Свойства жидких кристаллов

Пояснительная записка
Элективный курс «Жидкиекристаллы и их настоящее» предназначен для углубленного изучения свойств и примененияЖК, учащимися 11 класса. Все чаще мы стали встречаться с термином «жидкиекристаллы». Мы все часто с ними общаемся, и они играют немаловажную роль внашей жизни. Многие современные приборы и устройства работают на них. К нимотносятся часы, термометры дисплеи, мониторы и прочие устройства. Что же это завещества с таким парадоксальным названием «жидкие кристаллы» и почему к нимпроявляется столь значительный интерес? В наше время наука сталапроизводительной силой, и поэтому, как правило, повышенный научный интерес ктому или иному явлению или объекту означает, что это явление или объектпредставляет интерес для материального производства. В этом отношении неявляются исключением и жидкие кристаллы. Интерес к ним, прежде всего,обусловлен возможностями их эффективного применения в ряде отраслейпроизводственной деятельности. Внедрение «жидких кристаллов» означаетэкономическую эффективность, простоту и удобство.
Цель курса:
— формирование интересаи положительной мотивации к продолжению образования и сознательному выборупрофессиональной деятельности;
— формироватьположительную мотивацию обучения на уроках физики;
— познакомить учащихсяс ведущими разработками в области ЖК;
— активизироватьпознавательную деятельность школьников;
Задачи:
1. Ознакомить учащихся сосновами теории жидких кристаллов;
2. повысить информационнуюкомпетентность учащихся;
3. Ознакомить с основамиприменения жидких кристаллов в практической деятельности человека;
4. Активизироватьпознавательную деятельность школьников;
Программа рассчитана на12 часов, для физико-математического профиля. В содержание курса входят темы:
I.История ЖК
Рассказ об истории открытияэтого удивительного состояния вещества. О том как о нем забыли практически на век.А так же о триумфальном возвращении.
II.Жидкие кристаллы их виды и эффекты
Здесь мы расскажем о видахи некоторых свойствах ЖК. Просмотрим научно-популярный фильм «Жидкие кристаллы».
III.Физический принцип действия устройств на жидких кристаллах.
В данном разделе будут приведены примеры подробного физического принципа действиянекоторых приборов на ЖК.
IV.Жидкие кристаллы сегодня и завтра.
Здесь мы рассмотрим несколькотехнических идей применения жидких кристаллов, которые пока что не реализованы,но возможно в ближайшие несколько лет послужат основой создания устройств, которыестанут для нас такими же привычными, какими сейчас являются транзисторные приемники.
Данный курс наиболее эффективени необходим при освоении углубленного изучения физики. В то же время структура курсавключает отдельные темы, изучаемой программы, например «физика твердого тела» «свойстважидкостей».
Содержание курса и его организационно-методическоеобеспечение выстраивается таким образом, чтобы предмет учебной деятельности стимулировалразвитие ряда компетентностей и формирования универсальных способностей учащихся.Ожидаемый положительный педагогический эффект курса связан с успешной самореализациейшкольников в учебной деятельности и возможностью обоснованной профессиональной ориентации.
Основные формы организацииучебных занятий:
— лекция учителя;
— самостоятельная работанад реферативной и теоретической частью;
— консультация с учителем;
— групповая работа по решениюпроблемы;
— защита работы.
Дополнительные формы обученияи учения связаны с работой над творческим проектом; самостоятельной работой с источникамив библиотеке, интернете.
Формы контроля достиженийучащихся.
Работа в рамках курса оцениваетсякомплексно. Во-первых, по форме и содержанию представленных материалов, как в письменном,так и вербальном варианте. Во-вторых, большая часть учебной деятельности происходитпри непосредственном соучастии учителя, и это позволяет вести мониторинг личностногороста ученика в ходе занятий. В-третьих, групповая работа позволяет ученикам оценитьдруг друга при коллективно-распределенной деятельности.
Формы контроля должны бытьразнообразными, чтобы можно было учесть индивидуальные учебные стили учеников иих способности.
Учебно-тематический план
Предлагается следующая последовательностьизложения учебного материала:
I. Об история ЖК (2 часа).
1.История развития представления о жидких кристаллах
Исследования австрийскогоученого-ботаника Рейнитцера.
Образование специфическогоагрегатного состояния – жидкокристаллического (плавления кристаллов некоторых веществ).
2. О формах и видах ЖК/Структурные формы и формулы
II. Жидкие кристаллы ихвиды и основные свойства(6 часа).
1.Нематическая жидкость
2. Холестерическаяжидкость
3.Смектическая жидкость.Просмотр фильма «»Жидкие кристаллы»
4. Работы В.К. Фредериксаи В.Н. Цветкова
5. Явления двулучепреломления- типично кристаллический эффект, состоящий в том, что скорость света в кристаллезависит от ориентации поляризации света.
Оптическая активность жидкихкристаллов и их структурные свойства.
6. Групповая работа «Эффективностьтехнических приложений жидких
кристаллов» (по работам И.Г. Чистякова, А.П. Капустина, С.А.
Бразовокого, С.А. Пикина, Л.М. Блинова и других исследователей).
III.Физический принцип действия устройств на ЖК (2 часа).
1.Жидкокристаллические телевизоры.
В микроэлектронике жидкиекристаллы привлекательны тем, что потребляют минимальную энергию, жидко — кристаллическиепленки занимают миниатюрный объем.
2. Термография.
Дополнительный материал«Перстень настроения».
Секрет перстня настроениясвязан удивительными оптическими свойствами. Цвет камешка перстня следовал за настроениемвладельца, пробегая все цвета радуги от красного до фиолетового, в зависимости отизменения температуры кожи человека
IV.О перспективах применениях жидких кристаллов(3 часа).
1. Пространственно — временныемодуляторы света.
Оптический микрофон.
Жидкие кристаллы, уменьшающиетрение почти до нуля.
2. Обсуждение и оцениваниепроектов, выполненных учащимися.
Примерные темы:
— Как сделать стереотелевизор.
— Очки для космонавтов.
— Фотоаппарат, содержащийжидко — кристаллические устройства.
3. Итоговая конференция, обсуждение основных вопросов курса.
Содержание изучаемого курса

Глава I.Об- история ЖК
1.1 История развития представленияо жидких кристаллах
Cо времени проведения первой Международной конференции по жидким кристаллам(ЖК), которая состоялась в 1965 г. в Кентском университете (США), связь этих системс различными аспектами лазерной, дисплейной техники, информационных оптических технологий,термооптики, медицины, др. стала предметом оживленной полемики. Действительно, ЖК,являясь уникальной мезоморфной фазой вещества, сочетают в себе свойства как твердых тел (наличие дальнегоориентационного порядка и проявление брэгговской дифракции), так и жидкостей (проявлениетекучести, вязкости).
