4.2.2. Staklasta i visokoelastična stanja polimera
Staklasto stanje je jedan od oblika čvrstog stanja amorfnih polimera, koji se odlikuje malim elastičnim deformacijama sa visokim vrijednostima modula elastičnosti E≈2,2·10 3 -5·10 3 MPa. Ove deformacije su povezane s blagom promjenom udaljenosti između atoma i uglova veze glavnog lanca.
Visoko elastično stanje karakteriziraju velike reverzibilne deformacije (do 600-800%) i niske vrijednosti modula elastičnosti polimera (0,2-2 MPa). Istezanje polimera pri visokoelastičnoj deformaciji je praćeno oslobađanjem energije u obliku topline, dok je kontrakcija praćena kompresijom. Modul elastičnosti deformabilnog polimera raste s porastom temperature, dok se modul elastičnosti u staklastom stanju smanjuje. Visokoelastična deformacija se javlja tokom vremena, jer je uzrokovana pomicanjem segmenata i stoga je relaksacioni molekularno-kinetički proces.
Priroda elastične sile koja nastaje prilikom deformacije polimera u staklastim i visokoelastičnim stanjima razmatra se u odjeljku. 2.2.1. U prvom slučaju, to je povezano s promjenom unutrašnje energije, u drugom - entropijom. Molekularni mehanizam entropijske elastičnosti povezan s obnavljanjem najvjerovatnijih veličina makromolekularnih zavojnica detaljno je razmotren u odjeljku. 2.2.
Visoko elastično stanje se najjasnije manifestuje kod „poprečno povezanih” guma, tj. guma Kod linearnih polimera ireverzibilna deformacija je superponirana na reverzibilnu deformaciju, tj. protok. Visoko elastično stanje se može uočiti kod polimera u različitim temperaturnim rasponima - od -100 do 200 °C. Tehnička upotreba visokoelastičnih materijala povezana je s njihovim svojstvima amortizacije i niskim modulom elastičnosti.
Kada su izloženi vanjskoj periodičnoj sili visoke frekvencije, polimeri koji su u visokoelastičnom stanju mogu se transformirati u elastično-tvrdo deformacijsko stanje koje nije povezano sa „zamrzavanjem“ pokretljivosti segmenata (tablica 4.1). Ova vrsta staklastog prijelaza u poljima sile na temperaturama iznad strukturne temperature staklastog prijelaza naziva se mehanička staklena tranzicija. Priroda ovog fenomena je diskutovana ranije u odeljku. 2.3.4.
Staklost polimera je proces relaksacije. Povezuje se sa opuštanjem, tj. pomicanjem segmenata makromolekula koji sadrže 5-20 atoma glavnog lanca (u zavisnosti od njegove fleksibilnosti). Ovaj proces ima izražen kooperativni karakter.
Tokom staklastog prelaza dolazi do nagle promene toplotnog kapaciteta, temperaturnog koeficijenta zapreminskog širenja i koeficijenta termičke kompresibilnosti, dok se na krivuljama specifične zapremine, entalpije i entropije uočava samo kink. Na T T s drugi izvod Gibbsove funkcije
naglo menjati, što je znak faznog prelaza drugog reda. Unatoč tome, stakleni prijelaz nije fazni prijelaz,
Tabela 4.1 Temperatura staklastog prijelaza, sterički faktor (fleksibilnost) σ i Kuhnov segment različitih klasa polimera
|
Kuhnov segment, nm | |||
|
Fleksibilni lančani polimeri: | |||
|
Polikloropren | |||
|
Polydpmethylsploxane | |||
|
poliesteri | |||
|
Cis-poliizonren (prirodna guma) | |||
|
polibutadien | |||
|
Alifatski poliamidi | |||
|
Polimetil metakrilat | |||
|
Paul i metil akril | |||
|
Polibutil akrilat | |||
|
Polivinil acetat | |||
|
Polistiren | |||
|
Polietilen | |||
|
Polipropilen | |||
|
Poliakrilonitril | |||
|
Polivinil hlorid | |||
|
Polimeri krutog lanca: | |||
|
Tereftalna kiselina i fenolftalein poliarilat | |||
|
Poliamid tereftalne kiseline i aniftaleina | |||
|
Poliimid dianhidrid 3,3",4,4"-tetrakarboksifenil oksid i anilin fluoren |
budući da to dovodi do neravnotežnog metastabilnog stanja sistema. To potvrđuju brojne kinetičke karakteristike:
monotono i neograničeno smanjenje temperature staklastog prijelaza sa smanjenjem brzine hlađenja i obrnuto;
u suprotnom smjeru od promjene toplotnog kapaciteta tokom staklastog prelaza i faznog prelaza drugog reda (tokom staklastog prelaza, toplotni kapacitet se smanjuje).
Obično se temperatura staklastog prijelaza mijenja za približno 3 °C kada se brzina hlađenja promijeni za faktor 10, a samo u nekim slučajevima može se promijeniti za 10-15 °C. Bartenev je predložio formulu za izračunavanje temperature staklastog prijelaza pri različitim brzinama promjene temperature:
gdje je c materijalna konstanta; Stopa kogrevanja u °C/s.
Teorije staklene tranzicije. Pokretljivost bilo koje kinetičke jedinice određena je vremenom relaksacije t, koje, u skladu s formulom (2.93), eksponencijalno ovisi o energiji aktivacije. Pokazalo se da se sa padom temperature energija aktivacije za kretanje segmenata brzo povećava, što je povezano sa smanjenjem slobodnog volumena polimera i povećanjem kooperativnog relaksacionog sistema. Tokom staklene tranzicije, slobodni volumen dostiže minimalnu vrijednost i kretanje segmenata prestaje. Slobodni volumen polimera Vst je određen izrazom:
gdje je V ukupna zapremina, tj. stvarni volumen polimernog tijela; V 3 - zauzeti volumen jednak volumenu makromolekula. Slobodni volumen je raspoređen po polimeru u obliku mikropora, čije je porijeklo povezano s heterogenošću strukture.
Promjenu volumena tijela tokom zagrijavanja karakterizira koeficijent
ekstenzije. Pri T > T c, promjena volumena polimera je uglavnom određena promjenom slobodnog volumena; koeficijent ekspanzije za ovu regiju označava se kao 1. Kod T< Т с свободный объем изменяется в существенно меньшей степени (рис. 4.6), изменение объема полимера в этой области происходит по закону, характерному для твердых кристаллических тел с коэффициентом объемного расширения 2 . Величина ∆= 1 - 2 имеет физический смысл коэффициента температурного расширения свободного объема. Она связана с температурой стеклования полимеров эмпирическим уравнением Бойера-Симхи:
U teoriji Gibbsa i Di Marzija, proces staklene tranzicije polimera razmatra se iz perspektive termodinamičkog stanja sistema, određenog brojem mogućih konformacija makromolekula. Pretpostavlja se da se mogući načini orijentacije lančanih jedinica mogu svesti na dva ekstremna slučaja koji odgovaraju visokim ε 1 i niskim ε 2 energetskim vrijednostima konformera. U odnosu na rotacijski izomerni model lanca, prvi se može pripisati ±gauche izomerima, drugi trans izomerima. Pri T > T c polimer se odlikuje velikim konformacionim skupom i značajnom molarnom konformacionom entropijom S K . Kako temperatura pada, intenzitet termičkog kretanja segmenata se smanjuje, tj. fleksibilnost lanca, dakle, konformacije koje odgovaraju velikim (ε 1) vrijednostima unutrašnje energije su zamrznute, a S K opada. Na određenoj temperaturi T = T 2, prijelaz trans konformacija u “+” ili “-” gauche postaje nemoguć, a toplinsko kretanje segmenata prestaje. To znači da je ∆S K = 0, ako primijenimo Boltzmannovu formulu za izračunavanje konformacijske entropije i pretpostavimo da je termodinamička vjerovatnoća jednaka konformacijskom broju.
Budući da je T2 temperatura na kojoj višak entropije prehlađene tekućine (u ovom slučaju amorfnog polimera) u odnosu na kristal postaje nula, stakleni prijelaz u Gibbs-Di Marzio teoriji smatra se faznim prijelazom drugog reda. Zaista, tokom staklastog prijelaza uočavaju se neki formalni znakovi takvog prijelaza - skok toplotnog kapaciteta, oštra promjena koeficijenta volumetrijskog širenja, itd. Osim toga, pokazalo se da tokom staklastog prijelaza dolazi do preraspodjele gauche i trans izomera se odvija, kao što je predloženo prema Gibbs-Dee teoriji Marzio. U praksi se pokazalo da je T c > T 2 uvijek. Stoga su autori teorije pretpostavili da je T 2 = T c samo pri beskonačno malim brzinama hlađenja polimera, kada su relaksacioni fenomeni u polimerima svedeni na minimum. Ali čak i pod ovim uslovom, pogrešno je identifikovati stakleni prelaz sa faznim prelazom drugog reda, jer staklena tranzicija fiksira metastabilno stanje, čija je entropija na bilo kojoj temperaturi veća od entropije kristalnog stanja. Dakle, treba uzeti u obzir da postoje dva nezavisna prijelaza na T 2 i T c, koji međusobno koreliraju. Termodinamička teorija staklene tranzicije dalje je razvijena u radovima Adama i Gibbsa.
Kinetička teorija staklenog prijelaza. Za polarne polimere sa jakim intermolekularnim interakcijama, dobre rezultate daje Žurkova teorija, jedna od prvih teorija staklene tranzicije. Prema ovoj teoriji, stakleni prijelaz polimera, tj. prestanak termičkog kretanja segmenata je zbog formiranja prostorne mreže slabih intermolekularnih kohezivnih veza - dipol, donor-akceptor (uključujući vodonik).
Energija međumolekularne interakcije malo zavisi od temperature, dok je energija toplotnog kretanja jedinica proporcionalna kT. Kako temperatura pada, energija toplotnog kretanja opada i, kada se pokaže da je nedovoljna za savladavanje sila međumolekularne interakcije, formira se mreža međumolekulskih veza, tj. stakleni prijelaz U ovom slučaju, za prijelaz u staklasto stanje, dovoljno je "zamrznuti" mobilnost Kuhnovih segmenata, dok je kretanje ostalih strukturnih elemenata - karika, bočnih supstituenata - očuvano.
Formiranje međumolekulskih veza tokom prelaska u staklasto stanje za niz polarnih polimera - poliamide, polivinil alkohol, želatinu - dokazano je IR spektroskopijom. U skladu sa Žurkovom teorijom, sa povećanjem polariteta polimera i, posljedično, krutosti lanca, vrijednost temperature staklastog prijelaza raste (slika 4.7).
Blokiranje polarnih grupa polimera uvođenjem malih dodataka spojeva male molekulske težine dovodi do smanjenja međumakromolekularne interakcije i, shodno tome, temperature staklastog prijelaza. Eksperimentalni podaci potvrđuju ovu poziciju.
Na osnovu prethodno navedenog, očigledno je da će temperatura staklastog prelaza prvenstveno zavisiti od faktora koji određuju fleksibilnost lanca i mogućnost konformacionih prelaza. Fleksibilnost lanca određena je prirodom veza u glavnom lancu, kao i zapreminom i polaritetom supstituenata u ovom lancu. Poznato je, na primjer, da uvođenje etarskih veza u lanac povećava njegovu fleksibilnost, a amidne grupe - smanjuje. U skladu s tim, u prvom slučaju temperatura staklastog prelaza opada, u drugom raste (vidi tabelu 4.1). Uticaj poslanika se najčešće manifestuje na sledeći način:
tzv. bulk nedeformabilni supstituenti povećavaju temperaturu staklastog prijelaza, na primjer, za polistiren i polivinilnaftalen je 100 °C i 211 °C, respektivno;
fleksibilne bočne grupe snižavaju temperaturu staklastog prijelaza, na primjer, polimetilakrilat i polibutil akrilat imaju temperaturu staklastog prijelaza od 2°C odnosno -40°C;
povećanje polariteta supstituenta dovodi do smanjenja fleksibilnosti lanca zbog ograničenja njegove slobode rotacije i, kao posljedicu, do povećanja temperature staklastog prijelaza.
Kao što je gore spomenuto, u rasponu niske molekularne težine, potonje utječe na temperaturu staklastog prijelaza polimera. To se objašnjava povećanjem slobodnog volumena polimera koji sadrži kratke lance, jer njihovi krajevi sprječavaju blisko pakovanje makromolekula. Višak slobodnog volumena polimera male molekulske mase dovodi do činjenice da se konformacijski prijelazi makromolekula mogu izvesti na nižim temperaturama u odnosu na polimer veće molekularne težine.
U slučaju umreženih polimera dešava se suprotan fenomen – umrežavanje „spoji“ makromolekule, što dovodi do smanjenja slobodnog volumena i povećanja temperature staklastog prelaska „poprečnog“ polimera u odnosu na linearni.
| " |
Kompanija OLENTA prodaje veliki asortiman polimernih materijala. Uvijek imamo na raspolaganju visokokvalitetne termoplaste, uključujući polimere s tekućim kristalima. Zaposleni koji rade u OLENTI imaju višu stručnu spremu i dobro su upoznati sa specifičnostima proizvodnje polimera. Kod nas uvijek možete dobiti savjet i bilo kakvu pomoć u vezi izbora materijala i organizacije tehnološkog procesa.
Tečni kristalni polimeri imaju vrlo visoku krutost i čvrstoću. Ne proizvode blic prilikom bacanja. Preporučuje se za precizno livenje. Imaju odličnu dimenzijsku stabilnost. Karakterizira ga vrlo kratko vrijeme hlađenja. Odlikuje ih izuzetno niska čvrstoća zglobova. Ovdje ćete pronaći polimer s tekućim kristalima iz Toray-a. Materijal se proizvodi u fabrici u Japanu.
Polimer s tekućim kristalima koji proizvodi Toray
| Punjenje | Brand | Opis | Aplikacija |
| Stakleno punjenje | Polimer visoke čvrstoće, 35% ispunjen staklom | Mikroelektronika |
|
| Kratko staklo | Polimer visoke tečnosti, 35% punjen staklom | Mikroelektronika |
|
| Kratko staklo i minerali | Polimer super visoke tečnosti, 30% punjen staklom | Mikroelektronika |
|
| Antistatički polimer, 50% punjenje | Mikroelektronika |
||
| Staklo i minerali | Nisko savijanje, 50% punjenje | Mikroelektronika |
|
| Minerali | Nisko savijanje, 30% punjenje | Mikroelektronika |
Karakteristike polimera s tekućim kristalima
Za razliku od tradicionalnih polimernih spojeva, ovi materijali imaju niz karakterističnih svojstava. Tečni kristalni polimeri su visokomolekularna jedinjenja koja mogu promeniti svoje stanje pod uticajem spoljašnjih uslova. Zbog fleksibilnih molekularnih veza, lanac makromolekula je sposoban mijenjati svoj oblik u širokom rasponu i formirati stabilnu i izdržljivu kristalnu strukturu.
Ovi polimeri zadržavaju stabilna svojstva čvrstoće do tačke topljenja. Imaju vrlo visoku hemijsku otpornost i dielektrična svojstva.
Polimeri s tekućim kristalima se široko koriste u proizvodnji elektronskih komponenti, posuđa otpornog na mikrovalne pećnice i medicinskih instrumenata.
O kompaniji OLENTA
Naša kompanija ima niz prednosti:
- razumne cijene;
- specijalisti sa velikim iskustvom;
- striktno poštovanje rokova i dogovora;
- širok asortiman strukturalne plastike;
- saradnja sa najvećim proizvođačima polimera.
OLENTA isporučuje polimere s tekućim kristalima isključivo od provjerenih proizvođača. Ovo ne služi samo kao garancija besprijekornog kvaliteta, već i minimizira sve rizike povezane s prekidima u snabdijevanju ili nepravilnim izvršavanjem obaveza.
Objavljujemo transkript predavanja Alekseja Bobrovskog, višeg istraživača na Katedri za makromolekularna jedinjenja Hemijskog fakulteta Moskovskog državnog univerziteta, vanrednog profesora, doktora hemije, laureata Predsedničke nagrade za mlade naučnike za 2009. godinu, održanog u decembru. 2. 2010. u Politehničkom muzeju u sklopu Polit. RU".
Vidi također:
Tekst predavanja. Dio 1
Dobro veče! Želio bih malo promijeniti propise: predavanje se sastoji iz dva dijela: prvo tečni kristali, zatim polimeri tečnih kristala, pa bih predložio da se nakon prvog dijela postave neka pitanja. Biće lakše.
Želeo bih da kažem da glavni zadatak koji sam sebi postavio pripremajući se za ovo predavanje nije toliko da vas natovarim obiljem informacija o tečnim kristalima, o njihovoj upotrebi, već da nekako zainteresujem tečne kristale, da dam neke početne pojmovi: šta su i pokazuju koliko su lijepi i zanimljivi ne sa utilitarne tačke gledišta (gdje se mogu koristiti), već sa stanovišta nauke i umjetnosti (koliko su lijepe same po sebi). Plan mog izveštaja.
