4.2.2. Glasartige und hochelastische Zustände von Polymeren
Der glasartige Zustand ist eine der Formen des festen Zustands amorpher Polymere, der durch kleine elastische Verformungen mit hohen Werten des Elastizitätsmoduls E≈2,2·10 3 -5·10 3 MPa gekennzeichnet ist. Diese Verformungen gehen mit einer geringfügigen Änderung der Atomabstände und Bindungswinkel der Hauptkette einher.
Der hochelastische Zustand ist durch große reversible Verformungen (bis zu 600–800 %) und niedrige Werte des Elastizitätsmoduls des Polymers (0,2–2 MPa) gekennzeichnet. Die Dehnung eines Polymers bei hochelastischer Verformung geht mit der Freisetzung von Energie in Form von Wärme einher, während die Kontraktion mit einer Kompression einhergeht. Der Elastizitätsmodul eines verformbaren Polymers steigt mit steigender Temperatur, während der Elastizitätsmodul im glasigen Zustand abnimmt. Im Laufe der Zeit kommt es zu einer hochelastischen Verformung, da sie durch die Bewegung von Segmenten verursacht wird und es sich daher um einen molekularkinetischen Entspannungsprozess handelt.
Die Art der elastischen Kraft, die bei der Verformung von Polymeren in glasartigen und hochelastischen Zuständen entsteht, wird im Abschnitt diskutiert. 2.2.1. Im ersten Fall ist es mit einer Änderung der inneren Energie verbunden, im zweiten Fall mit der Entropie. Der molekulare Mechanismus der Entropieelastizität, der mit der Wiederherstellung der wahrscheinlichsten Größen makromolekularer Knäuel verbunden ist, wird im Abschnitt ausführlich erörtert. 2.2.
Der hochelastische Zustand zeigt sich am deutlichsten bei „vernetzten“ Kautschuken, d.h. Gummi Bei linearen Polymeren ist der reversiblen Verformung eine irreversible Verformung überlagert, d. h. fließen. Ein hochelastischer Zustand kann bei Polymeren in verschiedenen Temperaturbereichen beobachtet werden – von -100 bis 200 °C. Der technische Einsatz hochelastischer Materialien hängt mit ihren stoßabsorbierenden Eigenschaften und ihrem niedrigen Elastizitätsmodul zusammen.
Polymere, die sich in einem hochelastischen Zustand befinden, können bei Einwirkung einer externen periodischen Kraft hoher Frequenz in einen elastisch-harten Verformungszustand übergehen, der nicht mit dem „Einfrieren“ der Beweglichkeit von Segmenten verbunden ist (Tabelle 4.1). Diese Art des Glasübergangs in Kraftfeldern bei Temperaturen oberhalb der strukturellen Glasübergangstemperatur wird mechanischer Glasübergang genannt. Die Natur dieses Phänomens wurde weiter oben in diesem Abschnitt erörtert. 2.3.4.
Der Glasübergang von Polymeren ist ein Relaxationsprozess. Es ist mit Entspannung verbunden, d.h. durch Bewegen von Segmenten von Makromolekülen, die 5–20 Atome der Hauptkette enthalten (abhängig von ihrer Flexibilität). Dieser Prozess hat einen ausgeprägten kooperativen Charakter.