С точки зрения истории вопросаинтересно, что само открытие промежуточного жидкокристаллического состояния веществаприписывается австрийскому ботанику Фридриху Рейнитцеру, который получил эфир холестерина– холестерилбензоат и обнаружил, что у этого соединения имеются две точки плавления,при которых происходят фазовые переходы разного характера. При 145.5°Сструктура твердого холестерилбензоата разрушалась, он превращался в мутную жидкость(теперь мы говорим — жидкий кристалл), которая при дальнейшем нагревании до 178.5становилась прозрачной. Эти наблюдения показали, что у холестерилбензоата имеютсятри различные фазы: твердая, жидкокристаллическая и жидкая. Рейнитцер описал свойэксперимент в статье, опубликованной в, одном их химических журналов в 1888 г. Обращаетна себя внимание необыкновенно деликатный слог письма, которое Рейнитцер написалнемецкому физику Отто Леману: «Осмелюсь просить Вас исследовать более тщательнофизическую изомерию двух прилагаемых веществ. Изучая эти вещества, удается наблюдатьтакие замечательные и прекрасные явления, что, я надеюсь, они окажутся в высшейстепени интересными и для Вас…». Вскоре Леман провел систематическое исследованиеорганических соединений и нашел, что они по своим свойствам похожи на холестерилбензоат.Каждое из соединений вело себя как жидкость по своим механическим свойствам и каккристаллическое твердое тело – по оптическим свойствам. Леман показал, что мутнаяпромежуточная фаза – это кристаллоподобная структура и предложил для нее термин«жидкий кристалл» – Flussige Kristalle.
Затем Фридель указал, чтоназвание «жидкий кристалл» вводит в заблуждение, так как соответствующие веществане являются ни реальными кристаллами, ни реальными жидкостями. Он предложил называтьэти соединения мезоморфными и разделил их на три класса.
Соединения, имеющие свойства,схожие с мылами он назвал смектическими (толщина слоя в смектических ЖК порядкадлины молекул и составляет 20 A), далее шли нематические структуры, схожие со смектикамипо своим оптическим свойствам, а затем – холестерические системы (в холестерическихЖК молекулы уложены в слои толщиной около 2000A), поскольку к ним относилось большоечисло производных холестерина. Заметим, что сам Фридель не считал холестерическиеЖК отдельным классом и рассматривал их как нематические ЖК. Так что же предсавляетиз себя жидкий кристалл?
Жидкий кристалл — состояние вещества, промежуточное между жидким и твердымсостояниями. В жидкости молекулы могут свободно вращаться и перемещаться в любыхнаправлениях. В кристаллическом твердом теле они расположены по узлам правильнойгеометрической сетки, называемой кристаллической решеткой, и могут лишь вращатьсяв своих фиксированных позициях. В жидком кристалле имеется некоторая степень геометрическойупорядоченности в расположении молекул, но допускается и некоторая свобода перемещения.

/>
Рисунок I.Увеличенное изображение жидкого кристалла
Почти все жидкие кристаллы,обнаруженные на сегодняшний день, представляют собой органические соединения; примерно50% всех известных органических соединений при нагревании образуют жидкие кристаллы.В литературе описаны также жидкие кристаллы некоторых гидроксидов (например, Fe2O3·xH2O).
Жидкие кристаллы, жидкокристаллическоесостояние, мезоморфное состояние — состояние вещества, в котором оно обладает свойствамижидкости (текучестью) и некоторыми свойствами твёрдых кристаллов (анизотропией свойств).ЖК образуют вещества, молекулы которых имеют форму палочек или вытянутых пластинок.Различают термотропные и лиотропные ЖК. Первые — индивидуальные вещества, которыесуществуют в мезоморфном состоянии в определённом температурном интервале, нижекоторого вещество является твёрдым кристаллом, выше — обычной жидкостью. Примеры:
/>
параазоксианизол (в интервале температур 114—135°С), этиловый эфир азоксибензойнойкислоты
/>
(100—120°С), пропиловыйэфир холестерина (102—116°С). Лиотропные ЖК — растворы некоторых веществ в определённыхрастворителях. Примеры: водные — бензил-L-глутамат)gрастворымыльные растворы синтетических полипептидов (поли- в ряде органических растворителей(диоксан, дихлорэтан).[]
Сейчас известно уже около сотни тысяч органических веществ, которые могутнаходиться в ЖК — состоянии, и число таких соединений непрерывно растет. Если первыедесятилетия после открытия жидких кристаллов основными представителями этих соединенийявлялись только вещества, состоящие из асимметрических молекул стержнеобразной формы,так называемые каламитики (от греч. «каламис» — тростник), то впоследствиибыло обнаружено, что в ЖК — состояние могут переходить самые разнообразные вещества,имеющие молекулы более сложной формы (диски, пластины и др.). Молекулы ЖК — соединенийочень часто называют мезогенами, а группировки или фрагменты молеку, способствующиеформированию ЖК- фазы, — мезогенными группами. В таблице 1 приведены примеры стержнеобразныхмезогенов — каломитиков, а также химические формулы дискообразных (дискотики) ипланкообразных мезогенов (санидики) (от греч. «санидис» — планка).

/>
Среди мезогенных групп чаще всего встречаются бензольные кольца, связанныенепосредственно друг с другом с помощью различных химических группировок( –CH=CH–,–CH=N–, –NH–CO и др.). Характерной особенностью всех ЖК — соединений является асимметричнаяформа молекул, обеспечивающая анизотропию поляризуемости и тенденцию к расположениюмолекул преимущественно параллельно друг другу вдоль их длинных (каламитики и санидики)и коротких (дискотики) осей.
Типичные примеры химических соединений, образующих ЖК — фазу.
Глава II. Жидкие кристаллы, их виды и эффекты
Жидкие кристаллы (ЖК) –особое термодинамическое состояние вещества, промежуточное между кристаллическимтвердым телом и аморфной жидкостью и характеризующееся определенным порядком в расположениимолекул. В этом состоянии имеет место анизотропия механических, электрических, магнитныхи оптических свойств. Способность целого ансамбля ЖК-молекул переориентироватьсяв магнитном поле была впервые изучена В. Фредериксом и
В. И. Цветковым. Воздействиеэлектрического поля при облучении ЖК когерентным излучением исследовалось С. А.Пикиным, Л. М. Блиновым, А. С. Сониным и рассмотрено в работах.Классификация ЖКбыла предложена О. Леманном, затем расширена М. Г. Фриделем.
По этой классификации выделяюттри типа жидких кристаллов – нематические, холестерические и смектические. ЖК, входящиев каждую из групп, различаются физическими, прежде всего оптическими свойствами.Это различие следует из их структуры.