Prije svega, reći ću vam kada i kako je otkriveno tečno kristalno stanje, po čemu su tekući kristali jedinstveni u odnosu na druge objekte, a u drugom dijelu svog izvještaja govorit ću o tečnim kristalnim polimerima i zašto su zanimljivi i divni .
Svi znaju da u većini supstanci molekule formiraju kristalno stanje, molekule formiraju trodimenzionalnu kristalnu rešetku, uređenu u tri dimenzije, a kada se zagrije na određenu temperaturu, uočava se fazni prijelaz iz trodimenzionalnog uređenog stanja u neuređeno tečno stanje, a uz daljnje zagrijavanje - u plinovito stanje. Pokazalo se da postoje neke međufaze koje imaju agregatno stanje tečnosti, ali ipak imaju neki red: ne trodimenzionalni, već dvodimenzionalni ili neki drugi degenerisani red. Sad ću objasniti o čemu govorimo.
Prvi izvještaj o neobičnom stanju materije - tekuće kristalno stanje materije, iako ovaj termin nije postojao u to vrijeme - dogodio se 1888. godine. Prema nekim drugim podacima, takvo neobično stanje supstance zabeleženo je 1850. godine, ali je opšte prihvaćeno da je 1888. godine austrijski naučnik Friedrich Reinitzer ispitivao supstancu holesterol benzoat – derivat holesterola – i otkrio da kada se zagreje na 145°, kristalna faza (bijeli prah) prelazi u čudnu zamućenu tekućinu, a daljnjim zagrijavanjem do 179° uočava se prijelaz u običnu prozirnu tekućinu. Pokušao je da pročisti ovu supstancu, jer nije bio siguran da ima čisti holesterol benzoat, ali su se ipak ova dva fazna prelaza reprodukovala. Poslao je uzorak ove supstance svom prijatelju fizičaru Ottu von Lehmannu. Lehman je proučavao obične kristale, uključujući plastične kristale, koji su mekani na dodir i različiti od običnih tvrdih kristala. Glavna metoda proučavanja bila je polarizaciona optička mikroskopija - mikroskop u kojem svjetlost prolazi kroz polarizator, prolazi kroz supstancu, a zatim kroz analizator - kroz tanak sloj supstance. Kada se kristali određene supstance stave između polarizatora i analizatora, možete videti teksture - karakteristične slike za različite kristalne supstance - i tako proučavati optička svojstva kristala. Ispostavilo se da mu je Otto von Lehmann pomogao da shvati šta je bio razlog srednjeg stanja, zablude. Otto von Lehmann je bio ozbiljno uvjeren da sva svojstva kristalnih supstanci, kristala, zavise isključivo od oblika molekula, odnosno nije bitno kako se nalaze u ovom kristalu, važan je oblik molekula. A u slučaju tečnih kristala bio je u pravu – oblik molekula određuje sposobnost formiranja tekuće kristalne faze (uglavnom oblik molekula). Ovdje bih želio govoriti o glavnim historijskim fazama u proučavanju tečnih kristala, po mom mišljenju najvažnijim.
Godine 1888. Reinitzer je napisao da postoje kristali čija je mekoća takva da se mogu nazvati tekućim, zatim je Lehmann napisao članak o tekućim kristalima, zapravo, on je skovao termin tečni kristali. Važna istorijska epizoda: sovjetski fizičar Fredericks je 20-30-ih godina proučavao uticaj različitih magnetnih i električnih polja na optička svojstva tečnih kristala i otkrio je važnu stvar: orijentacija molekula u tečnim kristalima se vrlo lako menja pod uticajem uticaj spoljašnjih polja, a ta polja su veoma slaba i vrlo brzo se menjaju. Od kasnih 60-ih godina počeo je procvat proučavanja sistema tečnih kristala i faza tečnih kristala, a povezan je sa činjenicom da su naučili da ih koriste. Prvo, za sisteme za prikaz informacija u običnim elektronskim digitalnim satovima, zatim u kalkulatorima, a s pojavom kompjuterske tehnologije postalo je jasno da se tekući kristali mogu aktivno koristiti za proizvodnju displeja. Naravno, takav tehnološki iskorak je podstakao proučavanje tečnih kristala sa stanovišta fundamentalne nauke, ali želim da istaknem koliki je vremenski jaz između naučnih otkrića vezanih za tečne kristale. U stvari, ljudi su ih zanimali iz radoznalosti, nije bilo utilitarnog interesa, niko nije znao kako da ih koristi, a štaviše, tih godina (20-30-ih) teorija relativnosti je bila mnogo zanimljivija. Inače, Fredericks je bio popularizator teorije relativnosti u Sovjetskom Savezu, zatim je bio represivan i umro u logorima. Zapravo, prošlo je 80 godina nakon otkrića tečnih kristala dok nisu naučili da ih koriste. Često navodim ovaj primjer kada govorim o posebnostima finansiranja nauke.
Želio bih se zadržati na glavnim vrstama tekuće kristalne faze. Kako funkcioniše mezofaza, odnosno tečna kristalna faza?
Tipično, tekuću kristalnu fazu formiraju molekuli koji imaju oblik štapića ili diska, odnosno imaju anizometriju oblika, prvenstveno štapići ili diskovi. Možete zamisliti dobar eksperiment koji je lako postaviti: ako nasumično sipate štapiće u kutiju i protresete je, onda ćete kao rezultat ovog mućkanja primijetiti da su sami štapići naslagani paralelno, tako najjednostavniji nematik faza je dogovorena. Postoji orijentacijski poredak duž određenog pravca, ali je centar mase molekula neuređen. Postoje mnogo složenije faze, na primjer, smektičkog tipa, kada je centar mase u ravninama, odnosno takve slojevite faze. Kolesterična faza je vrlo interesantna: njen lokalni poredak je isti kao i nematička, postoji orijentacijski poredak, ali na udaljenosti od stotina nanometara formira se spiralna struktura sa određenim smjerom uvijanja i pojava ova faza je zbog činjenice da su molekuli kiralni, odnosno da je potrebna molekularna kiralnost (o čemu je to kasnije ću objasniti) da bi se formirao takav spiralni zavoj. Ova faza takođe ima interesantna svojstva, poput nematske, a može naći i neku primenu. Faze o kojima sam govorio su najjednostavnije. Postoje takozvane plave faze.
Na njima ću se malo zadržati kada pričam o polimerima, ovo je malo vezano za moj rad. Ovdje ove linije označavaju smjer orijentacije molekula, a glavni strukturni element takvih faza su takvi cilindri u kojima se orijentacija dugih osi molekula pametno mijenja, odnosno u središtu ovog cilindra orijentacija je duž osi cilindra, a kako se udaljava prema periferiji, uočava se rotacija. Ove faze su veoma interesantne sa stanovišta strukture, veoma lepe u polarizacionom mikroskopu, a važno je napomenuti da u slučaju tečnih kristala male molekulske težine ove faze postoje u nekim desetinkama stepena, u najboljem slučaju 2 Temperaturni raspon -3°, au slučaju polimera uspio sam uhvatiti ove zanimljive strukture, o čemu ću vam kasnije pričati. Malo hemije. Kako izgledaju strukture molekula tečnih kristala?
Obično postoji aromatična grupa od 2-3 benzenska prstena, ponekad mogu postojati dva aromatična prstena koja su direktno povezana, može postojati i vezni dio. Bitno je da je ovaj fragment izdužen, odnosno da mu je dužina veća od širine i da je prilično krut, te je moguća rotacija oko duge ose, ali pri toj rotaciji oblik ostaje izdužen. Ovo je veoma važno za formiranje tečne kristalne faze. Važno je prisustvo fleksibilnih repova u molekuli - to su razni alkilni repovi, a važno je prisustvo raznih polarnih supstituenata. Ovo je važno za primjenu, a stvara dipolne momente i sposobnost preorijentacije u vanjskim poljima, odnosno ovaj molekul se sastoji od dva glavna dijela: mezogenog fragmenta sa nekim supstituentom (polarnim ili nepolarnim) i fleksibilnog repa koji se mogu saviti. Zašto je to potrebno? Djeluje kao unutrašnji plastifikator, jer ako uzmete krute molekule, oni će se kristalizirati - formirat će trodimenzionalni kristal bez ikakvih mezofaza, bez tekućih kristalnih faza, a fleksibilni rep često pomaže da se između kristala formira međufaza. i obična izotropna tečnost. Druga vrsta molekula su molekuli u obliku diska. Evo opće strukture takvih diskova, koji također mogu formirati mesafaze, ali imaju potpuno drugačiju strukturu od faza zasnovanih na izduženim molekulima. Želio bih da vam istaknem kako su lijepi tečni kristali pod polarizacijskim mikroskopom.
Polarizaciona mikroskopija je prva metoda za proučavanje tečnih kristala, odnosno po slici koju posmatra istraživač u polarizacionom mikroskopu ukrštenih polarizatora može se proceniti kakva je mezofaza, koja vrsta tekuće kristalne faze nastaje. Ovo je karakteristična slika za nematičku fazu, čiji molekuli formiraju samo orijentacijski red. Ovako izgleda smektička faza. Da vam dam predstavu o razmjeru svega ovoga, odnosno mnogo je veći od molekularne skale: širina slike je stotine mikrona, odnosno makroskopska je slika, mnogo veća od valne dužine vidljive svetlosti. A analizom takvih slika može se procijeniti kakva je to struktura. Naravno, postoje preciznije metode za određivanje strukture i nekih strukturnih karakteristika ovih mezofaza - metode kao što su analiza difrakcije rendgenskih zraka, razne vrste spektroskopije - koje nam omogućavaju da shvatimo kako i zašto su molekuli pakirani na ovaj ili onaj način .
Druga vrsta slike je koncentrirani rastvor kratkih fragmenata DNK (vodeni rastvor) - takva slika je dobijena na Univerzitetu u Koloradu. Uopšteno govoreći, značaj i karakteristike formiranja tekućih kristalnih faza u biološkim objektima je tema za posebnu veliku raspravu, a ja nisam stručnjak za to, ali mogu reći da mnogi polimeri biološke prirode mogu proizvesti tečnost. kristalna faza, ali to je obično liotropna tečna kristalna faza, tj. Važno je da je rastvarač, kao što je voda, prisutan da bi se formirala ova tečna kristalna faza. Ovo su slike koje sam dobio.
Ovako izgleda holesterična mezofaza - jedna od tipičnih slika. Želeo bih da pokažem kako lepo izgledaju fazni prelazi: kada se temperatura promeni, možemo da posmatramo fazni prelaz.
Kada se temperatura promijeni, uočava se promjena refrakcije, pa se mijenjaju boje, približavamo se prijelazu - i uočava se prijelaz u izotropno taljenje, odnosno sve je potamnjelo, vidljiva je tamna slika u ukrštenim polarizatorima.
U drugom slučaju, malo je složenije: isprva je vidljiva tamna slika, ali priroda nas vara, molekule su jednostavno orijentirane tako da izgledaju kao izotropna talina, ali postojala je tekuća kristalna faza. Ovdje je prijelaz u drugu tekuće kristalnu fazu - nakon hlađenja, uređenije promjene u orijentaciji. Crvena boja je povezana sa spiralnom strukturom sa određenim nagibom spirale, a visina spirale se mijenja, spirala se uvija, pa dolazi do promjene boja. Vidljive su razne disklinacije, odnosno spirala se uvija, a sada će se u jednom trenutku uočiti kristalizacija ovog uzorka, sve će to postati plavo. To pokazujem činjenicom da je jedan od mojih ličnih motiva za proučavanje, na primjer, tečnih kristala njihova ljepota, sa zadovoljstvom ih gledam kroz mikroskop, imam sreću da to radim svaki dan, a estetski interes je podržan naučnim interesom. Sada će doći do kristalizacije, sve se dešava u realnom vremenu. Nemam nikakvih zvona, to je obična posuda za sapun montirana na mikroskop, tako da je kvalitet odgovarajući. Ovdje rastu sferuliti ovog spoja. Ovo jedinjenje su za nas sintetizirali hemičari u Češkoj. (Takođe sami sintetišemo LCD spojeve.) Treba malo reći zašto se oni široko koriste.
Svako od nas nosi sa sobom malu količinu tečnih kristala, jer su svi monitori mobilnih telefona bazirani na tečnim kristalima, a da ne govorimo o kompjuterskim monitorima, displejima, televizijskim monitorima i ozbiljnoj konkurenciji plazma monitora i uopšte LED monitora – tada, kao koliko ja znam (nisam stručnjak za ovo), ne. Tečni kristali su stabilni i ne zahtijevaju mnogo napona za promjenu slike - ovo je vrlo važno. Kod tekućih kristala uočena je važna kombinacija, takozvana anizotropija svojstava, odnosno različitost svojstava u različitim smjerovima u mediju, njihov niski viskozitet, drugim riječima, fluidnost, moguće je stvoriti neku vrstu optičkog Uređaj koji bi se prebacio i reagovao sa karakterističnim vremenom prebacivanja milisekundi ili čak mikrosekundama je kada oko ne primjećuje brzinu ove promjene, zbog čega je moguće postojanje LCD-a i televizijskih displeja, te vrlo visoka osjetljivost na vanjska polja. Ovi efekti su otkriveni prije Fredericksa, ali ih je on proučavao, a orijentacijska tranzicija o kojoj ću sada govoriti zove se Fredericksova tranzicija. Kako radi jednostavan digitalni brojčanik sata i zašto se tečni kristali tako široko koriste?
Uređaj izgleda ovako: postoji sloj tečnog kristala; štapići predstavljaju pravac orijentacije u molekulu tečnog kristala, naravno da nisu u razmeri, mnogo su manji od ostatka dizajna, postoje dva polarizatora, ukršteni su tako da nije bilo sloja tečnog kristala, svetlost ne bi prošla kroz njih. Postoje staklene podloge na koje se nanosi tanak vodljivi sloj tako da se može primijeniti električno polje; Postoji i tako lukav sloj koji orijentiše molekule tečnog kristala na određeni način, a orijentacija je postavljena tako da su na gornjoj podlozi molekuli orijentisani u jednom smeru, a na drugoj podlozi - u okomitom smeru , odnosno organizirana je twist orijentacija molekula tečnog kristala, pa je svjetlost, kada padne na polarizator, polarizirana - ulazi u tekući kristalni medij, a ravan njene polarizacije rotira prateći orijentaciju tekućine kristalni molekul - to su svojstva molekula tečnog kristala. I, shodno tome, zbog činjenice da se rotira za 90° u ravninskoj polarizaciji, svjetlost prolazi kroz ovu geometriju mirno, a ako se primijeni električno polje, molekuli se postavljaju duž električnog polja, pa stoga polarizirana svjetlost ne mijenja svoju polarizaciju i ne može proći kroz drugi polarizator. Ovako se pojavljuje tamna slika. U stvarnosti, na ručnom satu se koristi ogledalo i mogu se napraviti segmenti koji omogućavaju vizualizaciju neke slike. Ovo je najjednostavnija shema, naravno, monitori s tekućim kristalima su mnogo složenije strukture, višeslojni, slojevi su obično vrlo tanki - od desetina nanometara do mikrona - ali princip je u osnovi isti, a ovaj prijelaz je kada se orijentacija molekula se mijenja duž električnog ili magnetskog polja (monitori koriste električno polje jer je lakše) naziva se Fredericksov prijelaz (efekat) i aktivno se koristi u svim takvim uređajima. Prvi prototip je nematički displej na brojčaniku.
A ovo je slika koja ilustruje koliko je malo električno polje potrebno za preorijentaciju molekula tečnog kristala. U stvari, radi se o galvanskoj ćeliji sastavljenoj od dva krompira kao elektrolita, odnosno za takvu preorijentaciju potreban je vrlo mali napon u području od 1V, zbog čega se te tvari tako široko koriste. Druga primjena, a riječ je o holesterskim tekućim kristalima, o kojima ću detaljnije govoriti, je zbog činjenice da su u stanju mijenjati boju ovisno o temperaturi.
To je zbog različitog nagiba spirale, a moguće je vizualizirati, na primjer, distribuciju temperature. Završio sam razgovor o tekućim kristalima malih molekula i spreman sam da saslušam vaša pitanja o njima prije nego što pređem na polimerne tekuće kristale.
Diskusija o predavanju. Dio 1
Tatyana Sukhanova, Institut za bioorgansku hemiju: Odgovorite na amatersko pitanje: u kom rasponu se mijenja boja tekućih kristala i kako to ovisi o njihovoj strukturi?