Beim Glasübergang kommt es zu einer sprunghaften Änderung der Wärmekapazität, des Temperaturkoeffizienten der Volumenausdehnung und des Koeffizienten der thermischen Kompressibilität, während in den Kurven des spezifischen Volumens, der Enthalpie und der Entropie lediglich ein Knick zu beobachten ist. Bei T T s sind die zweiten Ableitungen der Gibbs-Funktion
ändern sich abrupt, was ein Zeichen für einen Phasenübergang zweiter Ordnung ist. Trotzdem ist der Glasübergang kein Phasenübergang,
Tabelle 4.1 Glasübergangstemperatur, sterischer Faktor (Flexibilität) σ und Kuhn-Segment verschiedener Polymerklassen
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Kuhn-Segment, nm | |||
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Flexible Kettenpolymere: | |||
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Polychloropren | |||
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Polydpmethylsploxan | |||
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Polyester | |||
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Cis-Polyisonren (Naturkautschuk) | |||
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Polybutadien | |||
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Aliphatische Polyamide | |||
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Polymethylmethacrylat | |||
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Paul und Methylacryl | |||
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Polybutylacrylat | |||
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Polyvinylacetat | |||
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Polystyrol | |||
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Polyethylen | |||
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Polypropylen | |||
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Polyacrylnitril | |||
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Polyvinylchlorid | |||
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Starre Kettenpolymere: | |||
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Terephthalsäure und Phenolphthaleinpolyarylat | |||
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Polyamid aus Terephthalsäure und Aniphthalein | |||
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Polyimiddianhydrid 3,3",4,4"-Tetracarboxyphenyloxid und Anilinfluoren |
da es zu einem metastabilen Nichtgleichgewichtszustand des Systems führt. Dies wird durch eine Reihe kinetischer Eigenschaften bestätigt:
eine monotone und unbegrenzte Abnahme der Glasübergangstemperatur mit abnehmender Abkühlgeschwindigkeit und umgekehrt;
in der entgegengesetzten Richtung der Änderung der Wärmekapazität während des Glasübergangs und eines Phasenübergangs zweiter Ordnung (während des Glasübergangs nimmt die Wärmekapazität ab).
Typischerweise ändert sich die Glasübergangstemperatur um etwa 3 °C, wenn sich die Abkühlgeschwindigkeit um den Faktor 10 ändert, und nur in einigen Fällen kann sie sich um 10–15 °C ändern. Bartenev schlug eine Formel zur Berechnung der Glasübergangstemperatur bei unterschiedlichen Temperaturänderungsraten vor:
wobei c die Materialkonstante ist; Co - Heizrate in °C/s.
Theorien des Glasübergangs. Die Beweglichkeit jeder kinetischen Einheit wird durch die Relaxationszeit t bestimmt, die gemäß Formel (2.93) exponentiell von der Aktivierungsenergie abhängt. Es hat sich gezeigt, dass mit sinkender Temperatur die Aktivierungsenergie für die Bewegung von Segmenten schnell zunimmt, was mit einer Abnahme des freien Volumens des Polymers und einer Zunahme des kooperativen Relaxationssystems einhergeht. Beim Glasübergang erreicht das freie Volumen einen Minimalwert und die Bewegung der Segmente stoppt. Das freie Volumen des Polymers Vst wird durch den Ausdruck bestimmt:
wobei V das Gesamtvolumen ist, d.h. reales Volumen des Polymerkörpers; V 3 - besetztes Volumen gleich dem Volumen der Makromoleküle. Das freie Volumen ist in Form von Mikroporen im gesamten Polymer verteilt, deren Ursprung mit der Heterogenität der Struktur zusammenhängt.
Die Änderung des Körpervolumens beim Erhitzen wird durch den Koeffizienten charakterisiert
Erweiterungen. Bei T > T c wird die Volumenänderung des Polymers hauptsächlich durch die Änderung des freien Volumens bestimmt; der Ausdehnungskoeffizient für diesen Bereich wird mit 1 bezeichnet. Bei 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:
In der Theorie von Gibbs und Di Marzio wird der Glasübergangsprozess eines Polymers aus der Perspektive des thermodynamischen Zustands des Systems betrachtet, der durch die Anzahl möglicher Konformationen des Makromoleküls bestimmt wird. Es wird angenommen, dass mögliche Arten der Ausrichtung von Ketteneinheiten auf zwei Extremfälle reduziert werden können, die hohen ε 1- und niedrigen ε 2-Energiewerten der Konformere entsprechen. In Bezug auf das Rotationsisomerenmodell der Kette kann das erste auf ±gauche-Isomere zurückgeführt werden, das zweite auf trans-Isomere. Bei T > T c zeichnet sich das Polymer durch einen großen Konformationssatz und eine signifikante molare Konformationsentropie S K aus. Mit sinkender Temperatur nimmt die Intensität der thermischen Bewegung der Segmente ab, d.h. Flexibilität der Kette, daher werden Konformationen, die großen (ε 1) Werten der inneren Energie entsprechen, ausgefroren und S K nimmt ab. Bei einer bestimmten Temperatur T = T 2 wird der Übergang von trans-Konformationen zu „+“ oder „-“ Gauche unmöglich und die thermische Bewegung der Segmente stoppt. Dies bedeutet, dass ∆S K = 0, wenn wir die Boltzmann-Formel zur Berechnung der Konformationsentropie anwenden und annehmen, dass die thermodynamische Wahrscheinlichkeit gleich der Konformationszahl ist.