Нематическая жидкость.(фото приложение1)
Жидкости сильно отличаются от газов итвёрдых кристаллов. Атомы или молекулы, из которых состоит жидкость, не могут разойтисьна сколь угодно большое расстояние друг от друга. Это означает, что в жидкости оченьважны силы притяжения между атомами или молекулами. То же самое можно сказать ио твёрдом кристалле, но в кристалле эти силы настолько велики, что атомы вынужденызанимать в нём определённые места, образуя трёхмерную кристаллическую решётку. Втакой решётке всегда имеются выделенные направления, называемые осями кристалла.Вдоль этих направлений атомы располагаются в строго периодическом порядке. В обычнойжидкости нет никаких выделенных направлений, она не обладает собственной формой,потому что молекулы жидкости не столь прочно связаны друг с другом и могут перемещатьсяв пространстве – перескакивать с места на место.
Таким образом, в текучей жидкости молекулытолько в среднем находятся на некотором характерном расстоянии друг от друга. Ответна вопрос, как взаимодействуют между собой молекулы и чему равно среднее расстояниеа между ними, дает квантовая механика. Оказывается, что на больших расстояниях междумолекулами их взаимодействие определяется силами притяжения, а на очень малых расстояниях– силами отталкивания.
Следовательно, молекулы не могут сблизитьсяна сколь угодно малое расстояние из-за очень больших сил отталкивания — в этом случаеговорят, что молекулы не могут проникать друг в друга.
На расстоянии а, примерно равном размерумолекул, сила, взаимодействующая между молекулами, становится равной нулю.
Так устроена обычная жидкость,состоящая из относительно простых молекул или атомов. Однако нас поджидает замечательноеоткрытие, если молекулы имеют ярко выраженную анизотропную форму, то есть если умолекул можно четко выделить какие-нибудь характерные оси.
/>
Рис.1
Такие молекулы схематически изображенына рис1. В них атомы располагаются не, как попало, а выстроены вдоль определённойлинии (рис1, а) или лежат в выделенной плоскости (рис1, б).
Взаимодействие молекул такой формы приводитк тому, что в жидком состоянии они не только удерживаются на некотором среднем расстояниидруг от друга, но могут сохранять определённый порядок в своём относительном расположении– длинные оси молекул (рис2, а) или плоскости молекул (рис2, б) оказываются параллельнымидруг другу.
/>
Рис. 2
В такой необычной жидкости появляетсяособое направление, как в твёрдом кристалле, вдоль которого ориентируются выделенныеоси молекул. Это сходство между кристаллом и описанной удивительной жидкостью ипровело к соединению двух понятий в одно новое – «жидкий кристалл». А жидкое состояние(рис2) называют нематическим жидким кристаллом. Название «нематичекий» образованоот греческого слова νήμά — нить. В жидких кристаллах под микроскопомвидны тонкие подвижные нити, которые представляют собой дефекты структуры. В идеальномжидком кристалле таких нитей нет.
Рассмотрим теперь силы, действующие внематической жидкости. Эти силы — электрического происхождения. Интересно, что силапритяжения возникает между двумя атомами или молекулами, которые сами по себе являютсяэлектрически нейтральными. Посмотрим, как это получается.
Представим себе, что по какой-то причинев атоме произошло смещение отрицательно заряжённого электронного облака относительноположительно заряжённого ядра. Такой атом можно рассматривать как совокупность двухразноименных точечных зарядов, одинаковых по абсолютной величине, находящихся нанекотором расстоянии друг от друга (3, а). Подобную систему зарядов называют электрическимдиполем. В окрестности атома-диполя возникает электрическое поле. Напряжённостьэтого поля быстро убывает при удалении от атома, но вблизи атома поле достаточновелико. Если в окрестности атома I попадает нейтральныйатом II (3, б), то электрическое поле атома I должно сместить заряды электронов и ядра атома II (3.б). Такое относительное смещение зарядов в атоме II должно в свою очередь, создавать электрическое поле, поддерживающееразделение зарядов в атоме I. Из рисунка3 б видим, что разноименно заряжённые частицы атомов должны притягивать друг друга.При сближении атомов между ними начинают действовать силы отталкивания. На расстоянии,примерно равном размеру атомов, силы взаимодействия между атомами равны нулю. Точнотакое же рассуждение мы можем провести и в отношении двух молекул, состоящих изнескольких десятков атомов. Нейтральные молекулы должны притягивать друг друга засчёт образования электрических диполей-атомов.
/>
Рис 3
Действительно, молекулы должны притягиваться.Но как? Ясно, что по описанным выше причинам большая часть атомов молекулы стремитсяоказаться вблизи атомов другой молекулы, так как только в этом случае силы взаимодействиямежду молекулами обращаются в нуль. Но такая ситуация возможна только тогда, когдадлинные оси молекул параллельны друг другу. Таким образом, возникает определённыйпорядок в ориентации молекул и появляется выделенное направление. Это направлениеможно характеризовать единичным вектором (рис1,2).
Разумеется, такое параллельное расположениевыделенных осей молекул возможно только при достаточно низкой температуре, когдатепловые толчки не настолько сильны, чтобы разрушить ориентационный порядок в системемолекул. При повышении температуры обязательно наступает момент, когда хаотическоетепловое движение молекул становится преобладающим и нематический порядок разрушается.
Таким образом, система такихособых молекул может иметь два состояния: обычное (изотропное) жидкое — при высокихтемпературах и анизотропное жидкое – при низких температурах. Подчеркнём, что нематическийжидкий кристалл может быть действительно жидким, как вода, то есть центры масс молекулне образует в данном случае какую-то правильную решётку, как в кристалле, а располагаютсяхаотично в пространстве и могут в нём свободно перемещаться. В то же время ориентациямолекул в этой жидкости подчиняется строгому порядку. Интересно, что нематическаяжидкость, образуемая молекулами вытянутой формы известна уже много десятков лет,в то время как нематическая жидкость из дискообразных молекул открыта только в 1979-1980года.[9]
Холестерическая жидкость.
Структура холестерической жидкости вомногом сходна с нематической, но имеет одно существенное отличие. Можно сказать,что холестерик обладает нематическим состоянием послойно, то есть состоит из стопкинематических слоёв(рис4, а). но оси этих параллельных друг другу слоёв развёрнутына некоторый угол, причём для двух соседних слоёв этот угол составляет малую величинуα=0,5°. Расстояние между соседними слоями примерно равно поперечному размерумолекулы а. если двигаться вдоль оси Z, перпендикулярной плоскости слоёв, то через число слоёв N=π/а ориентация молекул станет такойже, как и в самом первом слое. Расстояние h=а*2π/а, через которое повторяется ориентация молекул в пространстве,представляет собой удвоенный период своеобразной решётки (рис4, б). Величину h принято называть шагом спирали, которую образуют в пространствеконцы молекул, лежащих в последовательных слоях.