Alexey Bobrovsky: Govorimo o holesterskim tečnim kristalima. Ovdje se boja mijenja ovisno o visini holesterske spirale. Postoje holesterici koji selektivno reflektuju svjetlost u UV području, odnosno nevidljivom području, a postoje holesterici koji selektivno reflektiraju svjetlost zbog ove periodičnosti u infracrvenom području, odnosno govorimo o mikronima, desetinama mikrona, a u u slučaju slika u boji, koje sam pokazao u polarizovanoj optičkoj mikroskopiji, tu je komplikovanije, a boja je zbog činjenice da se polarizovana svetlost, ravan polarizacije u tečnom kristalu, rotira drugačije, a to zavisi od talasna dužina. Postoji složena paleta boja, a pokriven je čitav vidljivi raspon, odnosno možete se potruditi da dobijete razne boje.
Boris Dolgin: Možete li nam reći nešto više o životu?
Alexey Bobrovsky: O životu? Konkretno o ulozi tečnih kristala u biologiji?
Boris Dolgin: Da.
Alexey Bobrovsky: Nažalost, ovo uopće nije moja tema. Daću vam link do knjige na kraju. Prije svega, kada govore o povezanosti tekućih kristala u biologiji, govore o tome kako se oni mogu koristiti u medicini - postoji mnogo različitih opcija. U lipidnim ćelijskim membranama, tekuće kristalno stanje se javlja na razumnim biološkim temperaturama.
Boris Dolgin: I ovo nije nikakav artefakt, već je ovo dodatno istraživanje.
Alexey Bobrovsky: Da. Čini mi se da još uvijek nije poznata uloga tekućeg kristalnog stanja, a ponekad postoje dokazi da DNK u ćeliji može postojati i u tečnom kristalnom stanju, ali to je tema za buduća istraživanja. Ovo nije moje polje nauke. Više me zanimaju tečni kristalni sintetički polimeri, o kojima ću dalje govoriti.
Boris Dolgin: Da li su LC polimeri potpuno umjetni?
Alexey Bobrovsky: Da, u suštini sve je vještačko. Boja, na primjer, nekih buba i leptira je posljedica takvih prirodnih ne tekućih kristala, već zamrznutog tekućeg kristalnog stanja zbog hitinskih bioloških polimera. Tako je evolucija pokazala da bojanje nije zbog pigmenata, već zbog lukave strukture polimera.
Mihail Potanin: Imam pitanje o magnetskoj osjetljivosti tečnih kristala. Koliko su oni osjetljivi na Zemljina magnetna polja? Da li je sa njima moguće napraviti kompas?
Alexey Bobrovsky: Ne možeš. Nažalost, to se dogodilo. Šta određuje osjetljivost tečnih kristala? Postoji koncept dijamagnetske susceptibilnosti i dielektrične konstante, au slučaju električnog polja sve je mnogo zgodnije i bolje, odnosno dovoljno je stvarno primijeniti 1 V na takvu ćeliju s tekućim kristalom - i sve će se preorijentirati , a u slučaju magnetnog polja govorimo o teslama - takve jačine polja neuporedivo veće od jačine Zemljinog magnetnog polja,
Lev Moskovkin: Možda imam potpuno amatersko pitanje. Predavanje je apsolutno šarmantno, estetsko zadovoljstvo veliko, ali sama prezentacija manje. Slike koje ste pokazali podsjećaju na nukleus - one su i estetski aktivne - i na reakciju Jabotinskog, iako vaše slike nisu ciklične. Hvala ti.
Alexey Bobrovsky: Nisam spreman da odgovorim na ovo pitanje. Ovo treba pogledati u literaturi. U polimerima i tekućim kristalima postoji teorija „skaliranja“, odnosno samosličnosti. Teško mi je odgovoriti na ovo pitanje, nisam kompetentan za ovu temu.
Natalia: Sada se Nobelove nagrade dodjeljuju ruskim naučnicima. Po Vašem mišljenju, Fredericks bi, da je ostao živ, mogao dobiti ovu nagradu? Generalno, da li je neko od naučnika koji su radili na ovoj temi dobio Nobelovu nagradu?
Alexey Bobrovsky: Mislim da bi, naravno, Fredericks bio prvi kandidat. Umro je u logoru tokom rata. Da je živio do 1968-1970, bio bi prvi kandidat za Nobelovu nagradu - to je sasvim očigledno. I dalje veliki fizičar, ali nije dobio nagradu (govorimo o našim naučnicima), - Cvetkov je osnivač škole fizičara u Sankt Peterburgu, nažalost, raspala se u jednom ili drugom stepenu. Pitanje ko je dobio Nobelovu nagradu za tečne kristale nije posebno razmatrano niti proučavano, ali, po mom mišljenju, samo je Paul de Gennes dobio Nobelovu nagradu za polimere i tečne kristale.
Boris Dolgin: Da li je moda proučavanja tečnih kristala zauvek nestala?
Alexey Bobrovsky: Da, naravno, više nema uzbuđenja, jer je već dosta jasno sa najjednostavnijom mezofazom (nematska tečno-kristalna faza), a jasno je da je ona najoptimalnija za upotrebu. Još uvijek postoji određeni interes za složenije faze, jer se mogu postići neke prednosti u odnosu na dobro proučenu, ali broj publikacija o tečnom kristalnom stanju opada.
Boris Dolgin: Odnosno, ne vidite nikakve kvalitativne skokove u razumijevanju, nema zona u kojima bi postojala globalna misterija.
Alexey Bobrovsky: Mislim da je bolje ne davati prognoze, jer svašta može da se desi. Nauka se ne razvija uvijek dosljedno. Ponekad ima čudnih skokova, pa se ne obavezujem da dajem bilo kakva predviđanja.
Konstantin Ivanovič: Voleo bih da znam koliko su bezbedni za ljudski život.
Alexey Bobrovsky: Ljudi koji proizvode LCD ekrane prolaze sigurnosne testove. Ako popijete litar tečnog kristala, vjerovatno će vam biti muka, ali s obzirom da se koriste miligrami, nema ozbiljne opasnosti. Ovo je mnogo sigurnije od slomljene žive koja curi iz termometra. Ovo je potpuno neuporedivo u šteti. Sada se pojavljuju istraživanja o recikliranju tečnih kristala. Čuo sam jedan izveštaj gde se ovaj problem ozbiljno shvata, da već postoji velika količina otpada i kako se može povratiti, ali su problemi za životnu sredinu minimalni. Oni su sigurni.
Boris Dolgin: Na kraju je bila vrlo zanimljiva stvar. Ako zamislite polovni LCD monitor i tako dalje. Šta će biti s njim dalje, šta se dešava? Kako se odlaže - ili se ne zbrinjava, ili se nekako raspada, ili ostaje?
Alexey Bobrovsky: Mislim da su molekuli tečnih kristala prva stvar koja će se razgraditi pod vanjskim utjecajima.
Boris Dolgin: Dakle, nema tu neke posebne specifičnosti?
Alexey Bobrovsky: Naravno da ne. Mislim da su tamo problemi s recikliranjem plastike i polimera mnogo složeniji.
Oleg: Molim vas recite mi šta određuje temperaturni opseg tekućih kristalnih faza? Kao što znate, svi moderni displeji rade u veoma širokom temperaturnom rasponu. Kako je to postignuto i kojim svojstvima i strukturom materije su određena?
Alexey Bobrovsky: Odlično pitanje. Zaista, obična jedinjenja, većina organskih jedinjenja koja se sintetišu pojedinačno, imaju temperature kao što sam pokazao, holesterol benzoat se topi na 140°, a zatim izotropna razgradnja na 170°. Postoje pojedinačne supstance koje imaju nisku tačku topljenja, oko sobne temperature, i transformišu se u običnu izotropnu tečnost oko 50°, ali da bi se ostvario tako širok temperaturni opseg, sve do temperatura ispod nule, morale su se praviti mešavine. Konvencionalne mešane kompozicije različitih supstanci, kada se pomešaju, njihova tačka topljenja se značajno smanjuje. Takav trik. Obično su to homologne serije, u prikazima se koristi derivat bifenila, gdje nema X i nitrilnog supstituenta, a kao alkilni repovi uzimaju se repovi različite dužine, a mješavina od 5-7 komponenti omogućava snižavanje Tačka topljenja ispod 0°, a ostavlja temperaturu bistrenja, odnosno prelaska tečnog kristala u izotropnu fazu, iznad 60° - to je takav trik.
Tekst predavanja. Dio 2
Prije svega, želio bih reći šta su polimeri.
Polimeri su jedinjenja koja se dobijaju uzastopnim ponavljanjem, odnosno hemijskim povezivanjem identičnih jedinica - u najjednostavnijem slučaju, identičnih, kao u slučaju polietilena, to su CH 2 jedinice povezane jedna s drugom u jednom lancu. Naravno, postoje složeniji molekuli, čak i DNK molekuli, čija se struktura ne ponavlja i organizirana je na vrlo složen način.
Glavne vrste topologije polimera: najjednostavniji molekuli su molekuli linearnog lanca, postoje razgranati polimeri u obliku češlja. Polimeri u obliku češlja igrali su važnu ulogu u pripremi tekućih kristalnih polimera. Polikatenani u obliku zvijezde, prstenasto povezani, različiti su molekularni oblici. Kada su istraživanja stanja tečnih kristala bila u punom jeku, kada su se proučavali tečni kristali, pojavila se ideja: da li je moguće kombinovati jedinstvena optička svojstva tečnih kristala sa dobrim mehaničkim svojstvima polimera - sposobnošću formiranja prevlaka, filmova , i neki proizvodi? I ono što mi je palo na pamet 1974. (postojala je prva publikacija) - kasnih 60-ih - ranih 70-ih počeli su predlagati različite pristupe proizvodnji tečnih kristalnih polimera.
Jedan pristup je pričvršćivanje štapićastih molekula u obliku štapa na linearnu makromolekulu, ali se pokazalo da takvi polimeri ne tvore tekuću kristalnu fazu - to su obična krhka stakla, koja se zagrijavanjem počinju raspadati i ne daju ništa. . Zatim je, paralelno, u dvije laboratorije (o tome ću detaljnije govoriti kasnije), predložen je pristup za pričvršćivanje takvih molekula u obliku šipke na glavni polimerni lanac kroz fleksibilne odstojnike - ili razdvajanje, na ruskom. A onda se ispostavlja sljedeće: postoji blaga autonomija između glavnog polimernog lanca, on se odvija uglavnom neovisno, a ponašanje štapićastih molekula, odnosno glavnog polimernog lanca ne ometa formiranje štapićastog lanca. fragmenti tekuće kristalne faze.
Ovaj pristup se pokazao vrlo plodonosnim, a paralelno, u dvije laboratorije - u laboratoriji Nikolaja Alfredoviča Platea u Sovjetskom Savezu i u laboratoriji Ringsdorf - takav pristup je nezavisno predložen, a ja sam sretan što sada radim u laboratorija Valerija Petroviča Šibajeva na Hemijskom fakultetu Moskovskog državnog univerziteta, odnosno radim u laboratoriji u kojoj je sve ovo izmišljeno. Naravno, bilo je sporova oko prioriteta, ali to je sve nevažno.
Glavne vrste tečnih kristalnih polimera. Neću govoriti o takvim glavnim lancima ili glavnim grupama glavnog polimernog lanca (ovo je jedna vrsta takvih polimera), uglavnom ću govoriti o tekući kristalnim polimerima u obliku češlja, u kojima su štapićasti fragmenti povezani sa glavni lanac kroz fleksibilni alifatski rastavljač.
Važna prednost pristupa stvaranju tečnih kristalnih polimera sa stanovišta sinteze i kombinacije različitih svojstava je mogućnost dobijanja homopolimera. Odnosno, uzmete monomer koji je sposoban formirati lančanu molekulu, na primjer, zbog dvostruke veze, shematski prikazane ovdje, i možete dobiti homopolimer, odnosno polimer čije se molekule sastoje od identičnih fragmenata u obliku štapa , ili možete napraviti kopolimere kombinovanjem dva različita fragmenta - oba mogu formirati mezofazu, ili mogu kombinovati nemezogene fragmente sa mezogenim fragmentima, i ispostavilo se da imamo sposobnost da hemijski prisilimo različite komponente da budu u istoj polimerni sistem. Drugim rečima, ako bismo pokušali da pomešamo takav monomer sa takvim monomerom bez hemijskog vezivanja, oni bi dali dve odvojene faze, a hemijskim vezivanjem ih teramo da budu u istom sistemu, a onda ću pokazati zašto je to dobro je.
Važna prednost i razlika između polimernih tekućih kristala i niskomolekularnih tekućih kristala je mogućnost formiranja staklastog stanja. Ako pogledate temperaturnu skalu: imamo izotropnu fazu na visokim temperaturama, kada se temperatura smanji, formira se tečna kristalna faza (pod ovim uslovima polimer izgleda kao vrlo viskozna tečnost), a kada se ohladi, prelazi u uočava se staklasto stanje. Ova temperatura je obično blizu ili malo iznad sobne temperature, ali to zavisi od hemijske strukture. Dakle, za razliku od spojeva male molekularne težine, koji su ili tekući ili prelaze u kristalno stanje, struktura se mijenja. U slučaju polimera ispada da je ova struktura zamrznuta u staklastom stanju, koje može trajati decenijama, a to je važno sa stanovišta primjene, na primjer, za snimanje pohranjivanja informacija možemo promijeniti strukturu i orijentaciju molekule, fragmente molekule i zamrznuti ih na sobnoj temperaturi. Ovo je važna razlika i prednost polimera od jedinjenja male molekularne težine. Za šta su još dobri polimeri?
Ovaj video prikazuje elastomer s tekućim kristalima, odnosno osjeća se poput gumene trake koja se skuplja kada se zagrije i širi kada se ohladi. Ovaj rad je preuzet sa interneta. Ovo nije moj rad, evo ubrzane slike, odnosno u stvarnosti, nažalost, ovaj prelaz se posmatra u roku od nekoliko desetina minuta. Zašto se ovo dešava? Što je elastomer s tekućim kristalima, koji ima prilično nisku temperaturu staklastog prijelaza, odnosno u elastičnom je stanju na sobnoj temperaturi, ali su makromolekule umrežene, a ako sintetiziramo film u tekuće kristalnoj fazi, onda polimerni lanac malo ponavlja orijentaciju mezogenih grupa, a ako ga zagrejemo, mezogene grupe prelaze u nesređeno stanje i shodno tome glavne polimerne lance prebacuju u neuređeno stanje, a anizometrija makromolekularnih zavojnica se menja. To dovodi do činjenice da se pri zagrijavanju, tijekom prijelaza iz mezofaze u izotropnu fazu, uočava promjena geometrijskih dimenzija uzorka zbog promjene oblika polimernih zavojnica. U slučaju tekućih kristala male molekularne težine, to se ne može primijetiti. Dvije grupe u Njemačkoj - Finkelman, Zentel - i druge grupe su puno radile na ovim stvarima. Isto se može primetiti i pod uticajem svetlosti.
Postoji mnogo radova o fotohromnim polimerima koji sadrže azobenzenski fragment - dva benzenska prstena povezana jedan s drugim NN dvostrukom vezom. Šta se događa kada se takvi molekularni fragmenti izlože svjetlosti? Uočava se takozvana trans-cis izomerizacija, a fragment u obliku štapa, kada je ozračen svjetlom, pretvara se u zakošeni zakrivljeni cis oblik, savijeni fragment. Ovo takođe dovodi do činjenice da se red u sistemu jako smanjuje, a kao što smo ranije videli tokom zagrevanja, i tokom zračenja dolazi do smanjenja geometrijskih dimenzija, promene oblika filma, u ovom slučaju smo primetili smanjenje.
Pri zračenju se mogu ostvariti različite vrste deformacija savijanja, odnosno pri zračenju UV svjetlošću može se ostvariti takvo savijanje filma. Kada je izložen vidljivoj svjetlosti, uočava se reverzna cis-trans izomerizacija i ovaj film se širi. Moguće su razne opcije - to može ovisiti o polarizaciji upadnog svjetla. Govorim o tome jer je ovo sada prilično popularno područje istraživanja tekućih kristalnih polimera. Čak uspijevaju napraviti i neke uređaje na osnovu toga, ali za sada su, nažalost, vremena tranzicije prilično duga, odnosno brzina je mala, pa je nemoguće govoriti o nekoj konkretnoj upotrebi, ali, ipak, to su takvi umjetno stvoreni mišići, koji djeluju, rade pri promjenama temperature ili kada su izloženi svjetlosti različitih valnih dužina. Sada bih vam htio reći nešto o svom radu direktno.