Da T2 die Temperatur ist, bei der die überschüssige Entropie einer unterkühlten Flüssigkeit (in diesem Fall eines amorphen Polymers) im Vergleich zu einem Kristall Null wird, wird der Glasübergang in der Gibbs-Di-Marzio-Theorie als Phasenübergang zweiter Ordnung betrachtet. Tatsächlich werden während des Glasübergangs einige formale Anzeichen eines solchen Übergangs beobachtet – ein Sprung in der Wärmekapazität, eine starke Änderung des Volumenausdehnungskoeffizienten usw. Darüber hinaus wurde gezeigt, dass während des Glasübergangs eine Umverteilung von Gauche und trans-Isomere stattfinden, wie nach der Gibbs-Dee-Theorie von Marzio vorgeschlagen. In der Praxis stellte sich heraus, dass T c > T 2 immer. Daher gingen die Autoren der Theorie davon aus, dass T 2 = T c nur bei verschwindend geringen Polymerabkühlungsraten gilt, wenn Relaxationsphänomene in Polymeren auf ein Minimum reduziert werden. Aber selbst unter dieser Voraussetzung ist es falsch, den Glasübergang mit einem Phasenübergang zweiter Ordnung gleichzusetzen, denn Der Glasübergang fixiert einen metastabilen Zustand, dessen Entropie bei jeder Temperatur größer ist als die Entropie des kristallinen Zustands. Daher sollte berücksichtigt werden, dass es bei T 2 und T c zwei unabhängige Übergänge gibt, die miteinander korrelieren. Die thermodynamische Theorie des Glasübergangs wurde in den Arbeiten von Adam und Gibbs weiterentwickelt.
Kinetische Theorie des Glasübergangs. Für polare Polymere mit starken intermolekularen Wechselwirkungen liefert die Schurkow-Theorie, eine der ersten Theorien des Glasübergangs, gute Ergebnisse. Nach dieser Theorie ist der Glasübergang des Polymers, d.h. Das Aufhören der thermischen Bewegung von Segmenten ist auf die Bildung eines räumlichen Netzwerks schwacher intermolekularer Kohäsionsbindungen zurückzuführen – Dipol, Donor-Akzeptor (einschließlich Wasserstoff).
Die Energie der intermolekularen Wechselwirkung hängt wenig von der Temperatur ab, während die Energie der thermischen Bewegung von Einheiten proportional zu kT ist. Mit sinkender Temperatur nimmt die Energie der thermischen Bewegung ab und wenn sich herausstellt, dass sie nicht ausreicht, um die Kräfte der intermolekularen Wechselwirkung zu überwinden, entsteht ein Netzwerk intermolekularer Bindungen, d.h. Glasübergang In diesem Fall reicht es für den Übergang in einen glasigen Zustand aus, die Beweglichkeit der Kuhn-Segmente „einzufrieren“, während die Bewegung anderer Strukturelemente – Verbindungen, laterale Substituenten – erhalten bleibt.
Die Bildung intermolekularer Bindungen beim Übergang in einen glasigen Zustand wurde für eine Reihe polarer Polymere – Polyamide, Polyvinylalkohol, Gelatine – durch IR-Spektroskopie nachgewiesen. Nach Schurkows Theorie steigt mit zunehmender Polarität des Polymers und damit der Kettensteifigkeit der Wert der Glasübergangstemperatur (Abb. 4.7).