Описанная периодическая решётка – её называютхолестерической спиралью — удивительна тем, что чёткая периодичность в ней касаетсятолько ориентации молекул. В то же время в каждом нематическом слое молекулы могутсвободно перемещаться, меняться местами; словом, холестерическая жидкость свободнотечёт вдоль таких плоскостей, но спираль при этом почти не нарушается.
/>
Рис. 4
Молекулы могут перемещаться и из слояв слой, поворачиваясь при этом на угол α, но это даётся им не так легко. Всёэто и определяет особые свойства холестерической жидкости, схожие за свойствамитвёрдого кристалла. Особенности структуры холестерической жидкости наиболее сильнопроявляются при изменении температуры вещества, и при различных внешних воздействиях.Холестерическая спираль обладает яркими оптическими свойствами, чувствительна кмалейшим повреждениям столь своеобразной решётки. Всё это вызвало громадный интереск изучению и применению холестерических жидких кристаллов. Чем вызвана такая структурахолестерика?
Объяснения заключается в особенности строениямолекул, из которых состоят эти вещества. Молекулы холестерика — почти такие же,как в нематической жидкости, но имеют на своём конце небольшой отросток (рис5, а).Этот отросток образуется обычно одним или несколькими атомами, которые выступаютиз основной плоскости, содержащей подавляющее большинство атомов молекулы. Симметриямолекулы нарушается из-за отростка и напоминает симметрию руки, которая бывает толькоправой и только левой.
Как сказывается такая форма молекул наориентационном порядке жидкости? Подобные молекулы можно расположить параллельнодруг другу в определённой плоскости, например в плоскости, в которойлежат сами молекулы.Именно эти плоскости и образуют отдельные слои холестерика (рис5, б). А как могутбыть «пристроены» друг к другу эти слои? Очевидно, что молекулы слоя 2 могут бытьпараллельны молекулам слоя 1, если слои расположены друг от друга на расстоянии,примерно равном высоте отростков. В этом случае отростки не мешают молекулам оставатьсяпараллельными.
/>
Рис. 5
Если расстояние между слоями меньше высотыотростков, то векторы n1 и n2 не могут быть строго параллельны – мешаютотростки. Поэтому между векторами n1 и n2 имеется малый угол α.
Таким образом, мы приходим к выводу, чтонесимметричные молекулы должны образовывать стопку нематических слоёв, причём отслоя к слою молекулы должны поворачиваться на определённый угол α. В зависимостиот того, как изогнуты отростки отдельных молекул, холестерические спирали могутбыть либо правыми, либо левыми.[8]
Жидкокристаллические растворы.
Жидкокристаллическое состояние можно получитьи при растворении подходящих веществ в растворителе, например в воде, который сампо себе не образует жидкий кристалл. При этом получается самые разные жидкие кристаллы.Если молекулы растворяемого вещества имеют форму стержня – получается нематическаяжидкость; если у стержнеобразных молекул имеются отростки — холестерическая жидкость.Можно получить и более сложные состояния.
В таких жидких кристаллах важную рольиграют не только силы притяжения между молекулами, но и силы отталкивания молекулна близких расстояниях. Роль сил отталкивания можно наглядно представить себе следующимобразом. В большом объёме при высокой температуре молекулы, например стержнеобразные,не подчиняются никакому ориентационному порядку, то есть поворачиваются в пространствекак угодно. Но чтобы при всевозможных поворотах молекулы не мешали друг другу, надокаждой молекуле отвести в жидкости определённый объём. Этот объём представляет собойкубик с размером ребра, примерно равным длине молекулы l; в пределах такого кубика с объёмом l3 молекула действительно может быть ориентирована как угодно.
Поместим теперь тоже число молекул притой же температуре в меньший объём, то есть повысим плотность системы. В результатена каждую молекулу станет приходиться объём, меньший, чем l3. Как будут размещаться молекулы в этом случае? Естественно,они смогут разместиться в меньшем объёме, если не будут поворачиваться как угодно,задевая друг друга, а займут более или менее параллельные положения. Если размерпоперечного сечения молекул а заметно меньше l и на каждую молекулу приходится объём ~а2l, то все молекулы должны быть ориентированыодинаково, так как только в этом случае они не задевают друг друга. Но это можетлишь произойти в случае очень высокой плотности. При средней плотности, когда накаждую молекулу приходится объём, меньший, чем l3, но больший чем а2l, ориентационный порядок будет неполным, но заметным. И связанэтот порядок с тем, что молекулы не могут из-за сильного отталкивания проникатьдруг в друга.
Плотность стержнеобразных молекул можноизменять без заметного изменения общего объёма жидкости, когда такие молекулы растворяютсяв каком-нибудь обычном растворителе, например в воде. Повышая содержание воды всоответствующем растворе, мы получаем обычную неориентированную жидкость. При оченьмалом же содержании растворителя образуется нематическая или холестерическая жидкость,в зависимости от деталей структуры молекул. Растворы полимерных молекул являютсякак раз нематическими жидкими кристаллами.
Работу клеток живого организма во многомопределяют жидкие кристаллы-растворы, которые образуются из специальных молекул.Эти молекулы устроены более сложно. Их взаимодействие друг с другом и с молекуламирастворителя характеризуются силами отталкивания и силами электростатического притяжения.Она состоит из небольшой головки (рис6, а), представляющей собой электрический диполь,и длинного незаряжённого хвоста.

/>
Рис.6
Напомним, что молекулы воды — тоже электрическиедиполи. Противоположно заряжённые концы диполей притягиваются друг к другу, и поэтомумолекулярные головки притягивают воду. В тоже время хвосты молекул химически устроенытак, что они отталкивают воду, как молекулы жиров или воска.[4]
Смектическая жидкость.
Строение особых молекул, описанных выше,объясняет большое разнообразие структуры жидких кристаллов-растворов. Например,при определённой концентрации таких молекул в воде могут получаться жидкие кристаллы,в которых молекулы не только одинаково ориентируется, но и образуют жесткую кристаллическуюрешетку. Только эта решетка лишь отчасти похожа на обычную решётку твёрдого тела,периодическую в трёх взаимно перпендикулярных направлениях. Таких направлений вособых жидких кристаллах может быть только два или даже одно.
На рисунке 6, б изображена стопка слоёв,образующихся при не очень малой концентрации молекул в воде. Хвосты молекул какбы «прячутся» от воды за оболочками из дипольных головок. Вода является прослойкоймежду двойными слоями молекул. Стопка таких слоёв образует кристаллическую решётку,периодическую только в одном направлении — вдоль оси Z. В этом направлении жесткость решётки почти такая же, как в твёрдомтеле, в то время как в поперечных направлениях слои могут свободно скользить, тоесть вдоль слоёв система ведёт себя как жидкость. Такая структура сродни мылу, поэтомутакие жидкие кристаллы называются смектическими. Они похожи на холестерики своейслоистостью, но периоды решёток в этих двух случаях различны. В холестериках периодсоставляет несколько тысяч ангстрем, а в смектиках — несколько десятков ангстрем(что соответствует длине молекулы).