Šta je zadatak mog rada, naše laboratorije. Već sam govorio o prednostima kopolimerizacije, mogućnosti kombinovanja potpuno različitih fragmenata u jednom polimernom materijalu, a glavni zadatak, glavni pristup stvaranju tako različitih multifunkcionalnih tečnih kristalnih polimera je kopolimerizacija širokog spektra funkcionalnih monomera, koji mogu biti mezogene, odnosno odgovorne za formiranje tečnih kristalnih polimera, faze, kiralne (o kiralnosti ću kasnije), fotohromne, odnosno sposobne su da se menjaju pod uticajem svetlosti, elektroaktivne, koje nose veliku dipolnog momenta i mogu se preorijentisati pod uticajem polja, moguće su različite vrste funkcionalnih grupa koje mogu, na primer, da stupe u interakciju sa ionima metala i promene u materijalu. I ovo je takva hipotetička makromolekula u obliku češlja koja je ovdje nacrtana, ali u stvarnosti dobijamo dvostruke ili ternarne kopolimere koji sadrže različite kombinacije fragmenata, te, shodno tome, možemo mijenjati optička i druga svojstva ovih materijala koristeći različite utjecaje, npr. , svjetlost i električno polje. Jedan takav primjer kombinacije kiralnosti i fotohromičnosti.
Već sam govorio o holesteričnoj mezofazi – činjenica je da se formira spiralna molekularna struktura sa određenim korakom spirale, a takvi sistemi imaju selektivnu refleksiju svjetlosti zbog takve periodičnosti. Ovo je shematski dijagram presjeka filma: određeni korak spirale, a činjenica je da je selektivna refleksija linearno povezana s korakom spirale - proporcionalna nagibu spirale, odnosno promjenom nagiba spirale na ovaj ili onaj način, možemo promijeniti boju filma, valnu dužinu selektivne refleksije. Šta uzrokuje takvu strukturu sa određenim stepenom zaokreta? Da bi se takva struktura formirala, kiralni fragmenti moraju biti uvedeni u nematsku fazu.
Molekularna kiralnost je svojstvo molekula da nije u skladu sa svojom slikom u ogledalu. Najjednostavniji kiralni fragment koji imamo pred sobom su naša dva dlana. One su otprilike zrcalne slike jedna drugoj i ni na koji način se ne mogu porediti. Molekularna kiralnost uvodi u nematski sistem sposobnost uvijanja i formiranja spirale. Mora se reći da još uvijek ne postoji jasna, dobro objašnjena teorija spiralnog uvijanja, ali se ona ipak primjećuje.
Postoji važan parametar, neću se zadržavati na njemu, - ovo je sila uvijanja, a ispostavilo se da sila uvijanja - sposobnost kiralnih fragmenata da formiraju spiralnu strukturu - jako ovisi o geometriji kiralnih fragmenata.
Dobili smo kiralno-fotohromne kopolimere koji sadrže mezogeni fragment (prikazan kao plavi štapić) - odgovoran je za formiranje nematske tekuće kristalne faze. Dobijeni su kopolimeri sa kiralno-fotohromnim fragmentima koji, s jedne strane, sadrže kiralnu molekulu (grupu), as druge strane, fragment koji je sposoban za fotoizomerizaciju, odnosno promenu geometrije pod uticajem svetlosti, a zračenjem takvih molekula induciramo trans-cis-izomerizaciju, mijenjamo strukturu kiralnog fotokromnog fragmenta i - kao rezultat - njegovu sposobnost da inducira efikasnost induciranja holesterske spirale, odnosno na taj način možemo, na primjer, odmotati holestersku spiralu pod uticajem svjetlosti, to možemo učiniti reverzibilno ili nepovratno. Kako izgleda eksperiment, šta možemo implementirati?
Imamo dio holesterskog filma od holesterskog polimera. Možemo ga ozračiti pomoću maske i lokalno inducirati izomerizaciju; tokom izomerizacije se mijenja struktura kiralnih fragmenata, smanjuje se njihova sposobnost uvijanja, a uočava se lokalno odmotavanje spirale, a pošto se uočava odmotavanje heliksa, možemo promijeniti talasnu dužinu selektivne refleksije boje, odnosno filmova u boji.
Uzorci koji su dobijeni u našoj laboratoriji su uzorci polimera ozračeni kroz masku. Na takve filmove možemo snimiti razne vrste slika. Ovo može biti od primijenjenog interesa, ali bih želio da istaknem da je glavni fokus našeg rada proučavanje utjecaja strukture takvih sistema na molekularni dizajn, na sintezu takvih polimera i na svojstva takvih sistema. . Pored toga, naučili smo ne samo da kontrolišemo svetlost, talasnu dužinu selektivne refleksije, već i da kontrolišemo električnu energiju. Na primjer, možemo snimiti neku vrstu slike u boji, a zatim je, primjenom električnog polja, nekako promijeniti. Zbog raznovrsnosti takvih materijala. Takvi prijelazi - odmotavanje-uvrtanje spirale - mogu biti reverzibilni.
Zavisi od specifične hemijske strukture. Na primjer, možemo uzrokovati da talasna dužina selektivne refleksije (u stvari, bojenje) zavisi od broja ciklusa snimanja i brisanja, odnosno kada smo ozračeni ultraljubičastim svjetlom, odmotamo spiralu, a film se iz zelene pretvara u crvenu. , a zatim ga možemo zagrijati na temperaturi od 60° i izazvati obrnuti uvijanje. Na ovaj način možete implementirati mnogo petlji. U zaključku, želio bih se malo vratiti na estetski aspekt tekućih kristala i polimera tekućih kristala.
Pokazao sam i pričao malo o plavoj fazi - složena, vrlo interesantna struktura, još se proučavaju, tu se uvode nanočestice i vide šta se tu menja, a u tečnim kristalima male molekularne težine ova faza postoji u nekim delićima stepeni (2°-3°, ali ne više), vrlo su nestabilne. Dovoljno je malo gurnuti uzorak - i ova prekrasna tekstura, primjer je prikazan ovdje, je uništena, a u polimerima 1994-1995, dugim zagrijavanjem, pečenjem filmova na određenim temperaturama, uspio sam da vidim tako lepe teksture holesteričnih plavih faza, a ja sam uspeo bez ikakvih trikova (bez korišćenja tečnog azota) samo ohladiti ove filmove i posmatrati ove teksture. Nedavno sam pronašao ove uzorke. Prošlo je 15 godina - a ove teksture su ostale apsolutno nepromijenjene, odnosno lukava struktura plavih faza, poput nekih drevnih insekata u ćilibaru, ostala je fiksna više od 10 godina.
Ovo je prirodno zgodno sa istraživačke tačke gledišta. Možemo ovo staviti u mikroskop atomske sile i proučavati dijelove takvih filmova - zgodno je i lijepo. To je sve za mene. Osvrnuo bih se na literaturu.
Prvu knjigu Sonina Anatolija Stepanoviča, pročitao sam je pre više od 20 godina, 1980. godine, u izdavačkoj kući „Kentaur i priroda“, tada sam se, još kao školarac, zainteresovao za tečne kristale, i dogodilo se da Anatolij Stepanovič Sonin je bio recenzent moje teze. Modernija publikacija je članak mog naučnog supervizora Valerija Petroviča Šibajeva „Tečni kristali u hemiji života“. Postoji ogromna količina literature na engleskom; ako imate interes i želju, mnogo toga možete i sami pronaći. Na primjer, Dierkingova knjiga "Teksture tečnih kristala". Nedavno sam pronašao knjigu koja se fokusira na upotrebu tečnih kristala u biomedicini, odnosno ako nekoga zanima ovaj aspekt, preporučujem je. Postoji e-mail za komunikaciju, uvijek ću rado odgovoriti na vaša pitanja i možda vam poslati neke članke ako postoji takvo interesovanje. Hvala vam na pažnji.
Diskusija o predavanju. Dio 2
Alexey Bobrovsky: Trebalo je pokazati neku specifičnu hemiju. Ovo je moj propust. Ne, ovo je višestepena organska sinteza. Uzimaju se neke jednostavne supstance, u tikvicama to liči na hemijsku kuhinju, molekuli se tokom takvih reakcija kombinuju u složenije supstance, izoluju se skoro u svakoj fazi, nekako se analiziraju, uspostavlja se slaganje strukture koju želimo da dobijemo sa onim spektralnim podacima koje nam instrumenti daju kako bismo bili sigurni da je to supstanca koja nam je potrebna. Ovo je prilično složena sekvencijalna sinteza. Naravno, tekući kristalni polimeri zahtijevaju još više radno intenzivnu sintezu da bi se dobili. Izgleda da različiti bijeli puderi prave narandžaste pudere. Tekući kristalni polimer izgleda kao gumena traka ili je čvrsta sinterirana tvar, ali ako ga zagrijete i napravite tanak film (to je moguće kada se zagrije), tada ova čudna tvar daje prekrasne slike u mikroskopu.
Boris Dolgin: Imam pitanje, možda iz nekog drugog područja, u stvari, možda prvo Lev, pa ja, da ne skrećem pažnju sa činjeničnog dijela.
Lev Moskovkin: Baš ste me fascinirali današnjim predavanjem, za mene je ovo otkriće nečeg novog. Pitanja su jednostavna: koliko je jaka snaga mišića? Na šta radi? A iz neznanja, šta je tekstura, po čemu se razlikuje od strukture? Nakon tvog predavanja, čini mi se da je sve što je strukturirano u životu, a sve zahvaljujući tečnim kristalima, takođe u velikoj meri regulisano svetlošću i slabim impulsom. Hvala vam puno.
Alexey Bobrovsky: Naravno, ne može se reći da je sve regulisano tečnim kristalima, to, naravno, nije tako. Postoje različiti oblici samoorganizacije materije, a tekuće kristalno stanje je samo jedan od ovih oblika samoorganizacije. Koliko su jaki polimerni mišići? Ne znam koje su kvantitativne karakteristike u odnosu na postojeće uređaje na bazi gvožđa, grubo govoreći, naravno, nisu toliko jake, ali želim da kažem da savremeni panciri, na primer, sadrže Kivlar materijal - vlakno koje ima tečna kristalna struktura tipa glavnog lanca, polimer sa mezogenim grupama u glavnom lancu. U procesu dobijanja ovog vlakna, makromolekule se razvlače duž pravca vučenja i dobija se veoma velika čvrstoća, što omogućava izradu jakih vlakana za pancire, aktuatore ili mišiće, u fazi razvoja, ali se sile mogu postići tamo veoma slab. Razlika između teksture i strukture. Tekstura je koncept koji koriste ljudi koji se bave tepisima, dizajnom stvari, nekim vizualnim stvarima, umjetničkim dizajnom, odnosno prvenstveno je izgled. Sreća je što tekstura tečnih kristala, odnosno karakteristična slika, mnogo pomaže u određivanju strukture tečnog kristala, ali to su, zapravo, različiti pojmovi.
Oleg Gromov, : Rekli ste da postoje polimerne strukture tečnih kristala koje imaju fotohromni efekat i električnu i magnetnu osetljivost. Pitanje je ovo. U mineralogiji je poznato i da je Čuhrov opisao tekuće kristalne formacije anorganskog sastava 50-ih godina, a poznato je da anorganski polimeri postoje, stoga se postavlja pitanje da li postoje anorganski tečni kristalni polimeri i ako postoje, da li je moguće za obavljanje ovih funkcija i kako se one implementiraju u ovom slučaju?
Alexey Bobrovsky: Odgovor je vjerovatnije ne nego da. Organska hemija, svojstvo ugljika da formira mnoštvo različitih jedinjenja, omogućila je izvođenje kolosalnog dizajna raznih vrsta niskomolekularnih tečnih kristala, polimernih jedinjenja i, uopšte, zato možemo govoriti o nekim vrsta raznolikosti. To su stotine hiljada polimernih supstanci male molekularne težine koje mogu formirati tečnu kristalnu fazu. U slučaju neorganskih, ne znam za polimere, jedino što mi pada na pamet su neke suspenzije vanadijevog oksida, koji su također polimeri, a njihova struktura obično nije precizno utvrđena, a to je kod faza istraživanja. Ispostavilo se da je ovo malo izvan mainstreama nauke, gdje svi rade na dizajnu organskih konvencionalnih tekućih kristala, a zapravo može doći do formiranja faza liotropnih tekućih kristala, kada faza nije izazvana promjenom u temperaturu, ali prvenstveno prisustvom rastvarača, odnosno obično se radi o nanokristalima nužno izduženim, koji zbog rastvarača mogu formirati orijentacijski red. Ovo daje specijalno pripremljen vanadijum oksid. Druge primjere, možda, ne znam. Znam da ima nekoliko takvih primjera, ali reći da je ovo polimer nije sasvim ispravno.
Oleg Gromov, Institut za biohemiju i analitičku hemiju Ruske akademije nauka: Kako onda da razmatramo tečne kristalne formacije koje su otkrili Čuhrov i drugi 50-ih godina?
Alexey Bobrovsky: Ne znam, nažalost, ovo područje je daleko od mene. Koliko ja znam, čini mi se da je svakako nemoguće govoriti konkretno o tečnom kristalnom stanju, jer reč „tečnost“, da budem iskrena, nije primenljiva na polimere koji su u staklastom stanju. Netačno je reći da je ovo tečna kristalna faza; ispravno je reći „zamrznuta tečna kristalna faza“. Verovatno je sličnost, degenerisani poredak, kada ne postoji trodimenzionalni poredak, ali postoji dvodimenzionalni red, verovatno opšti fenomen, i ako pogledate, možete naći mnogo mesta. Ako mi pošaljete linkove do ovakvih radova na e-mail, bit ću vam jako zahvalan.
Boris Dolgin: Jako je dobro kada uspemo da postanemo još jedna platforma na kojoj naučnici različitih specijalnosti mogu da održavaju kontakt.
Alexey Bobrovsky: Super je
Glas iz publike: Još jedno amatersko pitanje. Rekli ste da fotohromni polimeri tečnih kristala imaju relativno nisku stopu odgovora na promene u okruženju. Koja je njihova približna brzina?
Alexey Bobrovsky: Govorimo o odgovoru u roku od nekoliko minuta. U slučaju jakog izlaganja svjetlosti vrlo tankim filmovima, ljudi postižu drugu reakciju, ali do sada je sve to sporo. Postoji takav problem. Postoje efekti koji su povezani sa nečim drugim (nisam govorio o ovome): imamo polimerni film i u njemu se nalaze fotohromni fragmenti i možemo delovati sa polarizovanom svetlošću dovoljnog intenziteta, a ta svetlost može izazvati rotaciono difuziju , odnosno rotacija ovih molekula okomita na ravan polarizacije - postoji takav efekat, otkriven je davno prvobitno, sada se i to istražuje, a to radim i ja. Uz dovoljno visok intenzitet svjetlosti, efekti se mogu uočiti unutar milisekundi, ali to obično nije povezano s promjenom geometrije filma, već se unutar njega, prije svega, mijenjaju optička svojstva.
Alexey Bobrovsky: Bilo je pokušaja da se napravi materijal za snimanje informacija i bilo je takvih razvoja, ali, koliko ja znam, takvi materijali ne mogu konkurirati postojećim magnetnim zapisima, drugim neorganskim materijalima, pa je interesovanje nekako zamrlo u ovom pravcu, ali to ne znači da se neće ponovo nastaviti.
Boris Dolgin: Pojava, recimo, novih zahtjeva zbog nečega.
Alexey Bobrovsky: Utilitarna strana stvari me ne zanima previše.
Boris Dolgin: Moje pitanje je dijelom vezano za to, ali ne o tome kako se može koristiti, ono je pomalo organizacijski utilitarno. U oblasti u kojoj radite u svom odjelu i tako dalje, kao što smo rekli, imate zajedničke projekte, narudžbe nekih poslovnih struktura i tako dalje. Kako je općenito strukturirana interakcija u ovoj oblasti: stvarni naučnik istraživač, relativno govoreći, pronalazač/inženjer ili pronalazač, pa inženjer, možda različiti subjekti, zatim, relativno govoreći, neka vrsta poduzetnika koji razumije šta da radi s tim, možda, ali to je malo vjerovatno, investitor koji je spreman dati novac preduzetniku kako bi on mogao da realizuje ovaj, kako se sada kaže, inovativni projekat? Kako je ovaj lanac strukturiran u vašem okruženju do te mjere da ste na neki način došli s njim u kontakt?
Alexey Bobrovsky: Za sada nema takvog lanca, a da li će ga biti ne zna se. U principu, idealan oblik finansiranja je isti kao i konvencionalna osnovna nauka. Ako za osnovu uzmemo Rusku fondaciju za osnovna istraživanja i sve to, o čemu se mnogo puta govorilo, jer ja lično ne bih želio da radim nešto tako primijenjeno, narudžbu.
Boris Dolgin: Zato govorim o različitim temama i ni u kom slučaju ne kažem da naučnik treba da bude i inženjer i preduzetnik i tako dalje. Govorim samo o različitim temama, o tome kako se interakcija može postaviti, kako, možda, interakcija već funkcionira.