Die Blockierung der polaren Gruppen von Polymeren durch die Einführung kleiner Zusätze niedermolekularer Verbindungen führt zu einer Verringerung der intermakromolekularen Wechselwirkung und damit der Glasübergangstemperatur. Experimentelle Daten bestätigen diese Position.
Basierend auf dem Vorstehenden ist es offensichtlich, dass die Glasübergangstemperatur in erster Linie von den Faktoren abhängt, die die Flexibilität der Kette und die Möglichkeit von Konformationsübergängen bestimmen. Die Flexibilität der Kette wird durch die Art der Bindungen in der Hauptkette sowie durch das Volumen und die Polarität der Substituenten an dieser Kette bestimmt. Es ist beispielsweise bekannt, dass die Einführung von Etherbindungen in eine Kette deren Flexibilität erhöht und Amidgruppen diese verringern. Dementsprechend sinkt im ersten Fall die Glasübergangstemperatur, im zweiten steigt sie (siehe Tabelle 4.1). Der Einfluss eines Stellvertreters äußert sich am häufigsten wie folgt:
sogenannte nicht verformbare Massensubstituenten erhöhen die Glasübergangstemperatur, zum Beispiel beträgt sie für Polystyrol 100 °C und für Polyvinylnaphthalin 211 °C;
flexible Seitengruppen senken die Glasübergangstemperatur, beispielsweise haben Polymethylacrylat und Polybutylacrylat eine Glasübergangstemperatur von 2 °C bzw. -40 °C;
Eine Erhöhung der Polarität des Substituenten führt zu einer Verringerung der Flexibilität der Kette aufgrund der Einschränkung ihrer Rotationsfreiheit und infolgedessen zu einer Erhöhung der Glasübergangstemperatur.
Letzteres beeinflusst, wie oben erwähnt, im Bereich niedriger Molekulargewichtswerte die Glasübergangstemperatur des Polymers. Dies wird durch eine Vergrößerung des freien Volumens des Polymers erklärt, das kurze Ketten enthält, da deren Enden die dichte Packung von Makromolekülen verhindern. Das überschüssige freie Volumen eines Polymers mit niedrigem Molekulargewicht führt dazu, dass Konformationsübergänge von Makromolekülen bei niedrigeren Temperaturen im Vergleich zu einem Polymer mit höherem Molekulargewicht auftreten können.
Bei vernetzten Polymeren tritt das gegenteilige Phänomen auf: Durch die Vernetzung werden die Makromoleküle „zusammengeführt“, was zu einer Verringerung des freien Volumens und einer Erhöhung der Glasübergangstemperatur des „vernetzten“ Polymers im Vergleich dazu führt die lineare.
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Das Unternehmen Olenta vertreibt eine große Auswahl an Polymermaterialien. Wir verfügen stets über hochwertige Thermoplaste, darunter auch Flüssigkristallpolymere. Die bei Olenta tätigen Mitarbeiter verfügen über eine höhere Fachausbildung und verfügen über ein hervorragendes Verständnis der Besonderheiten der Polymerherstellung. Bei uns erhalten Sie jederzeit Beratung und Unterstützung bei der Materialauswahl und der Organisation des technologischen Prozesses.
Flüssigkristalline Polymere weisen eine sehr hohe Steifigkeit und Festigkeit auf. Sie erzeugen beim Gießen keine Grate. Empfohlen für Präzisionsguss. Sie verfügen über eine hervorragende Dimensionsstabilität. Zeichnet sich durch sehr kurze Abkühlzeiten aus. Sie zeichnen sich durch eine äußerst geringe Gelenkfestigkeit aus. Hier finden Sie Flüssigkristallpolymer von Toray. Das Material wird in einer Fabrik in Japan hergestellt.