При определенной концентрации растворавозникает кристаллическая решётка, периодическая в двух направлениях. При этом дипольныемолекулы собираются в жидкие столбики или «нити», которые и образуют такую решётку,похожую на стопку карандашей (рис7, а). Подобные отчасти твёрдые кристаллы существуютне только в растворах. Ими могут быть и отдельные вещества, изменяющие своё состояниепри изменении температуры. При этом обычно с понижением температуры состояния меняютсяв такой последовательности: обыкновенная жидкость – нематическая жидкость или холестерик- смектик — твёрдый кристалл. Долгое время не находили жидкокристаллических веществс решётками, периодическими в двух направлениях, но недавно были обнаружены и они.
На рис 7, б такая решётка, образованнаяжидкими столбиками дискообразных молекул. Интересно, что в последнем случае существуети ориентационный порядок: плоскости дисков в столбике параллельны друг другу, хотяцентры дисков располагаются хаотически вдоль оси жидкого столбика.

/>
Рис. 7
Эффект Фредерикса.
Наибольшее впечатление производят оптическиесвойства жидких кристаллов, сделавшие эти объекты столь популярными. В жидких кристаллахнаправление оптических осей можно изменять с помощью самых разных воздействий, втом числе электрическими или магнитными полями. Эффект изменения направления ориентациимолекул в нематической жидкости под действием поля наблюдался ещё в предвоенныегоды известным советским учёным В.Фредериксом и носит теперь его имя. Пользуясьпопулярными сейчас электронными часами и калькуляторами на жидких кристаллах, вынаблюдаете это явление — эффект Фредерикса.
Прежде чем описать эффект Фредерикса,необходимо напомним, что такое поляризованный свет. В луче поляризованного светавектор напряжённости электрического поля Е колеблется вдоль единственного направления.Обычный естественный свет не имеет такой определённой поляризации, так как он состоитиз всевозможных волн, каждая из которых имеет произвольное направление колебанийвектора Е, а все вместе они составляют неполяризованный световой пучок. Особые кристаллы– поляризаторы — преобразуют неполяризованный свет в линейно поляризованный, посколькуони могут пропускать сквозь себя только волны, в которых вектор Е ориентирован совершенноопределённо по отношению к оптической оси поляризатора. Например, кристалл турмалинапропускает сквозь себя лишь свет, поляризованный вдоль оптической оси этого кристалла,в то время как волны с перпендикулярной поляризацией им сильно поглощаются.
Если на пути светового пучка расположитьдва поляризатора, оси которых параллельны, то свет пройдёт сквозь оптическую систему,показанную на рис8, а, а если оси поляризаторов скрещены, то свет сквозь эту системупройти не сможет (рис8, б).
/>
Рис.8
Поместим теперь между двумя скрещённымиполяризаторами два стекла, а между ними — нематическую жидкость, предварительнослегка пополировав стекла вдоль определённого направления. Такая полировка стёколнужна для того, чтобы сориентировать в заданном направлении оптическую ось жидкогокристалла (n). Например, при параллельной полировкестёкол молекулы, прилипшие к стёклам параллельно микробороздам на стеклянной поверхности,задают благодаря описанным межмолекулярным взаимодействиям такую же ориентацию вектораn и в глубине слоя нематической жидкости(рис9, а). Если неполированные стёкла предварительно обработать специальными химическимивеществами, то можно добиться ориентации оси n перпендикулярно стеклянной поверхности (рис9, б).
Наконец, если полированные стёкла развернутьперпендикулярно друг другу, то можно получить закрученную по толщине слоя ориентациювектора n (рис9, в).
Как же проходит поляризованный свет сквозьориентированный слой нематической жидкости и сквозь изображённые оптические системывообще? Если поляризация света параллельна оси n, то свет проходит сквозь жидкий кристалл, не изменяя своей поляризации(9, а). То же происходит и в случае, если поляризация света перпендикулярна оптическойоси (рис9, б). В случае закрученной ориентации n поляризация света также поворачивается вслед за осью n (рис9.в).
Что же происходит в слое жидкого кристаллапри прохождении через него света? В жидком кристалле, поле проходящей световой волныприводит к разделению зарядов в молекулах и возникновению дипольных колебаний.
Предположим, что в молекуле кристаллаэлектроны легко смещаются вдоль длинной оси молекулы, то есть вдоль направленияn. Тогда в случае, изображённом на рисунке9 а, по толщине слоя распространяются падающая волна и вторичные волны, причём векторыЕ в волнах совпадают по направлению. В случае, изображённом на рисунке 9 б диполине образуются и вторичные волны не излучаются; значит, падающая волна проходит,не ослабляясь. Наконец, в случае 9 в поляризация света изменяет своё направлениев соответствии с поворотом оптической оси n по толщине слоя. Поворот вектора Е в такт с осью n обеспечивает излучение вторичных волн, не ослабляемое на любойглубине слоя. (это интерференционное явление возможно тогда, когда на пути световоголуча находятся многочисленные диполи — источники вторичных волн, то есть когда толщинаслоя намного больше длины волны света).
Так свет проходит сквозь слой нематическойжидкости и доходит до второго поляризатора. И здесь возникает уже знакомая нам ситуация.В случаях а и б (рис9) свет сквозь оптическую систему пройти не может, а в случаев (рис9) он проходит беспрепятственно. А теперь представим себе промежуточный случай,когда оси n на стенках скрещены между собой, но втолще слоя, благодаря какому-то воздействию, они повернулись почти перпендикулярностёклам. В этой ситуации свет практически не проходит сквозь второй поляризатор.Остался ещё один шаг до массового применения подобной системы. Надо научится управлятьоптической осью нематической жидкости так, чтобы в отсутствии воздействия эта осьориентировалась, как на рисунке 9 в, а при включении воздействия она наклоняласьна заметный угол, как на рисунках 9, б и г. После выключения воздействия, молекулызанимают свои прежние позиции, вследствие условий на стеклянных поверхностях и взаимодействиймежду собой.
Оказалось, что именно внематическом жидком кристалле это очень просто сделать с помощью электрическогополя, заключив слой между полированными стёклами, на которые нанесены прозрачныеэлектроды.

/>
Рис.9
Подключив к этим электродамслабенькую батарейку и замкнув цепь, мы сделаем нашу оптическую систему светонепроницаемой,а разомкнув цепь – прозрачной, что и осуществил впервые Фредерикс.
Почему электрическое поле поворачиваетмолекулы так, как нам нужно, и сколь сильным оно при этом должно быть? Ответ напервую часть вопроса легко дать с помощью рисунка 10. Пусть молекула, у которойдиполь легко образуется вдоль длинной оси, находится в электрическом поле и междувекторами Е и n имеется некоторый угол. Тогда в образовавшемсядиполе на заряды +Q и –Q действуют силы F+ =+QE и F- = -QE; таким образом, возникает пара сил, создающаякрутящий момент.