Alexey Bobrovsky O: Imamo različite prijedloge izvana, ali to su uglavnom kompanije iz Tajvana, Koreje, iz Azije, za različite vrste poslova vezanih za korištenje tečnih kristalnih polimera za različite aplikacije na ekranu. Imali smo zajednički projekat sa Philipsom, Merckom i drugima, ali to je u okviru zajedničkog projekta - radimo dio nekog istraživačkog rada, a takav intelektualni output ili output u obliku polimernih uzoraka ili ima nastavak ili ne, već se najčešće završava razmjenom mišljenja, nekom vrstom naučnog razvoja, ali to još nije dobilo nikakvu primjenu. Ozbiljno - nemoguće je reći.
Boris Dolgin: Dobijate nalog za nekakvo istraživanje, razvoj neke opcije, neku ideju.
Alexey Bobrovsky: Generalno, da, to se dešava, ali ne volim ovaj oblik rada (moj lični osećaj). Šta god da mi padne na pamet, ja to radim najbolje što mogu, a ne zato što je neko rekao: „Snimi taj i takav film sa takvim svojstvima“. Ne zanima me.
Boris Dolgin: Zamislite osobu koju ovo zanima. Kako bi on, on, koji je zainteresovan za prečišćavanje vaših opštih naučnih ideja koje ste dobili iz vašeg altruističkog, strogo naučnog interesovanja, mogao da stupi u interakciju s vama na način koji bi zaista bio zanimljiv za vas oboje? Šta je ovo organizaciona šema?
Alexey Bobrovsky: Teško mi je odgovoriti.
Boris Dolgin: Opći seminari? Šta bi ovo moglo biti? Nema takvih pokušaja - neki inženjeri?..
Alexey Bobrovsky: U okviru zajedničkog projekta sve se može realizovati. Neka vrsta interakcije je sasvim moguća, ali vjerovatno nisam baš razumio pitanje u čemu je problem?
Boris Dolgin: Do sada je problem nedostatak interakcije između različitih tipova struktura. To se svodi na vas kao naučnika, ili se svodi na to da radite stvari koje možda ne želite. To je problem.
Alexey Bobrovsky: Ovo je problem kolosalnog nedovoljnog finansiranja
Boris Dolgin: Zamislite da će biti dodatnih sredstava, ali iz toga neće nestati potreba za tehničkim razvojem. Kako možete preći sa sebe na tehnologiju na način koji vas zadovoljava?
Alexey Bobrovsky: Činjenica je da je moderna nauka prilično otvorena, i ono što radim, objavljujem - i što prije to bolje.
Boris Dolgin: Dakle, spremni ste podijeliti rezultate, nadajući se da će oni koji imaju ukusa to iskoristiti?
Alexey Bobrovsky: Ako neko pročita moj članak i ima neku ideju, da, samo ću biti zahvalan. Ako iz ove publikacije izađu konkretni razvoji, biće patenata, novca, ali zaboga. U ovom obliku, bio bih sretan, ali, nažalost, u stvarnosti se ispostavlja da sve postoji paralelno, nema takvog izlaza. Istorija nauke pokazuje da često postoji kašnjenje u specifičnoj primeni nakon nekog fundamentalnog otkrića - velikog ili malog.
Boris Dolgin: Ili nakon nekog zahtjeva.
Alexey Bobrovsky: Ili tako.
Lev Moskovkin: Imam malo provokativno pitanje. Tema koju je Boris pokrenuo je veoma važna. Ima li ovdje utjecaja određene mode (to se čulo na jednom od predavanja iz sociologije)? Rekli ste da rad sa tečnim kristalima sada nije moderan. To ne znači da pošto se ne bave njima, onda i nisu potrebni, možda će se to interesovanje vratiti, i što je najvažnije...
Boris Dolgin: Odnosno, Lev nas vraća na pitanje mehanizama mode u nauci kao u određenoj naučnoj zajednici.
Lev Moskovkin: Zapravo, o tome je govorio i Čajkovski, gde je moda izuzetno jaka u svim naukama. Drugo pitanje: ja dobro znam kako su birani autoriteti u nauci koji su umeli da generalizuju. Možete objavljivati svoje materijale koliko hoćete, ja lično nikada na njih ne nailazim, za mene je ovo čitav jedan sloj koji jednostavno nisam poznavao. Generalizirati na takav način da shvatimo vrijednost ovoga za razumijevanje istog života, za razumijevanje šta još možemo učiniti. Hvala ti.
Boris Dolgin: Nisam razumeo drugo pitanje, ali hajde da se za sada pozabavimo prvim - o modi u nauci. Koji je mehanizam zašto ovo sada nije moderno, ima li opasnosti u tome?
Alexey Bobrovsky: Ne vidim nikakvu opasnost. Jasno je da su pitanja vezana za finansiranje važna, ali, ipak, čini mi se da nauka u mnogim aspektima sada počiva na konkretnim ljudima koji imaju specifične lične interese, interes za ovaj ili onaj problem. Jasno je da uvjeti diktiraju određena ograničenja, međutim, aktivnost određenih ljudi dovodi do toga da se određeno područje razvija, kako se sve razvija. Uprkos činjenici da se mnogo govori o tome da je nauka postala kolektivna. Doista, sada postoje veliki projekti, ponekad prilično uspješni, ali, ipak, uloga pojedinca u istoriji nauke je i sada ogromna. Lične sklonosti i interesovanja igraju značajnu ulogu. Jasno je da je, kao iu slučaju tečnih kristala, takav razvoj elektronike poslužio kao veliki podsticaj za razvoj istraživanja tečnih kristala, kada su shvatili da se tečni kristali mogu koristiti i od toga, naravno, mnogo zaraditi. novac je otišao u istraživanje. Jasno je da takva veza...
Boris Dolgin: Povratne informacije iz biznisa i nauke.
Alexey Bobrovsky: ...to je jedna od odlika moderne nauke, kada narudžba dolazi od ljudi koji zarađuju novac i proizvode proizvod - a onda se finansira istraživanje i, shodno tome, dolazi do pomjeranja akcenta sa onoga što je zanimljivo na šta je isplativo. Ovo ima svojih prednosti i mana, ali tako je. Zaista, sada je interesovanje za tečne kristale postupno presušilo, jer se sve što se moglo izvući već proizvodi, a sve ostaje da se poboljša. Ne znam, nikad nisam ozbiljno razmisljao o tome, ipak postoje razne vrste displej aplikacija, u optoelektronici, aplikacije tecnih kristala (ljudi rade na tome), kao senzora, do te mere da se radi o mogućnosti korištenja tekućih kristala kao bioloških senzorskih molekula. Dakle, generalno, mislim da interes jednostavno neće presušiti, osim toga, veliki val istraživanja povezan je s činjenicom da se novac počeo davati za nano. U principu, uprkos činjenici da je tako popularan način umetanja nanočestica u tečne kristale, postoji veliki broj radova, ali među njima ima dobrih zanimljivih radova vezanih za ovu temu, odnosno šta se dešava sa nanoobjektima kada se ući u tekući kristalni medij koji efekti se pojavljuju. Mislim da je razvoj moguć u smislu dobijanja najrazličitijih složenih uređaja, što je povezano sa pojavom metamaterijala koji imaju veoma interesantna optička svojstva – to su neobične strukture koje se prave na različite načine u kombinaciji sa tečnim kristalima, nastanak novih optičkih efekata i novih aplikacija je moguće. Trenutno pregledavam članke u časopisu Liquid Crystals i njihov nivo opada, a broj dobrih članaka se smanjuje, ali to ne znači da je sve loše i nauka o tečnim kristalima neće umrijeti, jer je veoma interesantan objekat. Pad interesovanja mi ne liči na katastrofu.
Boris Dolgin: Ovdje polako prelazimo na drugo pitanje koje nam je postavio Leo. Ako se na temelju postojeće rodi neka fundamentalno nova teorija koja obećava nešto plus za tečne kristale, očito će se interes odmah povećati.
Alexey Bobrovsky: Moguće je da će se to dogoditi.
Boris Dolgin: Koliko ja razumijem pitanje, o tome govorimo: postoje unutarnaučni tekstovi koji postepeno mijenjaju nešto u razumijevanju, postoje inovativni tekstovi koji se mijenjaju radikalno, ali u isto vrijeme i neka vrsta interfejsa između stručnjaka i društva, možda se sastoje od istih naučnika, ali iz drugih oblasti, postoje neki generalizujući radovi koji nam objašnjavaju, kao da spajaju ove delove u neku opštu sliku. Koliko sam shvatio, Lev nam je razgovarao o tome, pitajući ga kako se bira i ko piše ta generalizujuća dela?
Alexey Bobrovsky: Postoji jedan takav koncept – naučno novinarstvo, koje kod nas nije mnogo razvijeno, ali postoji u celom svetu i mogu da zamislim koliko je dobro razvijeno tamo, a, ipak, postoji i kod nas. Na to ukazuje i sadašnje javno predavanje
Boris Dolgin: Ne može se reći da neko namerno zatvara obim posla.
Alexey Bobrovsky: Ne, niko ništa ne krije, naprotiv, svi normalni naučnici se trude svim silama da pokažu svetu šta su uradili: što je brže moguće i što je moguće više pristupačnije u skladu sa svojim mogućnostima. Jasno je da neko može da ispriča dobru priču, a neko lošu, ali tome služe naučni novinari, koji mogu da služe kao prenosilac informacija od naučnika do društva.
Boris Dolgin: Još u sovjetsko doba postojala je naučnopopularna literatura, a postojao je i poseban žanr - naučna fantastika, dijelom zbirke “Putevi u nepoznato” ranih 60-ih, knjige iz serije “Eureka”, jedna od prvih post- ratni pioniri bio je Daniil Danin, koji je pisao uglavnom o fizici. Drugo je pitanje da još uvijek ima naučnika koji pišu nekakve generalizirajuće radove, populariziraju za nekoga nešto, ali teško da iko bira ko će pisati i koga čitati ili ne čitati. Pomenuti Čajkovski nešto piše, nekome se sviđa.
Alexey Bobrovsky: Problem je, čini mi se, u ovome. Činjenica je da u našoj zemlji sada ima katastrofalno malo normalnih naučnika, a stanje nauke je gore nego ikad. Ako govorimo o tekućim kristalima i polimerima tekućih kristala, onda su to izolirani laboratoriji koji već umiru. Jasno je da je 90-ih godina došlo do nekog kolapsa i noćne more, ali, generalno, možemo reći da u Rusiji ne postoji nauka o tečnim kristalima. Mislim - naučna zajednica, ispostavilo se da češće komuniciram sa ljudima koji rade u inostranstvu, čitam članke i sve to, ali od nas praktički nema članaka. Problem je što nemamo nauku, a ne što u ovoj nauci nema generalizujućih radova. Možete generalizovati šta se dešava na Zapadu – i ovo je divno, ali nema osnova, nema bitne karike, nema naučnika.
Lev Moskovkin: Pojasniću, iako je u principu sve tačno. Činjenica je da se uvijek vrtimo oko teme posljednjeg predavanja. Konkurencija u nauci između naučnika je toliko jaka da sam apsolutno polaskan što sam to video svojim očima, i slažem se da svaki naučnik nastoji da pokaže svetu svoja dostignuća. Ovo je dostupno samo nekome ko je priznati autoritet, poput Timofejeva-Resovskog. To je urađeno u sovjetsko vreme – zna se kako – i ovde postoji efekat, primer koji može mnogo da objasni – efekat zelene sveske koja je objavljena ko zna gde, a niko se ne može setiti kakva je ova obična konferencija je nazvan, jer nijedan časopis koji je sada akreditovan od VKS, akademski časopis, ne bi u principu prihvatio takvu novinu, već je iznjedrio novu nauku, pretvorio se u nauku genetike, u poimanje života, a to je, generalno, sada već poznato. To je bilo u sovjetsko vreme uz podršku odozgo - Timofejev-Resovski je bio podržan na plenumu CK KPSS od konkurencije svojih kolega, inače bi bio pojeden.
Boris Dolgin: Situacija u kojoj je država dokrajčila značajan dio nauke: bez podrške drugih državnih baza nije bilo moguće pobjeći.
Lev Moskovkin: U genetici je lavina podataka koje nema ko generalizovati, jer niko nikome ne veruje i niko ne priznaje autoritet drugih.
Boris Dolgin: Zašto?! Imali smo genetičare koji su slušali druge genetičare i sa zadovoljstvom su raspravljali.
Alexey Bobrovsky: Ne znam kako se to dešava u genetici, ali u nauci kojom se bavim situacija je potpuno suprotna. Ljudi koji dobiju novi zanimljiv rezultat odmah se trude da ga objave što prije.
Boris Dolgin: Barem iz interesa konkurencije - založiti mjesto.
Alexey Bobrovsky: Da. Jasno je da možda ne zapisuju neke detalje o metodama i tako dalje, ali obično, ako napišete e-mail i pitate kako ste to tamo uradili, jednostavno je vrlo zanimljivo, sve se potpuno otvori - i.. .
Boris Dolgin: Prema vašim zapažanjima, nauka postaje sve otvorenija.
Alexey Bobrovsky: Ja barem živim u eri otvorene nauke, i to je dobro.
Boris Dolgin: Hvala ti. Kada su nam molekularni biolozi razgovarali, obično su nas upućivali na prilično otvorene baze podataka i tako dalje, i preporučivali da im se obratimo.
Alexey Bobrovsky: U fizici postoji ista stvar, postoji arhiva u koju ljudi mogu postaviti sirovu (kontroverznu) verziju članka i prije nego što prođu kroz recenziju, ali ovdje se radije vodi borba za brzinu objavljivanja, što brže prioritet. Ne vidim nikakvo zatvaranje. Jasno je da to nema veze sa zatvorenom vojskom i ostalima, govorim o nauci.
Boris Dolgin: Hvala ti. Još pitanja?
Glas iz publike: Nemam toliko pitanje koliko prijedlog, ideju. Mislim da ova tema kristalizacijskih slika ima veliki potencijal za podučavanje nauke djece i mladih u školama. Možda ima smisla napraviti jedan elektronski čas, predviđen za 45 minuta, i distribuirati ga srednjim školama? Sada postoje elektronske table, koje mnogi ne koriste, školama je naređeno da ih imaju. Mislim da bi bilo lijepo ove slike pokazati djeci 45 minuta, a onda, na kraju, objasniti kako se to sve radi. Čini mi se da bi bilo zanimljivo predložiti takvu temu i nekako je finansirati.
Alexey Bobrovsky: Spreman sam da pomognem ako se nešto desi. Obezbedite, napišite šta treba.
Boris Dolgin: Zadivljujuće. Tako se formiraju generalizacije, tako se naređuje. U redu. Hvala puno. Ima li još kreativnih pitanja? Možda im je neko promašio, mi ih ne vidimo, po mom mišljenju, uglavnom su o tome razgovarali.
Boris Dolgin: Ima naučnika, nema nauke.
Boris Dolgin: Dakle, to je neophodan ili neophodan i dovoljan uslov?
Alexey Bobrovsky: Da, šteta je nepovratna, vreme je izgubljeno, to je potpuno očigledno, i naravno, zvuči: „Kako to da u Rusiji nema nauke?! Kako to? To ne može biti, postoji nauka, postoje naučnici, postoje članci.” Prije svega, na nivou nivoa, svaki dan čitam naučne časopise. Vrlo je rijetko naići na članke ruskih autora, izrađene u Rusiji, na tekućim kristalima ili polimerima. To je zato što se ili ništa ne dešava, ili se sve dešava na tako niskom nivou da ljudi nisu u mogućnosti da to objave u normalnom naučnom časopisu; naravno, niko ih ne poznaje. Ovo je apsolutno užasna situacija.
Alexey Bobrovsky: Više i više.
Boris Dolgin: Odnosno, nije problem u autorima, problem je u nauci.
Alexey Bobrovsky: Da, to jest, u Rusiji, naravno, ne postoji savršena struktura koja dobro funkcioniše ili barem nekako radi pod imenom „nauka“. Srećom, postoji otvorenost laboratorija koje rade manje-više na normalnom nivou i uključene su u opći naučni proces međunarodne nauke – to je razvoj komunikacijskih mogućnosti putem interneta, na druge načine vam omogućava otvorenost granica. ne osjećati se odvojeno od globalnog naučnog procesa, ali ono što se dešava unutar zemlje tako, naravno, nema dovoljno novca, a ako povećate finansiranje, teško da će se nešto promijeniti, jer paralelno sa povećanjem finansiranja, potrebno je da mogu da ispitaju te ljude kojima se daje taj novac. Možete dati novac, neko će ga ukrasti, potrošiti na ko zna šta, ali se situacija nikako neće promijeniti.
Boris Dolgin: Strogo govoreći, imamo problem sa kokoškom i jajima. S jedne strane, nećemo stvarati nauku bez finansiranja, s druge strane, uz finansiranje, ali bez naučne zajednice, koja će obezbijediti tržište za ekspertizu, osigurati normalnu reputaciju, nećemo moći dati ovaj novac u način koji će pomoći nauci.
