ciferri A (1991). Liquid crystallinity in polymers : principles and fundamental properties. Weinheim: VCH Publishers. ISBN  3-527-27922-9.
  61. ^ McMillan W (1971). "Simple Molecular Model for the Smectic A Phase of Liquid Crystals". Phys. Ред. А. 4 (3): 1238. Bibcode:1971PhRvA...4.1238M. Дои:10.1103/PhysRevA.4.1238.
  62. ^ Leslie FM (1992). "Continuum theory for nematic liquid crystals". Continuum Mechanics and Thermodynamics. 4 (3): 167. Bibcode:1992CMT.....4..167L. Дои:10.1007/BF01130288. S2CID  120908851.
  63. ^ Watson MC, Brandt EG, Welch PM, Brown FL (July 2012). "Determining biomembrane bending rigidities from simulations of modest size". Письма с физическими проверками. 109 (2): 028102. Bibcode:2012PhRvL.109b8102W. Дои:10.1103/PhysRevLett.109.028102. PMID  23030207.
  64. ^ Takezoe H (2014). "Historical Overview of Polar Liquid Crystals". Сегнетоэлектрики. 468: 1–17. Дои:10.1080/00150193.2014.932653. S2CID  120165343.
  65. ^ Oswald P, Pieranski P (2005). Nematic and Cholesteric Liquid Crystals: Concepts and Physical Properties Illustrated by Experiments. CRC Press. ISBN  9780415321402.
  66. ^ Barboza R, Bortolozzo U, Assanto G, Vidal-Henriquez E, Clerc MG, Residori S (October 2012). "Vortex induction via anisotropy stabilized light-matter interaction". Письма с физическими проверками. 109 (14): 143901. Bibcode:2012PhRvL.109n3901B. Дои:10.1103/PhysRevLett.109.143901. HDL:10533/136047. PMID  23083241.
  67. ^ Kazem-Rostami M (2017). "photoswitchable liquid crystal design". Синтез. 49 (6): 1214–1222. Дои:10.1055 / с-0036-1588913.
  68. ^ Fujikake H, Takizawa K, Aida T, Negishi T, Kobayashi M (1998). "Video camera system using liquid-crystal polarizing filter toreduce reflected light". IEEE Transactions on Broadcasting. 44 (4): 419. Дои:10.1109/11.735903.
  69. ^ Achard MF, Bedel JP, Marcerou JP, Nguyen HT, Rouillon JC (February 2003). "Switching of banana liquid crystal mesophases under field". The European Physical Journal. E, Soft Matter. 10 (2): 129–34. Bibcode:2003EPJE...10..129A. Дои:10.1140/epje/e2003-00016-y. PMID  15011066. S2CID  35942754.
  70. ^ Baus M, Colot JL (November 1989). "Ferroelectric nematic liquid-crystal phases of dipolar hard ellipsoids". Физический обзор A. 40 (9): 5444–5446. Bibcode:1989PhRvA..40.5444B. Дои:10.1103/PhysRevA.40.5444. PMID  9902823.
  71. ^ Uehara H, Hatano J (2002). "Pressure-Temperature Phase Diagrams of Ferroelectric Liquid Crystals". J. Phys. Soc. JPN. 71 (2): 509. Bibcode:2002JPSJ...71..509U. Дои:10.1143/JPSJ.71.509.
  72. ^ Alkeskjold TT, Scolari L, Noordegraaf D, Lægsgaard J, Weirich J, Wei L, Tartarini G, Bassi P, Gauza S, Wu S, Bjarklev A (2007). "Integrating liquid crystal based optical devices in photonic crystal". Оптическая и квантовая электроника. 39 (12–13): 1009. Дои:10.1007/s11082-007-9139-8. S2CID  54208691.
  73. ^ Ciofani G, Menciassi A (2012). Piezoelectric Nanomaterials for Biomedical Applications. Springer Science & Business Media. ISBN  9783642280443.
  74. ^ US 4738549, Plimpton RG, "Pool thermometer" 
  75. ^ "Hot-spot detection techniques for ICs". acceleratedanalysis.com. Архивировано из оригинал on February 11, 2009. Получено 5 мая, 2009.
  76. ^ Sato S (1979). "Liquid-Crystal Lens-Cells with Variable Focal Length". Японский журнал прикладной физики. 18 (9): 1679–1684. Bibcode:1979JaJAP..18.1679S. Дои:10.1143/JJAP.18.1679.
  77. ^ Lin YH, Wang YJ, Reshetnyak V (2017). "Liquid crystal lenses with tunable focal length". Liquid Crystals Reviews. 5 (2): 111–143. Дои:10.1080/21680396.2018.1440256. S2CID  139938136.
  78. ^ Dolgaleva K, Wei SK, Lukishova SG, Chen SH, Schwertz K, Boyd RW (2008). «Улучшенные лазерные характеристики холестерических жидких кристаллов, допированных олигофлуореновым красителем». Журнал Оптического общества Америки. 25 (9): 1496–1504. Bibcode:2008JOSAB..25.1496D. Дои:10.1364 / JOSAB.25.001496.
  79. ^ Luzzati V, Mustacchi H, Skoulios A (1957). "Structure of the Liquid-Crystal Phases of the Soap–water System: Middle Soap and Neat Soap". Природа. 180 (4586): 600. Bibcode:1957Natur.180..600L. Дои:10.1038/180600a0. S2CID  4163714.
  80. ^ Silva MC, Sotomayor J, Figueirinhas J (September 2015). "Effect of an additive on the permanent memory effect of polymer dispersed liquid crystal films". Журнал химической технологии и биотехнологии. 90 (9): 1565–9. Дои:10.1002/jctb.4677.
  81. ^ da Silva MC, Figueirinhas JL, Sotomayor JC (January 2016). "Improvement of permanent memory effect in PDLC films using TX-100 as an additive". Liquid Crystals. 43 (1): 124–30. Дои:10.1080/02678292.2015.1061713. S2CID  101996816.

внешняя ссылка