Этот момент сил и поворачивает молекулутак, чтобы она своей длинной осью ориентировалась вдоль вектора Е.
/>
Рис.10
Здесь важно заметить, чтона самом деле необходимо повернуть одновременно очень большое число таких молекул,но при этом нет необходимости поворачивать каждую молекулу в отдельности. Посколькумолекулы, взаимодействующие между собой, ориентированы одинаково, то достаточнотолкнуть одну, чтобы другие дружно повернулись вслед за первой. Поэтому для осуществленияописанного эффекта необходимое некоторое конечное значение разности потенциаловна электродах – пороговое напряжение. Это пороговое значение определяется из условияравенства моментов двух сил: силы, действующие со стороны электрического поля, ивозвращающей силы взаимодействия между молекулами, которая стремится ориентироватьмолекулы так, как сориентированы молекулы, прилипшие к стеклу. Оказывается, чтонезависимо от толщины слоя, пороговое напряжение может составлять доли вольта, причёмтолщина слоёв составляет сотую долю миллиметра. Это во много раз меньше, чем требуетсядля получения таких же оптических эффектов в твёрдых кристаллах, что и обусловилогромадный практический интерес к жидким кристаллам при создании циферблатов всевозможныхтипов.

IIIФизическийпринцип действия устройств на ЖК
Жидкокристаллические телевизоры.
Рассмотрим пример достижениянаучных исследований в процессе создания жидкокристаллических экранов, отображенияинформации, в частности жидкокристаллических экранов телевизоров.
Жидкокристаллический дисплей( LCD – Liquid Crystal Display ).
/>
Принцип работы жидкокристаллическогодисплея заключается в следующем – свет от лампы подсветки проходит через первыйполяризатор и стеклянную пластину, поляризуясь в вертикальной плоскости. Слой жидкихкристаллов расположен между двумя прозрачными пластинами, на них нанесены прозрачныеэлектроды, подводящие электричество к каждой ячейке матрицы. Пластины обработанытак, что жидкие кристаллы ориентируются между ними определенным образом. При прохождениичерез светофильтр луч окрашивается в один из трех цветов (красный, зеленый, синий).После светофильтра размещается второй поляризатор, развёрнутый на 90oотносительно первого. Если на ячейку не подать напряжение, то свет при прохождениисквозь слой жидких кристаллов не меняет плоскости поляризации и не может пройтисквозь второй поляризатор. Эта ячейка будет выглядеть черной на экране. Если же,подать напряжение, то жидкие кристаллы повернутся и изменят плоскость поляризациилуча, который в свою очередь беспрепятственно пройдёт сквозь второй поляризатор.Для повышения быстродействия применяется технология тонкопленочных транзисторов( Thin Film Transistor ), суть этой технологии в том, что для управления каждойячейкой применяется отдельный тонкопленочный транзистор, а не горизонтальный и вертикальныйэлектрод.
Известно, что массовое созданиебольших плоских экранов на жидких кристаллах сталкивается с трудностями не принципиального,а чисто технологического характера. Хотя принципиально возможность создания такихэкранов продемонстрирована, однако оно связно со сложностью их производства присовременной технологии их стоимость оказывается очень высокой. Поэтому возниклаидея создания проекционных устройств на жидких кристаллах, в которых изображение,полученное на жидкокристаллическом экране малого размера могло бы быть спроектированов увеличенном виде на обычный экран, подобно тому, как это происходит в кинотеатрес кадрами кинопленки. Оказалось, что такие устройства могут быть реализованы нажидких кристаллах, если использовать сэндвичевые структуры, в которые наряду сослоем жидкого кристалла входит слой фотополупроводника. Причем запись изображенияв жидком кристалле, осуществляемая с помощью фотополупроводника, производится лучомсвета. Теперь же познакомимся с физическими явлениями, положенными в основу егоработы.
Принцип записи изображенияочень прост. В отсутствие подсветки фотополупроводника его проводимость очень мала,поэтому практически вся разность потенциалов, поданная на электроды оптической ячейки,в которую еще дополнительно введен слой фотополупроводника, падает на этом слоефотополупроводника. При этом состояние жидкокристаллического слоя соответствуетотсутствию напряжен;.я на нем. При подсветке фотополупроводника его проводимостьрезко возрастает, так как свет создает в нем дополнительные носители тока (свободныеэлектроны и дырки). В результате происходит перераспределение электрических напряженийв ячейке — теперь практически все напряжение падает на жидкокристаллическом слое,и состояние слоя, в частности, его оптические характеристики изменяются соответственновеличине поданного напряжения. Таким образом изменяются оптические характеристикижидкокристаллического слоя в результате действия света. Ясно, что при этом в принципеможет быть использован любой электрооптический эффект из описанных выше. Практически,конечно, выбор электрооптического эффекта в таком сэндвичевом устройстве, называемомэлектрооптическим транспарантом, определяется наряду с требуемыми оптическими характеристикамии чисто технологическими причинами.
Важно, что в описываемомтранспаранте изменение оптических характеристик жидкокристаллического слоя происходитлокально — в точке засветки фотополупроводника. Поэтому такие транспаранты обладаюточень высокой разрешающей способностью. Так, объем информации, содержащейся на телевизионномэкране, может быть записан на транспаранте размерами менее 1Х1 см2.
Описанный способ записиизображения, помимо всего прочего, обладает большими достоинствами, так как он делаетненужной сложную систему коммутации, т. е. систему подвода электрических сигналов,которая применяется в матричных экранах на жидких кристаллах.[2],[5].
Термография.
Одноиз важных направлений использования жидких кристаллов — термография. Подбирая составжидкокристаллического вещества, создают индикаторы для разных диапазонов температурыи для различных конструкций. Например, жидкие кристаллы в виде плёнки наносят натранзисторы, интегральные схемы и печатные платы электронных схем. Неисправные элементы— сильно нагретые или холодные, неработающие — сразу заметны по ярким цветовым пятнам.Новые возможности получили врачи: жидкокристаллический индикатор на коже больногобыстро диагностирует скрытое воспаление и даже опухоль.
IVОбудущих применениях жидких кристаллов
Интенсивное изучение ЖКначалось в середине 70-х гг. прошлого столетия, в настоящее время эти системы продолжаютдетально исследаваться в силу своих уникальных фотоупругих, электрооптических инелинейных оптических свойств. Рассматриваются способы их синтеза и тестирования,методы введения в различные фоточувствительные полимерные и наноструктурированныесреды. Изучаются жидкокристаллические нематические, холестерические и смектическиеструктуры, а также системы, обладающие сегнетоэлектрическими свойствами.