Flüssigkristallpolymer, hergestellt von Toray
| Füllung | Marke | Beschreibung | Anwendung |
| Glasfüllung | Hochfestes Polymer, 35 % glasgefüllt | Mikroelektronik |
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| Kurzes Glas | Hochfließendes Polymer, 35 % glasgefüllt | Mikroelektronik |
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| Kurzes Glas und Mineralien | Super-High-Flow-Polymer, 30 % glasgefüllt | Mikroelektronik |
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| Antistatisches Polymer, 50 % Füllung | Mikroelektronik |
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| Glas und Mineralien | Geringe Verformung, 50 % Füllung | Mikroelektronik |
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| Mineralien | Geringe Verformung, 30 % Füllung | Mikroelektronik |
Merkmale von Flüssigkristallpolymeren
Im Gegensatz zu herkömmlichen Polymerverbindungen weisen diese Materialien eine Reihe besonderer Eigenschaften auf. Flüssigkristalline Polymere sind hochmolekulare Verbindungen, die unter dem Einfluss äußerer Bedingungen ihren Zustand ändern können. Aufgrund flexibler molekularer Bindungen ist eine Kette von Makromolekülen in der Lage, ihre Form in einem weiten Bereich zu ändern und eine stabile und dauerhafte kristalline Struktur zu bilden.
Diese Polymere behalten bis zum Schmelzpunkt stabile Festigkeitseigenschaften. Sie verfügen über eine sehr hohe chemische Beständigkeit und dielektrische Eigenschaften.
Flüssigkristallpolymere werden häufig bei der Herstellung elektronischer Komponenten, mikrowellenbeständigem Kochgeschirr und medizinischen Instrumenten verwendet.
Über das Unternehmen OLENTA
Unser Unternehmen bietet eine Reihe von Vorteilen:
- angemessene Preise;
- Spezialisten mit umfassender Erfahrung;
- strikte Einhaltung von Fristen und Vereinbarungen;
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OLENTA liefert Flüssigkristallpolymere ausschließlich von vertrauenswürdigen Herstellern. Dies dient nicht nur als Garantie für einwandfreie Qualität, sondern minimiert auch etwaige Risiken im Zusammenhang mit Lieferstörungen oder nicht ordnungsgemäßer Erfüllung von Verpflichtungen.
Wir veröffentlichen eine Abschrift einer Vorlesung eines leitenden Forschers der Abteilung für makromolekulare Verbindungen der Fakultät für Chemie der Moskauer Staatlichen Universität, außerordentlicher Professor, Doktor der chemischen Wissenschaften, Preisträger des Präsidentenpreises der Russischen Föderation für junge Wissenschaftler 2009 , Alexey Bobrovsky, gehalten am 2. Dezember 2010 im Polytechnischen Museum im Rahmen des Projekts „Public Lectures Polit. RU“.
Siehe auch:
Vorlesungstext. Teil 1
Guten Abend! Ich würde gerne ein paar Änderungen an den Vorschriften vornehmen: Die Vorlesung besteht aus zwei Teilen: zuerst Flüssigkristalle, dann Flüssigkristallpolymere, daher möchte ich vorschlagen, nach dem ersten Teil einige Fragen zu stellen. Es wird einfacher sein.
Ich möchte sagen, dass die Hauptaufgabe, die ich mir bei der Vorbereitung dieser Vorlesung gestellt habe, nicht so sehr darin besteht, Sie mit einer Fülle von Informationen über Flüssigkristalle und deren Verwendung zu versorgen, sondern Sie irgendwie für Flüssigkristalle zu interessieren, Ihnen etwas zu vermitteln einige erste Konzepte: Was sie sind und zeigen, wie schön und interessant sie sind, nicht aus utilitaristischer Sicht (wo sie verwendet werden können), sondern aus wissenschaftlicher und künstlerischer Sicht (wie schön sie an sich sind). Plan meines Berichts.