Alexey Bobrovsky: Drugim riječima, potrebno je privući međunarodnu ekspertizu, ocjene jakih naučnika, bez obzira na zemlju u kojoj žive. Naravno, potrebno je preći na engleski jezik za atestne predmete vezane za odbranu kandidata, doktorata; Sažeci moraju biti barem na engleskom jeziku. To je sasvim očigledno, i biće nekog pomaka u tom pravcu, možda će se to nekako promeniti na bolje, i tako - ako svima date novac... naravno, jaki naučnici koji će dobiti više novca - oni, naravno, će raditi efikasnije, ali većina novca će nestati niko ne zna gde. Ovo je moje mišljenje.
Boris Dolgin: Recite mi, molim vas, vi ste mladi naučnik, ali ste već doktor nauka, a mladi vam dolaze u drugom smislu, studenti, mlađi naučnici. Ima li onih koji dolaze po tebe?
Alexey Bobrovsky: Radim na Univerzitetu, i htio-ne htio, nekad hoću, nekad neću, nadgledam nastavu, diplomski i postdiplomski rad.
Boris Dolgin: Ima li među njima budućih naučnika?
Alexey Bobrovsky: Već jeste. Ima dosta uspešno zaposlenih ljudi koje sam ja nadgledao, diplomskih radova, na primer, koji su postdoktori ili šefovi naučnih grupa, naravno, govorimo samo o inostranstvu. Ovi koje sam ja vodio a oni su ostali u Rusiji, ne rade u nauci, jer moraju da prehranjuju svoje porodice, da žive normalno.
Boris Dolgin: Hvala, odnosno finansije.
Alexey Bobrovsky: Naravno, finansiranje i plate ne podnose kritike.
Boris Dolgin: Ovo je još privatno...
Alexey Bobrovsky: U ovome nema tajne. Plata višeg istraživača sa minimumom kandidata na Univerzitetu je petnaest hiljada rubalja mesečno. Sve ostalo zavisi od aktivnosti naučnika: ako je u mogućnosti da ima međunarodne grantove i projekte, onda prima više, ali definitivno može da računa na petnaest hiljada rubalja mesečno.
Boris Dolgin: A doktorat?
Alexey Bobrovsky: Još mi nisu dali, ne znam tačno koliko će mi dati, plus dodaće četiri hiljade.
Boris Dolgin: Spomenuti grantovi su prilično važna stvar. Upravo danas smo objavili vijest koju je poslala zanimljiva istraživačica, ali kada je postavljeno pitanje o finansiranju, ona je govorila posebno o značaju ove oblasti, a opet, da ne govorimo o našim publikacijama, ministar Fursenko kaže da naučni nadzornici treba da dodjeljuju grantove. da finansiraju svoje diplomirane studente i tako ih finansijski motivišu.
Alexey Bobrovsky: Ne, to se obično dešava u dobroj naučnoj grupi, ako osoba, poput Valerija Petroviča Šibajeva, šefa laboratorije u kojoj radim, ima veliko zasluženo ime u naučnom svetu, ima priliku za grantove i projekte. Češće ne završim sa "golom" platom od petnaest hiljada, uvek ima nekih projekata, ali ne mogu svi, to nije opšte pravilo, zato svi odlaze.
Boris Dolgin: Odnosno, lider mora imati prilično visok međunarodni autoritet i biti u toku.
Alexey Bobrovsky: Da, najčešće. Mislim da sam imao sreće na mnogo načina. Element pridruživanja jakoj naučnoj grupi djelovao je na pozitivan način.
Boris Dolgin: Ovdje vidimo povratnu informaciju stare dobre nauke, činjenicu da je nastala ova najmoćnija naučna grupa, zahvaljujući kojoj ste uspjeli realizirati svoju putanju. Da, ovo je veoma interesantno, hvala. Ja imam poslednju reč.
Glas iz publike: Ne pretvaram se da imam posljednju riječ. Napominjem da je ovo o čemu govorite potpuno razumljivo i nemojte to shvatiti kao sport. Želim da napomenem da je u predavanju Alekseja Savvatejeva rečeno da u Americi uopšte nema nauke. Njegovo gledište je jednako uvjerljivo argumentovano kao i vaše. S druge strane, u Rusiji se nauka posebno brzo razvijala kada nauka uopšte nije plaćala, već je bila aktivno krađena, a takve stvari su se dešavale.
Boris Dolgin: Govorimo li o kraju 19. - početku 20. vijeka?
Boris Dolgin: U Njemačkoj?
Boris Dolgin: A kada je aktivnije razvijao svoje naučne ...
Glas iz publike: U Rusiji, ne njemu, nego u Rusiji uopšte, nauka se najefikasnije razvijala kada nisu plaćali. Postoji takav fenomen. Mogu se opravdati, ovo nije stanovište, Borise, ovo je činjenica. Takođe želim da vam sasvim odgovorno kažem - to više nije činjenica, već zaključak - da su uzaludne vaše nade da će vam međunarodna ekspertiza i engleski jezik pomoći, jer, radeći u Dumi, vidim žestoku konkurenciju za prava i lobiranje u jednostranim zakonima o autorskim pravima u Dumi prema Americi. Svi oni pripisuju ogroman procenat intelektualne svojine, uopšte ih ne zanima da se naše oružje tamo ne kopira, oni to rade sami.
Boris Dolgin: Vidim, problem...
Alexey Bobrovsky: Oružje i nauka su paralelne stvari.
Glas iz publike: Poslednji primjer: činjenica je da kada smo Zhenya Ananyev, on i ja zajedno studirali na Biološkom fakultetu, otkrili mobilne elemente u genomu Drosophila, priznanje je došlo tek nakon objavljivanja u časopisu "Chromosomes", ali je Khisin autoritet probio ovo publikacije, jer je recenzija bila ovakva: "u vašoj mračnoj Rusiji ne znaju kako da repliciraju DNK." Hvala ti.
Boris Dolgin: Problem su ideje o nivou naučnog istraživanja u određenoj zemlji u odsustvu rigidnog, jasnog sistema recenziranja članaka, kada se koriste opšte ideje.
Alexey Bobrovsky: Što se tiče engleskog jezika, sve je vrlo jednostavno - to je međunarodni naučni jezik. Svaki naučnik koji se bavi naukom, na primer u Nemačkoj, Nemac objavljuje skoro sve svoje članke na engleskom. Inače, u Njemačkoj se mnoge disertacije brane na engleskom jeziku, a da ne govorimo o Danskoj i Holandiji, makar samo zato što tamo ima mnogo stranaca. Nauka je internacionalna. Istorijski gledano, jezik nauke je engleski.
Boris Dolgin: Nedavno se dogodilo da je jezik nauke bio njemački.
Alexey Bobrovsky: Relativno nedavno, ali, ipak, sada je tako, pa je prelazak na engleski bio očigledan, barem na nivou sažetaka i sertifikacije, kako bi normalni zapadni naučnici mogli da čitaju ove sažetke, daju povratne informacije, procenjuju, kako bi izlazite iz naše močvare, inače će sve to potpuno potonuti u nepoznato i ono što će ostati je potpuna profanacija. To se već dešava na mnogo načina, ali moramo nekako pokušati da izađemo iz ove močvare.
Boris Dolgin: Otvorite prozore kako biste spriječili neugodne mirise.
Alexey Bobrovsky: Barem počnite sa ventilacijom.
Boris Dolgin: U redu. Hvala ti. Ovo je optimističan recept. U stvari, vaša putanja uliva optimizam, uprkos svom pesimizmu.
Alexey Bobrovsky: Opet smo odstupili od činjenice da je glavna ideja predavanja da vam pokažemo koliko su tečni kristali lijepi i zanimljivi. Nadam se da će sve što sam rekao izazvati neko interesovanje. Sada možete pronaći mnogo informacija o tekućim kristalima, ovo je prva stvar. I drugo, bez obzira na bilo kakve uslove, naučnici će uvek postojati, ništa ne može zaustaviti naučni napredak, to takođe uliva optimizam, a istorija pokazuje da uvek postoje ljudi koji pokreću nauku napred, kojima je nauka iznad svega.
U ciklusima „Javna predavanja „Polit.ru” i „Javna predavanja „Polit.ua”” nastupali su sledeći govornici:
- Leonard Polishchuk. Zašto su velike životinje izumrle u kasnom pleistocenu? Odgovor iz perspektive makroekologije
- Miroslav Marinovich. Duhovna obuka Gulaga
- Kirill Eskov. Evolucija i autokataliza
- Mikhail Sokolov. Kako se upravlja naučnom produktivnošću. Iskustvo iz Velike Britanije, Njemačke, Rusije, SAD-a i Francuske
- Oleg Ustenko. Priča o nedovršenoj krizi
- Grigory Sapov. Kapitalistički manifest. Život i sudbina knjige L. von Misesa "Ljudska aktivnost"
- Alexander Irvanets. Pa to si ti, čika pisče!
- Vladimir Katanaev. Savremeni pristupi razvoju lijekova protiv raka
- Vakhtang Kipiani. Periodični samizdat u Ukrajini. 1965-1991
- Vitaly Naishul. Usvajanje kulture od strane crkve
- Nikolaj Kaverin. Pandemije gripa u ljudskoj istoriji
- Alexander Filonenko. Teologija na Univerzitetu: povratak?
- Alexey Kondrashev. Ljudska evolucijska biologija i zdravlje
- Sergej Gradirovsky. Savremeni demografski izazovi
- Aleksandar Kislov. Klima u prošlosti, sadašnjosti i budućnosti
- Aleksandar Auzan, Aleksandar Pashaver. Ekonomija: društvena ograničenja ili društvene rezerve
- Konstantin Popadin. Ljubav i štetne mutacije ili zašto paun ima dug rep?
- Andrey Ostalsky. Izazovi i prijetnje slobodi govora u savremenom svijetu
- Leonid Ponomarjov. Koliko je energije potrebno osobi?
- Georges Nivat. Prevedi tamno: načini komunikacije među kulturama
- Vladimir Gelman. Subnacionalni autoritarizam u modernoj Rusiji
- Vyacheslav Likhachev. Strah i prezir u Ukrajini
- Evgeny Gontmakher. Modernizacija Rusije: pozicija INSOR-a
- Donald Boudreau. Antimonopolska politika u službi privatnih interesa
- Sergej Enikolopov. Psihologija nasilja
- Vladimir Kulik. Jezička politika Ukrajine: djelovanje vlasti, mišljenja građana
- Mikhail Blinkin. Prevoz u gradu pogodnom za život
- Aleksej Lidov, Gleb Ivakin. Sveti prostor drevnog Kijeva
- Alexey Savvateev. Kuda ide ekonomija (i vodi nas)?
- Andrey Portnov. Historian. Citizen. Država. Iskustvo izgradnje nacije
- Pavel Plechov. Vulkani i vulkanologija
- Natalia Vysotskaya. Savremena američka književnost u kontekstu kulturnog pluralizma
- Diskusija sa Aleksandrom Auzanom. Šta je modernizacija na ruskom?
- Andrey Portnov. Vježbe s istorijom na ukrajinskom: rezultati i izgledi
- Alexey Lidov. Ikona i ikona u svetom prostoru
- Efim Rachevsky. Škola kao društveni lift
- Alexandra Gnatyuk. Arhitekti poljsko-ukrajinskog međusobnog razumijevanja međuratnog perioda (1918-1939)
- Vladimir Zakharov. Ekstremni talasi u prirodi iu laboratoriji
- Sergey Neklyudov. Književnost kao tradicija
- Yakov Gilinsky. S druge strane zabrane: pogled kriminologa
- Daniil Aleksandrov. Srednji slojevi u tranzitnim postsovjetskim društvima
- Tatjana Nefedova, Aleksandar Nikulin. Ruralna Rusija: prostorna kompresija i društvena polarizacija
- Alexander Zinchenko. Dugmad iz Harkova. Sve čega se ne sećamo o ukrajinskom Katinu
- Alexander Markov. Evolucijski korijeni dobra i zla: bakterije, mravi, ljudi
- Mikhail Favorov. Vakcine, vakcinacija i njihova uloga u javnom zdravlju
- Vasily Zagnitko. Vulkanska i tektonska aktivnost Zemlje: uzroci, posljedice, izgledi
- Konstantin Sonin. Ekonomija finansijske krize. Dvije godine kasnije
- Konstantin Sigov. Ko traži istinu? "Evropski rečnik filozofije"?
- Mykola Ryabchuk. Ukrajinska postkomunistička transformacija
- Mikhail Gelfand. Bioinformatika: molekularna biologija između epruvete i kompjutera
- Konstantin Severinov. Nasljednost u bakterijama: od Lamarcka do Darwina i nazad
- Mikhail Chernysh, Elena Danilova. Ljudi u Šangaju i Sankt Peterburgu: doba velikih promjena
- Maria Yudkevich. Gdje ste rođeni dobro dođete: kadrovska politika univerziteta
- Nikolay Andreev. Matematičke studije - novi oblik tradicije
- Dmitry Bak. "Moderna" ruska književnost: promjena kanona
- Sergej Popov. Hipoteze u astrofizici: zašto je tamna materija bolja od NLO-a?
- Vadim Skuratovsky. Kijevsko književno okruženje 60-ih - 70-ih godina prošlog veka
- Vladimir Dvorkin. Strateško oružje Rusije i Amerike: problemi smanjenja
- Alexey Lidov. Vizantijski mit i evropski identitet
- Natalya Yakovenko. Koncept novog udžbenika istorije Ukrajine
- Andrej Lankov. Modernizacija u istočnoj Aziji, 1945-2010
- Sergey Sluch. Zašto je Staljinu bio potreban pakt o nenapadanju sa Hitlerom
- Guzel Ulumbekova. Pouke iz ruskih zdravstvenih reformi
- Andrey Ryabov. Srednji rezultati i neke karakteristike postsovjetskih transformacija
- Vladimir Četvernin. Moderna pravna teorija libertarijanizma
- Nikolaj Dronin. Globalne klimatske promjene i Kyoto protokol: rezultati decenije
- Yuri Pivovarov. Istorijski korijeni ruske političke kulture
- Yuri Pivovarov. Evolucija ruske političke kulture
- Pavel Pechenkin. Dokumentarni film kao humanitarna tehnologija
- Vadim Radaev. Revolucija u trgovini: utjecaj na život i potrošnju
- Alec Epstein. Zašto tuđi bol ne boli? Sjećanje i zaborav u Izraelu i Rusiji
- Tatiana Chernigovskaya. Kako mi mislimo? Višejezičnost i kibernetika mozga
- Sergej Aleksašenko. Godina krize: šta se dogodilo? šta je urađeno? šta očekivati?
- Vladimir Pastukhov. Sila međusobnog odbijanja: Rusija i Ukrajina - dvije verzije iste transformacije
- Alexander Yuryev. Psihologija ljudskog kapitala u Rusiji
- Andrey Zorin. Humanističko obrazovanje u tri nacionalna obrazovna sistema
- Vladimir Plungyan. Zašto bi moderna lingvistika trebala biti korpusna lingvistika
- Nikita Petrov. Zločinačka priroda staljinističkog režima: pravni osnov
- Andrej Zubov. Istočnoevropski i postsovjetski putevi povratka pluralističkoj državnosti
- Victor Vakhshtain. Kraj sociologije: perspektive za sociologiju nauke
- Evgeniy Onishchenko. Konkurentna podrška nauci: kako se to dešava u Rusiji
- Nikolaj Petrov. Ruska politička mehanika i kriza
- Alexander Auzan. Društveni ugovor: Pogled iz 2009
- Sergey Guriev. Kako će kriza promijeniti svjetsku ekonomiju i ekonomsku nauku
- Alexander Aseev. Akademski gradovi kao centri nauke, obrazovanja i inovacija u savremenoj Rusiji
Ministarstvo obrazovanja i nauke Ruske Federacije
Kazan (Volga region) Federalni univerzitet
Hemijski institut po imenu. A. M. Butlerova
Katedra za neorgansku hemiju
Sažetak na temu:
« Polimeri s tekućim kristalima"
Radovi završeni
učenik grupe 714
Khikmatova G.Z.
Provjerio sam rad
Ignatieva K.A
Kazan-2012.
Uvod………………………………………………………………………………………………..3
1. Tečni kristali…………………………………………………………………….
1.1.Istorija otkrića………………………………………………………………….……...4
1.2. Vrste kristalne faze………………………………………………………….……..7
1.3.Metode za proučavanje tečnih kristala………..…………………….…………..11
2. Polimeri s tekućim kristalima………………………………………………….13
2.1.Principi molekularnog dizajna LC polimera............14
2.2. Glavne vrste polimera s tekućim kristalima……………….18
2.3.Struktura i karakteristike svojstava LC polimera..………………….….20
2.4. Područja primjene…………………………………………………………………..
2.4.1 Kontrola električnog polja – put do dobijanja tankoslojnih optičkih materijala………………………………………………………………21
2.4.2. Holesterični LC polimeri - spektrozonski filteri i kružni polarizatori……………………………………………………….23
2.4.3.LC polimeri kao kontrolirani optički aktivni medij za snimanje informacija…………………………………………………………………………..24
2.4.4.Vlakna super visoke čvrstoće i samoojačana plastika……………………………………………………………………………………………….25
Korištena literatura…………………………………………………………28
Aplikacija.