Важной доминантой в изучениифазового состояния ЖК, структурирования мезофазы является проведение их сенсибилизациипри использовании нанообъектов. В качестве последних используются фуллерены, нанотрубки,нановолокна, наночастицы, J–агрегаты, др. Исследуются структурные, химические, спектральные,фотопроводниковые, электрические, нелинейно-оптические свойства жидких кристаллови нанокомпозитов на их основе; изучаются механизмы взаимодействия теплового излучения,магнитного и электрического полей, а также лазерного излучения широкого спектральногои энергетического диапазонов с данными системами. Определяются перспективы использованияжидкокристаллических сред в качестве усилителей яркости изображения, перестраиваемыхфильтров, дисплейных элементов нового поколения, быстродействующих переключателей,оптически управляемых и акустических модуляторов света, термодатчиков в различныхобластях науки, техники, биологии и медицины. Каждая из областей по-своему интереснаи познавательна и требует определенных усилий для своего планомерного развития.
Пространственно-временноймодулятор света
Управляемые оптические транспарантымогут быть использованы не только как элементы проекционного устройства, но и выполнятьзначительное число функций, связанных с преобразованием, хранением и обработкойоптических сигналов. В связи с тенденциями развития методов передачи и обработкиинформации с использованием оптических каналов связи, позволяющих увеличить быстродействиеустройств и объем передаваемой информации, управляемые оптические транспаранты нажидких кристаллах представляют значительный интерес и с этой точки зрения. В этомслучае их еще принято называть пространственно-временными модуляторами света (ПВМС),или световыми клапанами. Перспективы и масштабы применения ПВМС в устройствах обработкиоптической информации определяются тем, насколько сегодняшние характеристики оптическихтранспарантов могут быть улучшены в сторону достижения максимальной чувствительностик управляющему излучению, повышения быстродействия и пространственного разрешениясветовых сигналов, а также диапазона длин волн излучения, в котором надежно работаютэти устройства. Как уже отмечалось, одна из основных проблем — это проблема быстродействияжидкокристаллических элементов, однако уже достигнутые характеристики модуляторовсвета позволяют совершенно определенно утверждать, что они займут значительное местов системах обработки оптической информации. Ниже рассказывается о ряде возможныхприменений модуляторов света.
Прежде всего отметим высокуючувствительность модуляторов света к управляющему световому потоку, которая характеризуетсяинтенсивностью светового потока. Спектральный диапазон работы модуляторов, выполненныхна различных полупроводниковых материалах, перекрывает длины волн от ультрафиолетовогодо ближнего инфракрасного излучения. Очень важно, что в связи с применением в модуляторахфотополупроводников удается улучшить временные характеристики устройств по сравнениюс быстродействием собственно жидких кристаллов. Разумеется, изменение оптическиххарактеристик жидкого кристалла в точке регистрации сигнала происходит с запаздыванием,т. е. более медленно, в соответствии с временем изменения оптических характеристикжидкого кристалла при наложении на него (или снятии) электрического поля.
Какие же, кроме уже обсуждавшихсяфункций, могут выполнять модуляторы света? При соответствующем подборе режима работымодулятора они могут выделять контур проектируемого на него изображения. Если контурперемещается, то можно визуализировать его движение. При этом существенно, что длинаволны записывающего изображения излучения и считывающего излучения могут отличаться.Поэтому модуляторы света позволяют, например, визуализировать инфракрасное излучение,или с помощью видимого света модулировать пучки инфракрасного излучения, или создаватьизображения в инфракрасном диапазоне длин волн.
В другом режиме работы модуляторысвета могут выделять области, подвергнутые нестационарному освещению. В этом режимеработы из всего изображения выделяются, например, только перемещающиеся по изображениюсветовые точки, или мерцающие его участки. Модуляторы света могут использоватьсякак усилители яркости света. В связи же с их высокой пространственной разрешающейспособностью их использование оказывается эквивалентным усилителю с очень большимчислом каналов. Перечисленные функциональные возможности оптических модуляторовдают основание использовать их 6 многочисленных задач обработки оптической информации,таких как распознавание образов, подавление помех, спектральный и корреляционныйанализ, интерферометрия, в том числе запись голограмм в реальном масштабе времени,и т. д. Насколько широко перечисленные возможности жидкокристаллических оптическихмодуляторов реализуются в надежные технические устройства, покажет ближайшее будущее.Оптический микрофон
Только что было рассказанооб управлении световыми потоками с помощью света. Однако в системах оптической обработкиинформации и связи возникает необходимость преобразовывать не только световые сигналыв световые, но и другие самые разнообразные воздействия в световые сигналы. Такимивоздействиями могут быть давление, звук, температура, деформация и т. д. И вот дляпреобразования этих воздействий в оптический сигнал жидкокристаллические устройстваоказываются опять-таки очень удобными и перспективными элементами оптических систем.
Конечно, существует массаметодов преобразовывать перечисленные воздействия в оптические сигналы, однако подавляющеебольшинство этих методов связано сначала с преобразованием воздействия в электрическийсигнал, с помощью которого затем можно управлять световым потоком. Таким образом,методы эти двуступенчатые и, следовательно, не такие уж простые и экономичные вреализации. Преимущество применения в этих целях жидких кристаллов состоит в том,что с их помощью самые разнообразные воздействия можно непосредственно переводитьв оптический сигнал, что устраняет промежуточное звено в цепи воздействие световойсигнал, а значит, вносит принципиальное упрощение в управление световым потоком.Другое достоинство ЖК-элементов в том, что они легко совместимы с узлами волоконно-оптическихустройств.
Чтобы проиллюстрироватьвозможности с помощью ЖК управлять световыми сигналами, расскажем о принципе работы«оптического микрофона» на ЖК — устройства, предложенного для непосредственногоперевода акустического сигнала в оптический.
Принципиальная схема устройстваоптического микрофона очень проста. Его активный элемент представляет собой ориентированныйслой нематика. Звуковые колебания создают периодические во времени деформации слоя,вызывающие также переориентации молекул и модуляцию поляризации (интенсивности)проходящего поляризованного светового потока.
Исследования характеристикоптического микрофона на ЖК, выполненные в Акустическом институте АН СССР, показали,что по своим параметрам он не уступает существующим образцам и может быть использованв оптических линиях связи, позволяя осуществлять непосредственное преобразованиезвуковых сигналов в оптические. Оказалось также, что почти во всем температурноминтервале существования нематической фазы его акусто — оптические характеристикипрактически не изменяются.
Прежде чем перейти к другомупримеру возможного применения ЖК в оптических линиях связи, напомним, что оптическоеволокно представляет собой оптический волновод. Свет из этого волновода не выходитнаружу по той причине, что снаружи на волокно нанесено покрытие, диэлектрическаяпроницаемость которого больше, чем во внутренней части волокна, в результате чегопроисходит полное внутреннее отражение света на границе внутренней части и внешнегопокрытия. Волноводный режим распространения света в волокне может быть также достигнутне только за счет резкой диэлектрической границы, но и при плавном изменении показателяпреломления (диэлектрической проницаемости) от середины к поверхности волновода.