Zunächst erzähle ich Ihnen, wann und wie der flüssigkristalline Zustand entdeckt wurde, was Flüssigkristalle im Vergleich zu anderen Objekten einzigartig macht, und im zweiten Teil meines Berichts werde ich über flüssigkristalline Polymere sprechen und warum sie interessant und wunderbar sind .
Jeder weiß, dass die Moleküle in den meisten Substanzen einen kristallinen Zustand bilden, die Moleküle ein dreidimensionales Kristallgitter bilden, das in drei Dimensionen geordnet ist, und dass beim Erhitzen auf eine bestimmte Temperatur ein Phasenübergang von einem dreidimensionalen geordneten Zustand zu einem beobachtet wird ungeordneter flüssiger Zustand und bei weiterer Erwärmung - in einen gasförmigen Zustand . Es stellte sich heraus, dass es einige Zwischenphasen gibt, die den Aggregatzustand einer Flüssigkeit haben, aber dennoch eine gewisse Ordnung aufweisen: nicht dreidimensional, sondern zweidimensional oder eine andere entartete Ordnung. Ich werde jetzt erklären, worüber wir sprechen.
Der erste Bericht über einen ungewöhnlichen Aggregatzustand – den flüssigkristallinen Aggregatzustand, obwohl es diesen Begriff damals noch nicht gab – erfolgte im Jahr 1888. Anderen Daten zufolge wurde ein solch ungewöhnlicher Zustand der Substanz im Jahr 1850 aufgezeichnet, aber es ist allgemein anerkannt, dass Friedrich Reinitzer, ein österreichischer Wissenschaftler, im Jahr 1888 die Substanz Cholesterylbenzoat – ein Derivat von Cholesterin – untersuchte und entdeckte, dass er erhitzt wurde Bei einer Temperatur von ca. 145° verwandelt sich die kristalline Phase (weißes Pulver) in eine seltsame trübe Flüssigkeit, und beim weiteren Erhitzen auf 179° wird ein Übergang in eine gewöhnliche transparente Flüssigkeit beobachtet. Er versuchte, diese Substanz zu reinigen, da er nicht sicher war, ob er reines Cholesterylbenzoat hatte, aber dennoch wurden diese beiden Phasenübergänge reproduziert. Eine Probe dieser Substanz schickte er an seinen befreundeten Physiker Otto von Lehmann. Lehman untersuchte gewöhnliche Kristalle, darunter Kunststoffkristalle, die sich weich anfühlen und sich von gewöhnlichen harten Kristallen unterscheiden. Die Hauptuntersuchungsmethode war die optische Polarisationsmikroskopie – ein Mikroskop, bei dem Licht durch einen Polarisator, durch eine Substanz und dann durch einen Analysator – durch eine dünne Substanzschicht – gelangt. Wenn Kristalle einer bestimmten Substanz zwischen Polarisator und Analysator platziert werden, können Sie Texturen – charakteristische Bilder für verschiedene kristalline Substanzen – sehen und so die optischen Eigenschaften der Kristalle untersuchen. Es stellte sich heraus, dass Otto von Lehmann ihm half, den Grund für den Zwischenzustand, den Wahn, zu verstehen. Otto von Lehmann war ernsthaft davon überzeugt, dass alle Eigenschaften kristalliner Stoffe, Kristalle, ausschließlich von der Form der Moleküle abhängen, das heißt, es spielt keine Rolle, wie sie sich in diesem Kristall befinden, die Form der Moleküle ist wichtig. Und im Fall von Flüssigkristallen hatte er recht: Die Form der Moleküle bestimmt die Fähigkeit, eine flüssigkristalline Phase zu bilden (hauptsächlich die Form der Moleküle). Hier möchte ich über die wichtigsten historischen Phasen der Erforschung von Flüssigkristallen sprechen, die meiner Meinung nach die wichtigsten sind.