Uvod.
Osamdesete godine u nauci o polimerima bile su obilježene rođenjem i brzim razvojem nove oblasti - hemije i fizike tečnih kristalnih polimera. Ovo područje, koje je ujedinilo sintetičke hemičare, teoretske fizičare, klasične fizikalne hemičare, polimeriste i tehnologe, preraslo je u intenzivno razvijan novi pravac, koji je vrlo brzo doneo praktične uspehe u stvaranju hemijskih vlakana visoke čvrstoće, a danas privlači pažnju optičara i specijalista za mikroelektroniku. Ali glavna stvar nije čak ni to, već činjenica da tečno kristalno stanje u polimerima i polimernim sistemima, kako se ispostavilo, nije samo izuzetno uobičajeno - danas je opisano više stotina polimernih tečnih kristala - već predstavlja i stabilno stanje. ravnotežno fazno stanje polimernih tijela.
U tome postoji čak i neki paradoks. Godine 1988. proslavljena je stogodišnjica otkako je austrijski botaničar F. Reinitzer opisao prvu tečnu kristalnu supstancu, holesteril benzoat. Tridesetih godina prošlog veka razvijena je fizika niskomolekularnih organskih tečnih kristala, a 60-ih godina u svetu su već radili milioni uređaja baziranih na ovim kristalima. Međutim, 60-ih i 70-ih godina većina polimernih znanstvenika nije mogla zamisliti, na primjer, postojanje termotropnih tekućih kristalnih polimera holesterskog tipa, i općenito su se takvi sistemi činili egzotičnim predstavnicima atipičnih makromolekularnih objekata. I zapravo, posljednjih godina došlo je do svojevrsne “eksplozije” informacija, a danas nikoga ne iznenađuju liotropni i termotropni tekući kristalni polimeri, sintetizirani u desetinama svakog mjeseca.
U ovom radu želio sam da pričam o tome kada i kako je otkriveno tečno kristalno stanje, šta je jedinstveno kod tečnih kristala u odnosu na druge objekte, o tečnim kristalnim polimerima i zašto su zanimljivi i divni.
Tečni kristali.
Većina tvari može postojati u samo tri agregatna stanja: čvrstom, tekućem i plinovitom. Promjenom temperature tvari može se uzastopno prenositi iz jednog stanja u drugo. Obično se razmatrala struktura čvrstih tijela, koja je uključivala kristale i amorfna tijela. Posebnost kristala je postojanje u njima dalekosežnog reda i anizotropije svojstava (osim kristala sa centrom simetrije). U amorfnim čvrstim materijama postoji samo red kratkog dometa i, kao posledica toga, oni su izotropni. Poredak kratkog dometa postoji iu tečnosti, ali tečnost ima veoma mali viskozitet, odnosno ima tečnost.
Pored navedena tri agregatna stanja, postoji i četvrto tzv tečni kristal. On je srednji između čvrste i tečne i još se naziva mezomorfno stanje. U ovom stanju može biti veoma veliki broj organskih supstanci sa složenim molekulima u obliku štapa ili diska. U ovom slučaju se nazivaju tečni kristali ili mezofaza.
U ovom stanju tvar ima mnoge karakteristike kristala, posebno je karakterizira anizotropija mehaničkih, električnih, magnetskih i optičkih svojstava, a istovremeno imaju svojstva tekućine. Poput tečnosti, one su tečne i poprimaju oblik posude u koju su smeštene.
Na osnovu svojih opštih svojstava, LC se mogu podeliti u dve velike grupe. Nazivaju se tekući kristali koji se formiraju pri promjenama temperature termotropna. Nazivaju se tekući kristali koji se pojavljuju u otopinama kada se njihova koncentracija promijeni liotropno.
1.1. Tečni kristali otkriveni su 1888. Austrijski profesor botanike F. Reinitzer proučavajući novu supstancu koju je sintetizirao, holesteril benzoat, koji je estar holesterola i benzojeve kiseline.
Otkrio je da se kada se zagrije na 145°, kristalna faza (bijeli prah) pretvara u čudnu mutnu tečnost, a kada se dalje zagrije na 179°, uočava se prijelaz u običnu prozirnu tekućinu. Pokušao je da pročisti ovu supstancu, jer nije bio siguran da ima čisti holesterol benzoat, ali su se ipak ova dva fazna prelaza reprodukovala. Poslao je uzorak ove supstance svom prijatelju fizičaru Ottu von Lehmannu. Lehman je proučavao obične kristale, uključujući plastične kristale, koji su mekani na dodir i različiti od običnih tvrdih kristala. Glavna metoda proučavanja bila je polarizaciona optička mikroskopija - mikroskop u kojem svjetlost prolazi kroz polarizator, prolazi kroz supstancu, a zatim kroz analizator - kroz tanak sloj supstance. Kada se kristali određene supstance stave između polarizatora i analizatora, možete videti teksture - karakteristične slike za različite kristalne supstance - i tako proučavati optička svojstva kristala. Ispostavilo se da mu je Otto von Lehmann pomogao da shvati šta je bio razlog srednjeg stanja, zablude. Otto von Lehmann je bio ozbiljno uvjeren da sva svojstva kristalnih supstanci, kristala, zavise isključivo od oblika molekula, odnosno nije bitno kako se nalaze u ovom kristalu, važan je oblik molekula. A u slučaju tečnih kristala bio je u pravu – oblik molekula određuje sposobnost formiranja tekuće kristalne faze (uglavnom oblik molekula). Godine 1888. Reinitzer je napisao da postoje kristali čija je mekoća takva da se mogu nazvati tekućim, zatim je Lehmann napisao članak o tekućim kristalima, zapravo, on je skovao termin tečni kristali. Utvrđeno je da su tečni kristali veoma brojni i igraju važnu ulogu u biološkim procesima. Oni su, na primjer, dio mozga, mišićnog tkiva, živaca i membrana. Izraz „tečni kristali”, zasnovan na zajedničkoj upotrebi dve, u izvesnom smislu, suprotne reči – „tečnost” i „kristal” je dobro ukorenjen, iako je termin „mezofaza”, koji je uveo francuski fizičar J. Friedel trideset godina nakon otkrića F. Reinitzera, izvedene od grčke riječi "mesos" (srednji), očito je ispravniji. Ove supstance predstavljaju međufazu između kristalne i tečne, nastaju tokom topljenja čvrste faze i postoje u određenom temperaturnom opsegu dok se daljim zagrevanjem ne pretvore u običnu tečnost. Važna istorijska epizoda: sovjetski fizičar Fredericks je 20-30-ih godina proučavao uticaj različitih magnetnih i električnih polja na optička svojstva tečnih kristala i otkrio je važnu stvar: orijentacija molekula u tečnim kristalima se vrlo lako menja pod uticajem uticaj spoljašnjih polja, a ta polja su veoma slaba i vrlo brzo se menjaju. Od kasnih 60-ih godina počeo je procvat proučavanja sistema tečnih kristala i faza tečnih kristala, a povezan je sa činjenicom da su naučili da ih koriste. Prvo, za sisteme za prikaz informacija u običnim elektronskim digitalnim satovima, zatim u kalkulatorima, a s pojavom kompjuterske tehnologije postalo je jasno da se tekući kristali mogu aktivno koristiti za proizvodnju displeja. Naravno, takav tehnološki skok podstakao je proučavanje tečnih kristala sa stanovišta fundamentalne nauke, ali treba napomenuti koliki je vremenski jaz između naučnih otkrića vezanih za tečne kristale. U stvari, ljudi su ih zanimali iz radoznalosti, nije bilo utilitarnog interesa, niko nije znao kako da ih koristi, a štaviše, tih godina (20-30-ih) teorija relativnosti je bila mnogo zanimljivija. Inače, Fredericks je bio popularizator teorije relativnosti u Sovjetskom Savezu, zatim je bio represivan i umro u logorima. Zapravo, prošlo je 80 godina nakon otkrića tečnih kristala dok nisu naučili da ih koriste.
1.2. U procesu proučavanja tečnih kristala postali su jasni fizički razlozi četvrtog stanja materije. Glavni je nesferični oblik molekula. Molekule u ovim supstancama su izdužene u jednom smjeru ili u obliku diska. Takvi molekuli se nalaze ili duž određene linije ili u odabranoj ravni. Postoje tri glavne vrste kristalne faze: nematic(od grčke riječi "nema" - konac), smectic(od grčke riječi "smegma" - sapun), cholesteric.
U nematičnim tekućim kristalima, centri mase molekula su smješteni i kreću se haotično, kao u tekućini, a osi molekula su paralelne. Dakle, poredak na daljinu postoji samo u odnosu na orijentaciju molekula. Zapravo, nematični molekuli izvode ne samo translacijske pokrete, već i orijentacijske vibracije. Dakle, ne postoji strogi paralelizam molekula, ali postoji dominantna prosječna orijentacija (slika 7.19).Amplituda orijentacijskih vibracija ovisi o temperaturi. Kako temperatura raste, javljaju se veća odstupanja od paralelizma u orijentaciji, a u tački faznog prijelaza orijentacija molekula postaje haotična. U tom slučaju tečni kristal se pretvara u običnu tekućinu.
Od najvećeg interesa za praktičnu primjenu su tvari koje postoje u nematskoj mezofazi na sobnoj temperaturi. Trenutno, pripremanjem mješavina različitih supstanci, nematici se dobijaju u području od -20 do +80 stepeni, pa čak i u širem temperaturnom rasponu.
Za karakterizaciju orijentacijskog reda u tekućim kristalima obično se uvode dva parametra: direktor i red orijentacije na diplomu, koji se naziva i parametar narudžbe. Direktor je jedinični vektor I, čiji se smjer poklapa sa smjerom prosječne orijentacije dugih osa molekula. Kod nematičnih tekućih kristala, direktor se poklapa sa smjerom optičke ose. Vektor I fenomenološki karakterizira dalekosežni poredak u rasporedu molekula. On samo određuje smjer molekularne orijentacije, ali ne daje nikakvu informaciju o tome koliko je savršen poredak mezofaze. Mjera orijentacijskog poretka dugog dometa je parametar reda S, definisano na sljedeći način: S=1/2(3 ² θ -1) (*), gdje θ – ugao između ose pojedinačnog molekula i direktora tečnog kristala. Usrednjavanje u (*) se vrši za čitav ansambl molekula. Vrijednost S=1 odgovara potpunom orijentacijskom redu, odnosno idealnom tekućem kristalu, dok S=0 znači potpuni orijentacioni poremećaj i odgovara nematiku koji je prešao u izotropnu tečnost.
Holesterični tečni kristali Ime su dobili po holesterolu jer su u većini slučajeva estri holesterola. Istovremeno, pored estera holesterola, niz drugih supstanci formiraju holestersku mezofazu. Molekuli svih spojeva koji formiraju kolesterik sadrže asimetrični atom ugljika vezan četirima kovalentnim vezama za različite atome ili grupe atoma. Takvi molekuli se ne mogu kombinirati sami sa sobom jednostavnom superpozicijom, baš kao lijeva i desna ruka. Zovu se chiral molekule (od starohebrejskog "nasljednik" - ruka).
Holesterični tečni kristali koji se sastoje od kiralnih molekula slični su po strukturi nematicima, ali imaju fundamentalnu razliku. Sastoji se u tome što je, za razliku od nematika, ujednačena orijentacija molekula u holesteriku energetski nepovoljna. Kiralni holesterični molekuli mogu biti raspoređeni paralelno jedan s drugim u tankom monosloju, ali u susjednom sloju molekuli moraju biti rotirani pod nekim uglom. Energija takvog stanja bit će manja nego s ujednačenom orijentacijom. U svakom sljedećem sloju, direktor I, koji leži u ravni sloja, ponovo se rotira za mali ugao. Tako se u holesteričnom tekućem kristalu stvara spiralni poredak molekula (slika 7.20). Ove spirale mogu biti ili lijeve ili desne. Ugao α između vektora I susjednih slojeva je obično stoti dio pune revolucije, tj. α≈1®. U ovom slučaju, visina holesterskog heliksa R iznosi nekoliko hiljada angstroma i uporediv je sa talasnom dužinom svetlosti u vidljivom delu spektra. Nematski tečni kristali se mogu smatrati posebnim slučajem holesteričnih tečnih kristala sa beskonačno velikim spiralnim korakom (P→∞). Zavojni poredak molekula može se uništiti električnim ili magnetskim poljem primijenjenim okomito na os spirale.
Smektički tekući kristali su uređeniji od nematskih i holesteričnih. Oni su kao dvodimenzionalni kristali. Pored orijentacijskog uređenja molekula, sličnog uređenju nematika, postoji i djelimično sređivanje centara mase molekula. U ovom slučaju, direktor svakog sloja više ne leži u ravni sloja, kao u slučaju holesterika, već formira ugao s njim.
Ovisno o prirodi poretka molekula u slojevima, smektički tekući kristali se dijele u dvije grupe: smektika sa nestrukturnim I smektika sa strukturnim slojevima.
IN smektički tečni kristali sa nestrukturnim slojevima centri mase molekula u slojevima su locirani haotično, kao u tečnosti. Molekuli se mogu prilično slobodno kretati duž sloja, ali su njihovi centri mase u istoj ravni. Ove ravni, koje se nazivaju smektički, nalaze se na istoj udaljenosti jedna od druge, približno jednakoj dužini molekula. Na sl. Slika 7.21a prikazuje raspored molekula u takvom smektiku. Za smektički tekući kristal prikazan na slici, direktor I i normala n na ravan se poklapaju u smjeru. Drugim riječima, duge ose molekula su okomite na smektičke slojeve. Takvi tečni kristali se nazivaju smektici A. Na sl. 7.21b prikazuje smektiku sa nestrukturnim slojevima, kod kojih direktor nije usmjeren duž normale na sloj, već sa njim formira određeni ugao. Tečni kristali s takvim rasporedom molekula nazivaju se smektici C. U nizu smektički tečni kristali, postoji složeniji poredak nego kod smektika A i C. Primer je smektički F, detalji redosleda u kojem još nisu u potpunosti shvaćeni.
IN smektika sa strukturnim slojevima već se bavimo trodimenzionalnim statističkim uređenjem. Ovdje centri mase molekula također leže u smektičkim slojevima, ali formiraju dvodimenzionalnu rešetku. Međutim, za razliku od kristalnih supstanci, slojevi mogu slobodno kliziti jedan u odnosu na drugi (kao u drugim smekticima!). Zbog ovog slobodnog klizanja slojeva, svi smektici su sapunasti na dodir. Otuda i njihovo ime (grčka reč „smegma“ je sapun).U velikom broju smektika postoji poredak centara mase molekula koji je isti kao i kod smektika B, ali ugao između direktora I i normale n prema slojevima je različit od nule. U tom slučaju se formira pseudoheksagonalni monoklinski poredak. Takve smektike se nazivaju H smektike. Postoje i D smektike koje su bliske kubičnoj strukturi sa rešetkom usredsređenom na telo. Među novosintetizovanim tečnim kristalima ima i onih koji se ne mogu pripisati nematicima, holestericima i smektima. Obično se nazivaju egzotičnim mezofazama. Tu spadaju, na primjer, takozvani tekući kristali u obliku diska, ili diskotici, koji se intenzivno proučavaju.
1.3. Polarizujuća mikroskopija je prva metoda za proučavanje tečnih kristala, odnosno već iz slike koju istraživač posmatra u polarizacionom mikroskopu ukrštenih polarizatora može se suditi kakva je mezofaza, koja vrsta tekuće kristalne faze nastaje. Ovo je karakteristična slika za nematičku fazu, čiji molekuli formiraju samo orijentacijski red. Ovako izgleda smektička faza. Tako da možete zamisliti skalu svega ovoga, odnosno mnogo je veća od molekularne skale: širina slike je stotine mikrona, odnosno makroskopska je slika, mnogo veća od valne dužine vidljive svjetlosti . A analizom takvih slika može se procijeniti kakva je to struktura. Naravno, postoje preciznije metode za određivanje strukture i nekih strukturnih karakteristika ovih mezofaza - poput metoda kao što su analiza difrakcije rendgenskih zraka, razne vrste spektroskopije - što nam omogućava da shvatimo kako i zašto su molekuli pakirani na ovaj ili onaj način.
Kolesterična mezofaza izgleda ovako - jedna od tipičnih slika.