По аналогии с оптическимиволокнами в тонком слое жидкого кристалла также может быть реализован волноводныйрежим распространения света вдоль слоя, если обеспечить соответствующее изменениедиэлектрической проницаемости в пределах толщины слоя. А как мы знаем, изменениядиэлектрических характеристик в ЖК можно добиться изменением ориентации директора(длинных осей молекул). Оказывается, в слое нематика или холестерина можно, например,путем приложения электрического поля обеспечить такой характер изменения ориентациидиректора по толщине, что для определенной поляризации света такой слой оказываетсяоптическим волноводом.
Каждый увидит здесь очевиднуюаналогию между оптическим волокном-волноводом и жидкокристаллическим волноводом.Но имеется здесь и очень существенная разница. Эта разница состоит в том, что еслидиэлектрические характеристики оптического волокна, а следовательно, и его волноводныесвойства, неизменны и формируются при его изготовлении, то диэлектрические, а следовательно,и волноводные свойства ЖК-волновода легко изменять путем внешних воздействий.
Это значит, например, чтоесли жидкокристаллический волновод включен в канал волоконной связи, то световойпоток, идущий по этому каналу, можно модулировать, меняя характеристики ЖК-элемента.В простейшем случае это может быть просто прерывание светового потока, которое можетпроисходить в ЖК-элементе при таком переключении электрического сигнала на нем,которое приводит к исчезновению его волноводных свойств. Кстати сказать, этот жеЖК-элемент может выполнять и функции оптического микрофона, если он устроен так,что акустический сигнал вызывает в нем возмущение ориентации директора.
Уменьшение трения при помощиЖК.
Новый тип смазки, предложенныйучеными из Фраунгоферовского института механики материалов (Фрайбург, Германия),позволяет уменьшить трение в подшипниках и передаточных механизмах практически донуля. Андреас Кайлер (Andreas Kailer) объясняет, как удалось добиться таких результатов:«Смазка изготовлена на основе жидких кристаллов (ЖК) наподобие тех, что используютсяпри производстве современных мониторов с плоскими экранами. В отличие от обычныхжидкостей, все молекулы ЖК имеют одинаковую ориентацию в пространстве. Откройтеновую коробку спичек: головки будут смотреть в одном направлении».
Совместно с коллегами изФраунгоферовского института прикладных исследований полимеров и инженерами компанииNematel ученые провели практические испытания с целью выяснить, какие кристаллыи в каких условиях лучше всего использовать для создания смазки. Схема экспериментапроста: к металлическому цилиндру, который передвигается по контактной поверхности,прикладывается определенное усилие. Исследователи замеряют энергию, которую необходимозатратить для перемещения этого цилиндра.
Как оказалось, через некотороевремя после нанесения на соприкасающиеся поверхности ЖК трение падает почти до нуля.Длительность переходного процесса определяется в основном силой, которая приложенак цилиндру. «Опыты показывают, что применять смазку на основе жидких кристалловв подшипниках качения нецелесообразно, так как контактное давление слишком велико,и сила трения снижается не так существенно, — делится результатами исследованиядоктор Кайлер. — С другой стороны, такая смазка идеально подходит для подшипниковскольжения». Поскольку производство ЖК до настоящего момента было ориентированона их использование в различных дисплеях (а значит, требовалось обеспечить исключительнуючистоту продукции), цены на них остаются очень высокими. Поэтому в ближайших планахученых стоит разработка упрощенного процесса синтезирования. Всего же, по их оценкам,до выхода на рынок нового типа смазочных материалов осталось от трех до пяти лет.
Методические рекомендации
В своей книге “Физика жидкихкристаллов” французский физик- теоретик П. де Жен красноречиво написал: “Жидкиекристаллы прекрасны и загадочны, и поэтому я их люблю. Я надеюсь, что некоторыеиз читателей…испытают к ним то же влечение, помогут разгадать загадки и поставятновые вопросы”. Замечательные слова!
В настоящее время, к сожалению,в курсе физике общеобразовательных школ не рассматривается тема удивительного состояниявещества — жидкий кристалл. Интересующиеся школьники так же не могут найти полезнойи понятной информации по данной теме ни в современных книгах, ни в сети интернет.По этому, нами был разработан данный элективный курс. При проведении данного курсаследует обратить особое внимание на то, что в нем нет лабораторных практикумов.Это объясняется тем, что само получение ЖК достаточно трудоемкий процесс, а также требует финансовых затрат. Следует сделать уклон на создание групповых проектовпо свойствам и эффектам жидких кристаллов. Этим можно активизировать познавательнуюдеятельность учащихся, а так же воспитывать чувства коллективизма. Так же, не мало,важным является просмотр фильма и его обсуждение. Необходимо указать на особенностьи уникальность этих веществ и возможности дальнейшего изучения этой темы в их студенческойжизни.
В данном курсе все поставленныецели достигнуты.

Список литературы
1. Адамчик А., Стругальский З. Жидкие кристаллы.М.: Сов. радио, 1979. 160
2… Блинов Л. М. Электро- и магнитооптикажидких кристаллов. М.: Наука, 1978. 384 с
3. де Жен П. Физика жидких кристаллов, Пер.с англ. М.: Мир, 1977. 400 с.
4. Жаркова Г. М., Сонин А. С. Жидкокристаллическиекомпозиты. Новосибирск: ВО “Наука”, 1994. 214 с.
5. Каманина Н.В. Жидкие кристаллы — перспективныематериалы оптоэлектроники. Свойства и области применения: Учеб. пособие. СПб.: Изд-воСПбГЭТУ “ЛЭТИ”, 2004. 84 с.
6. Каманина Н. В. Электрооптические системына основе жидких кристаллов и фуллеренов – перспективные материалы наноэлектроники.Свойства и области применения. Учебное пособие. — СПб: СПбГУИТМО, 2008 – 137с.
7. Сонин А. С. Введение в физику жидких кристаллов.М.: Наука, 1983. 320 с.
8. Пикин С.А., Блинов Л.М. Жидкие кристаллы.- М.: Наука, 1982. – 280 с.
9. Пикин С. А. Стационарное течение нематическойжидкости во внешнем электрическом поле // ЖЭТФ. 1971. Т. 60, № 3. С. 1185 – 1190.
10. Пространственные модуляторы света / А.А. Васильев, Д. Касасент, И. Н. Компанец, А. В. Парфенов. М.: Радио и связь, 1987.320 с.
11. Чандрасекар С. Жидкие кристаллы. Пер.с англ. М.: Мир, 1980. 344
12. Чистяков И.Г. Жидкие кристаллы. – М.:Наука, 1966. – 272 с.