Im Jahr 1888 schrieb Reinitzer, dass es Kristalle gibt, deren Weichheit so groß ist, dass man sie als flüssig bezeichnen kann. Dann schrieb Lehmann einen Artikel über fließende Kristalle und prägte den Begriff tatsächlich Flüssigkristalle. Eine wichtige historische Episode: In den 20er und 30er Jahren untersuchte der sowjetische Physiker Fredericks den Einfluss verschiedener magnetischer und elektrischer Felder auf die optischen Eigenschaften von Flüssigkristallen und entdeckte eine wichtige Sache, unter der sich die Orientierung von Molekülen in Flüssigkristallen sehr leicht ändert Der Einfluss externer Felder ist sehr schwach und ändert sich sehr schnell. Seit Ende der 60er Jahre begann ein Boom in der Erforschung von Flüssigkristallsystemen und Flüssigkristallphasen, der mit der Tatsache verbunden ist, dass man lernte, sie zu nutzen. Zunächst für Informationsanzeigesysteme in gewöhnlichen elektronischen Digitaluhren, dann in Taschenrechnern und mit dem Aufkommen der Computertechnologie wurde klar, dass Flüssigkristalle aktiv zur Herstellung von Displays eingesetzt werden können. Natürlich hat ein solcher Technologiesprung die Erforschung von Flüssigkristallen aus grundlagenwissenschaftlicher Sicht angeregt, ich möchte jedoch darauf hinweisen, wie groß die zeitliche Lücke zwischen wissenschaftlichen Entdeckungen im Zusammenhang mit Flüssigkristallen ist. Tatsächlich interessierten sich die Menschen aus Neugier für sie, es gab kein utilitaristisches Interesse, niemand wusste, wie man sie benutzt, und außerdem war in jenen Jahren (20-30er Jahre) die Relativitätstheorie viel interessanter. Fredericks war übrigens der Popularisierer der Relativitätstheorie in der Sowjetunion, dann wurde er unterdrückt und starb in den Lagern. Tatsächlich vergingen 80 Jahre nach der Entdeckung der Flüssigkristalle, bis man lernte, sie zu nutzen. Ich nenne dieses Beispiel oft, wenn ich über die Besonderheiten der Wissenschaftsfinanzierung spreche.
Ich möchte auf die wichtigsten Arten flüssigkristalliner Phasen eingehen. Wie funktioniert die Mesophase, also die flüssigkristalline Phase?
Typischerweise wird die flüssigkristalline Phase durch Moleküle gebildet, die eine Stäbchen- oder Scheibenform haben, das heißt, sie weisen eine Formanisometrie auf, hauptsächlich Stäbchen oder Scheiben. Sie können sich ein gutes Experiment vorstellen, das einfach durchzuführen ist: Wenn Sie zufällig Stäbchen in eine Schachtel gießen und diese schütteln, werden Sie durch dieses Schütteln feststellen, dass die Stäbchen selbst parallel gestapelt sind, was bei der einfachsten Nematik der Fall ist Phase angeordnet ist. Es gibt eine Orientierungsordnung entlang einer bestimmten Richtung, aber der Massenschwerpunkt der Moleküle ist ungeordnet. Es gibt viel komplexere Phasen, beispielsweise vom smektischen Typ, bei denen der Massenschwerpunkt in Ebenen liegt, also solche geschichteten Phasen. Die cholesterische Phase ist sehr interessant: Ihre lokale Ordnung ist die gleiche wie die der nematischen, es gibt eine Orientierungsordnung, aber in einem Abstand von Hunderten von Nanometern bildet sich eine helikale Struktur mit einer bestimmten Drehrichtung und das Aussehen von Diese Phase ist auf die Tatsache zurückzuführen, dass die Moleküle chiral sind, das heißt, es ist eine molekulare Chiralität erforderlich (ich werde später erklären, was das ist), um eine solche helikale Drehung zu bilden. Diese Phase hat ebenfalls interessante Eigenschaften, wie die nematische, und kann auch einige Anwendungen finden. Die Phasen, über die ich gesprochen habe, sind die einfachsten. Es gibt sogenannte Blauphasen.