Kada se temperatura promijeni, uočava se promjena refrakcije, pa se mijenjaju boje, približavamo se prijelazu - i uočava se prijelaz u izotropno taljenje, odnosno sve je potamnjelo, vidljiva je tamna slika u ukrštenim polarizatorima.
tečnih kristalnih polimera.
Polimeri tečnih kristala (LC) su visokomolekularna jedinjenja sposobna da pređu u LC stanje pod određenim uslovima (temperatura, pritisak, koncentracija u rastvoru). LC stanje polimera je ravnotežno fazno stanje, koje zauzima srednju poziciju između amorfnog i kristalnog stanja, pa se često naziva i mezomorfno ili mezofazno (od grčkog mesos - intermedijer). Karakteristične karakteristike mezofaze su prisustvo orijentacijskog reda u rasporedu makromolekula (ili njihovih fragmenata) i anizotropija fizičkih svojstava u odsustvu spoljašnjih uticaja. Vrlo je važno naglasiti da LC faza nastaje spontano, dok se orijentacijski red u polimeru može lako uvesti jednostavnim rastezanjem uzorka zbog visoke anizodijametrije (asimetrije) makromolekula.
Ako polimeri pređu u LC stanje ili mezofazu kao rezultat termičkog djelovanja (zagrijavanje ili hlađenje), nazivaju se termotropni LC polimeri, ako LC faza nastaje otapanjem polimera u određenim otapalima, nazivaju se liotropnim LC polimeri.
Prvi naučnici koji su predvidjeli mogućnost formiranja mezofaze polimerima bili su V.A. Kargin i P. Flory.
Predavanje 4/1
Predmet. Fizička stanja polimera. Kristalni, amorfni i tekući kristalni polimeri.
Razlikovati agregat i faza stanja polimera.
Polimeri postoje u dva agregatna stanja: teško I tečnost Treće stanje agregacije – plinovito – ne postoji za polimere zbog vrlo velikih sila međumolekularne interakcije zbog velikih veličina makromolekula.
IN teško U agregacijskom stanju, polimere karakterizira visoka gustoća pakiranja molekula, prisustvo tijela određenog oblika i volumena i sposobnost njihovog očuvanja. Čvrsto stanje se ostvaruje ako je energija međumolekulske interakcije veća od energije toplotnog kretanja molekula.
IN tečnost u stanju agregacije, održava se visoka gustina pakovanja makromolekula. Odlikuje se određenim volumenom, određenim oblikom. Međutim, u ovom stanju, polimer ima malu otpornost na zadržavanje ovog oblika. Zbog toga
polimer poprima oblik posude.
Oni postoje u dva stanja agregacije termoplastični polimera koji se mogu rastopiti. To uključuje mnoge linearne i razgranate polimere - polietilen, polipropilen, poliamide, politetrafluoroetilen itd.
Mesh polimeri, kao i linearni i razgranati polimeri, koji pri zagrevanju dobijaju mrežastu strukturu, postoje samo u čvrsto stanje.
U zavisnosti od stepena uređenosti rasporeda makromolekula, polimeri mogu biti u tri fazna stanja: kristalno, tečni kristal I amorfna.
Kristalna stanje je okarakterisano dalekosežni poredak u rasporedu čestica , tj. reda stotina i hiljada puta veće od veličine samih čestica.
Tečni kristal stanje između kristalnog i amorfnog.
Amorfna fazno stanje je okarakterisano zatvori red na poziciji čestice , tj. redoslijed uočen na udaljenostima usporedivim s veličinama čestica.
Kristalno stanje polimera
Kristalno stanje polimera karakterizira činjenica da jedinice makromolekula formiraju strukture trodimenzionalnog reda dugog dometa. Veličina ovih struktura ne prelazi nekoliko mikrona; oni se obično nazivaju kristaliti . Za razliku od supstanci male molekularne težine, polimeri nikada ne kristaliziraju u potpunosti; zajedno s kristalitima, zadržavaju amorfne regije (s neuređenom strukturom). Stoga se polimeri u kristalnom stanju nazivaju amorfno-kristalni ili djelomično kristalno. Volumetrijski sadržaj kristalnih područja u uzorku naziva se stepen kristalnosti . Kvantifikuje se različitim metodama osetljivim na strukturu. Najčešći od njih su: mjerenje gustine, metoda difrakcije rendgenskih zraka, IR spektroskopija, NMR. Za većinu polimera stepen kristalnosti se kreće od 20 do 80%, u zavisnosti od strukture makromolekula i uslova kristalizacije.
Utvrđuje se morfologija kristalita i vrsta njihove agregacije metoda kristalizacije . dakle, tokom spore kristalizacije iz razblaženih rastvora u rastvaračima male molekularne težine (koncentracija ~ 0,01%), kristaliti su jednostruke pravilno fasetirane ploče ( lamele ), koje nastaju savijanjem makromolekula „na sebe“ (slika 1).
Fig.1. Shema strukture lamelarnog kristala presavijenih makromolekula
svarka-info/com
Debljina lamela je obično 10-15 nm i određena je dužinom nabora, a njihova dužina i širina mogu varirati u širokim granicama. U tom slučaju ispada da je os makromolekule okomita na ravan ploče, a na površini ploče se formiraju petlje (slika 2). Zbog prisutnosti mjesta na kojima se sklapaju petlje sklopivih makromolekula, ne postoji potpuno kristalni red. Stepen kristalnosti, čak i za pojedinačne monokristale polimera, uvijek je manji od 100% (za polietilen, na primjer, 80-90%). Morfologija polimernih monokristala odražava simetriju njihovih kristalnih rešetki, a debljina jako ovisi o temperaturi kristalizacije i može varirati nekoliko puta.
Rice. 2. Nabori makromolekula u polietilenskim kristalitima svarka-info/com
Degenerisani oblik lamelarnih kristala su fibrilarnih kristala (fibrile), koje karakteriše veliki odnos dužine i debljine (slika 3). Razvijaju se u uslovima koji pospešuju preferencijalni rast jednog od lica, na primer, visoka stopa isparavanja rastvarača. Debljina fibrila je obično 10 -20 nm, a dužina dostiže mnogo mikrona.
Rice. 3. b - mikrofibril; c - fibril. Skeniranje uzorka difrakcije elektrona.. www. ntmdt. ru
Kristalne ploče predstavljaju najjednostavniji oblik kristalizacije iz otopine. Povećanje brzine kristalizacije ili povećanje koncentracije otopine dovodi do pojave složenijih struktura: spiralnih formacija "blizanaca" (dvije ploče povezane duž kristalografske ravni), kao i raznih dendritskih oblika, uključujući veliki broj ploča, spiralne terase, "blizanci" i dr. Daljnjim povećanjem koncentracije, sferuliti . Sferuliti nastaju i tokom kristalizacije polimera iz taline. Ovo je najčešći i najčešći oblik kristalnih formacija u polimerima.
IN sferuliti lamele se radijalno odmiču od zajedničkih centara (slika 4). Studije elektronskim mikroskopom pokazuju da se fibril sferulita sastoji od mnogih lamela naslaganih jedna na drugu i uvijenih oko radijusa sferulita. Uočavaju se sferuliti promjera od nekoliko mikrona do nekoliko cm.U blok uzorcima se pojavljuju trodimenzionalni sferuliti, a u tankim filmovima dvodimenzionalni ravni. Pretpostavlja se da u kristalitima blok uzoraka dio makromolekule ima naboranu konformaciju, a drugi dio prelazi iz kristalita u kristalit, povezujući ih međusobno. Ovi „prolazni“ lanci i preklopna područja čine amorfni dio sferulita.
Rice. 4. Prstenasti sferuliti od polietilen sebakata
Može se formirati isti polimer, zavisno od uslova kristalizacije sferuliti razne vrste ( radijalni, prstenasti ) (Sl. 5). Pri niskim stupnjevima prehlađenja obično nastaju prstenasti sferuliti, a pri visokim stupnjevima nastaju radijalni sferuliti. Na primjer, polipropilenski sferuliti imaju različita optička svojstva, pa čak i različite točke topljenja u zavisnosti od kristalne modifikacije u kojoj polimer kristalizira. Zauzvrat, polipropilenski sferuliti s monoklinskom ćelijom mogu biti pozitivni ili negativni. Sferulit se naziva pozitivnim ako je njegov dvolom veći od nule. Ako je manji od nule, onda je sferulit negativan.
Sl.5. Vrste sferolita: a - radijalni, b - prstenasti.
Kristalizacija taline na temperaturi blizu tačke topljenja (prehlađenje ne više od 1˚C) odvija se vrlo sporo i dovodi do stvaranja najsavršenijih kristalnih struktura izgrađenih od ispravljenih lanaca. Mehanizam kristalizacije sa ispravljenim lancima retko se ostvaruje u praksi. Da biste to učinili, istovremeno sa hlađenjem taline, potrebno je primijeniti velika naprezanja.
Većina polimera kristalizira u obliku sferulita. Međutim, u nekim slučajevima se u blok polimeru nalaze samo grupe lamelnih kristala. Pronađene su i strukturne formacije između monokristala i sferolita. Često su ove strukture fasetirane i velike veličine - do desetina mikrona. Još uvijek nije razjašnjeno postoji li određeni broj međustruktura ili različiti morfološki oblici kontinuirano prelaze jedan u drugi.
Amorfno stanje polimera
amorfna polimeri nemaju kristalnu strukturu.Ovo stanje polimera karakteriše:
· nedostatak trodimenzionalnog reda dugog dometa u rasporedu makromolekula,
kratkog dometa u rasporedu veza ili segmenata makromolekula, koji brzo nestaju kako se udaljavaju jedni od drugih.
Čini se da molekule polimera formiraju "rojeve", čiji je životni vijek vrlo dug zbog ogromnog viskoziteta polimera i velikih veličina molekula. Stoga u nekim slučajevima takvi rojevi ostaju praktički nepromijenjeni. IN amorfna su također u dobrom stanju rastvori polimera I polimerni žele .
Amorfni polimeri su jednofazni i izgrađeni su od lančanih molekula sakupljenih u paketima. Paketi su strukturni elementi i mogu se pomicati u odnosu na susjedne elemente. Neki amorfni polimeri se mogu konstruisati od globule Globule se sastoje od jedne ili više makromolekula smotanih u sferne čestice (slika 6). Mogućnost savijanja makromolekula u lopticu određena je njihovom visokom fleksibilnošću i prevagom sila unutarmolekulske interakcije nad silama intermolekularne interakcije.
Fig.6. Kuglasti oblik hemoglobina koji sadrži četiri molekula kompleksa željeza
www. krugosvet. ru
Amorfni polimeri, ovisno o temperaturi, mogu biti u tri stanja koja se razlikuju po prirodi termičkog kretanja: staklast, visoko elastičan I viskozna. Stadij u kojem se polimer nalazi određen je promjenom njegove strukture i silama prianjanja između makromolekula linearnih polimera.
At niske temperature amorfni polimeri se nalaze u staklast stanje. Molekularni segmenti nemaju pokretljivost, a polimer se ponaša kao obična čvrsta supstanca u amorfnom stanju. U ovom stanju materijal fragile . Prijelaz iz visoko elastičnog stanja u staklasto stanje sa padom temperature naziva se vitrifikacija , a temperatura takvog prijelaza je temperatura prelaska stakla .
Visoko elastičan javlja se stanje koje karakteriše sposobnost polimera da se lako rasteže i skuplja na prilično visokim temperaturama , kada energija toplotnog kretanja postane dovoljna da izazove kretanje segmenata molekula, ali još uvek nedovoljna da pokrene molekul kao celinu. U visokoelastičnom stanju, polimeri, sa relativno malim mehaničkim naprezanjima, imaju vrlo velika elastična deformacija . Na primjer, gume se mogu rastegnuti skoro 10 puta.
IN viskozna stanju, ne samo segmenti, već i cela makromolekula se mogu kretati. Polimeri stječu sposobnost tečenja, ali, za razliku od obične tekućine, njihovo strujanje je uvijek praćeno razvojem visoko elastične deformacije. Materijal u ovakvom stanju, pod uticajem malih sila, izlaže nepovratan plastična deformacija , koji se može koristiti za njegovu tehnološku obradu.
Sa linearnom strukturom makromolekula, polimeri u amorfnom stanju su elastično-viskozna tijela, a kada se formira jaka prostorna struktura, oni su viskoelastična tijela.
Svaki vanjski utjecaj koji utiče na pokretljivost čestica u amorfnim tijelima (promjene temperature, tlaka) utječe na fizička svojstva (dielektrične karakteristike materijala, plinopropusnost).
Tečno kristalno stanje polimera
Tečni kristali su neobične supstance. Oni kombinuju svojstva svojstvena tečnostima i čvrstim materijama, kao što se vidi u nazivu. Od tečnosti su uzeli fluidnost, odnosno sposobnost da poprime oblik posude u koju se sipaju. Od čvrstih kristalnih tela - anizotropija svojstva . Potonje se objašnjava strukturom tekućih kristala - molekuli u njima nisu raspoređeni kaotično, već na uredan način. Međutim, nije tako strog kao kod čvrstih kristala
Ne prelaze sva jedinjenja u tečno kristalno stanje, već samo ona čiji molekuli imaju značajnu vrednost anizometrija (oblik štapića ili diskova). U zavisnosti od pakovanja molekula, razlikuju se tri vrste konstrukcija tečni kristali - smectic , nematic I cholesteric .
Smectics, možda najbliži običnim kristalima. Molekuli u njima su pakovani u slojeve, a njihovi centri mase su fiksirani (slika 7). IN nematici Naprotiv, centri mase molekula su locirani haotično, ali su ose njihovih molekula, obično u obliku štapa, paralelne jedna s drugom (slika 8). U ovom slučaju se kaže da ih karakterizira orijentacijski poredak.
Najsloženija struktura trećeg tipa tečnih kristala je cholesteric. Za formiranje holesterika potrebne su takozvane kiralne molekule, odnosno nekompatibilne sa svojom slikom u ogledalu.
Rice. 7. Šematski prikaz tečnog kristala u smektičkoj fazi
http://dic. akademski. ru/
https://pandia.ru/text/80/219/images/image009_79.jpg" alt="Sl. 1. Slika prikazuje rotaciju reditelja za 180° u holesteričnoj fazi. Odgovarajuća udaljenost je poluperiod, p /2." width="178" height="146">!}
Fig.9. Šematski prikaz holesteričnog tečnog kristala
dic. akademski. ru
U takav polimerni lanac mogu se uvesti i druge funkcionalne grupe, npr. fotohromski grupe koje kontrolišu svjetlo, ili elektroaktivan grupe orijentisane pod uticajem električnog polja.
Sami tekući kristali su viskozne tekućine samo u uskom temperaturnom rasponu. Stoga imaju svoja posebna svojstva samo u ovom temperaturnom rasponu. Tečno-kristalni polimeri, za razliku od tečnih kristala, zadržavaju i strukturu i svojstva tečno-kristalne faze kada se ohlade. Odnosno, moguće je fiksirati osjetljivu strukturu tekućeg kristala u čvrsti materijal bez gubitka, na primjer, njegovih jedinstvenih optičkih svojstava.
Holesterici lako reaguju na temperaturu. Neki mijenjaju boju vrlo brzo uz vrlo malu promjenu temperature - možete ih koristiti za stvaranje jedinstvenih termovizije , ili indikatori temperature. Na primjer, zračenjem površine takvog materijala laserom, može se proučavati raspodjela intenziteta njegovog snopa. Prevlake napravljene od holesteričnih polimera mogu se koristiti za testiranje aviona u aerotunelu, jer će distribucija temperature jasno pokazati na kojim mjestima ima više turbulencije, a na kojima laminarno strujanje zraka oko aviona.
Jedan od najzanimljivijih primjera upotrebe polimernih holesterika je preparat svjetlosnim filmovima . Ako se monomer sa fotohromnom grupom uvede u polimerni lanac, čiji se oblik menja kada je izložen svetlosti određene talasne dužine, tada se može promeniti nagib spirale u strukturi holesterika. Drugim riječima, zračenjem materijala svjetlošću možete promijeniti njegovu boju. Ovo svojstvo rezultirajućeg materijala može se koristiti za snimanje i pohranjivanje informacija o boji, u holografija I tehnologija prikaza .
Međutim, korak spirale se može promijeniti ne samo djelovanjem svjetlosti i promjenama temperature (kao kod termovizira), već i utjecajem električnih i magnetskih polja. Da biste to učinili, potrebno je uvesti elektroaktivni ili magnetno aktivni grupe. Izlaganje električnom ili magnetskom polju dovodi do orijentacije molekula tečnih kristala i do izobličenja, a zatim i do potpunog odmotavanja holesterske spirale.
Proučavanje tekućih kristalnih polimera, koji su mnogo mlađi od niskomolekularnih tekućih kristala, otkrit će mnogo više nepoznatih aspekata njihovog fizičko-hemijskog ponašanja.