Ich werde ein wenig darauf eingehen, wenn ich über Polymere spreche, das hängt ein wenig mit meiner Arbeit zusammen. Hier geben diese Linien die Orientierungsrichtung der Moleküle an, und das Hauptstrukturelement solcher Phasen sind solche Zylinder, bei denen sich die Orientierung der Längsachsen der Moleküle geschickt ändert, das heißt, in der Mitte dieses Zylinders verläuft die Orientierung entlang die Achse des Zylinders, und wenn er sich zur Peripherie hin bewegt, wird eine Rotation beobachtet. Diese Phasen sind vom Gesichtspunkt der Struktur aus sehr interessant, in einem Polarisationsmikroskop sehr schön, und es ist wichtig zu beachten, dass diese Phasen im Fall von Flüssigkristallen mit niedrigem Molekulargewicht in einigen Zehntelgraden, bestenfalls 2, vorkommen -3° Temperaturbereich, und im Fall von Polymeren ist es mir gelungen, diese interessanten Strukturen einzufangen, und ich werde Ihnen später davon erzählen. Ein bisschen Chemie. Wie sehen die Strukturen von Flüssigkristallmolekülen aus?
Normalerweise gibt es eine aromatische Einheit aus 2–3 Benzolringen, manchmal können zwei aromatische Ringe direkt verbunden sein, es kann eine verbindende Einheit vorhanden sein. Es ist wichtig, dass dieses Fragment länglich ist, das heißt, dass seine Länge größer als seine Breite ist, und dass es ziemlich starr ist und eine Drehung um eine lange Achse möglich ist, aber während dieser Drehung bleibt die Form länglich. Dies ist sehr wichtig für die Bildung der Flüssigkristallphase. Wichtig ist das Vorhandensein flexibler Schwänze im Molekül – es handelt sich dabei um verschiedene Alkylschwänze, und das Vorhandensein verschiedener polarer Substituenten ist wichtig. Dies ist wichtig für die Anwendung und erzeugt Dipolmomente und die Fähigkeit, sich in externen Feldern neu zu orientieren. Das heißt, dieses Molekül besteht aus zwei Hauptteilen: einem mesogenen Fragment mit einem Substituenten (polar oder unpolar) und einem flexiblen Schwanz das kann sich verbiegen. Warum wird es benötigt? Es wirkt als innerer Weichmacher, denn wenn man starre Moleküle nimmt, kristallisieren sie – sie bilden einen dreidimensionalen Kristall ohne Mesophasen, ohne flüssigkristalline Phasen, und der flexible Schwanz trägt oft dazu bei, dass zwischen den Kristallen eine Zwischenphase entsteht und eine gewöhnliche isotrope Flüssigkeit. Eine andere Art von Molekülen sind scheibenförmige Moleküle. Hier ist der allgemeine Aufbau solcher Scheiben, die auch Mesaphasen bilden können, aber eine völlig andere Struktur haben als Phasen, die auf länglichen Molekülen basieren. Ich möchte Ihnen betonen, wie schön Flüssigkristalle unter einem Polarisationsmikroskop sind.
Die Polarisationsmikroskopie ist die erste Methode zur Untersuchung von Flüssigkristallen, d. h. anhand des Bildes, das ein Forscher in einem Polarisationsmikroskop gekreuzter Polarisatoren beobachtet, kann man beurteilen, welche Art von Mesophase, welche Art von flüssigkristalliner Phase gebildet wird. Dies ist das charakteristische Bild für die nematische Phase, deren Moleküle lediglich eine Orientierungsordnung bilden. So sieht die smektische Phase aus. Um Ihnen eine Vorstellung vom Ausmaß all dessen zu geben, das heißt, es ist viel größer als die molekulare Skala: Die Breite des Bildes beträgt Hunderte von Mikrometern, das heißt, es ist ein makroskopisches Bild, viel größer als die Wellenlänge sichtbaren Lichts. Und durch die Analyse solcher Bilder kann man beurteilen, um welche Struktur es sich handelt. Natürlich gibt es genauere Methoden zur Bestimmung der Struktur und einiger Strukturmerkmale dieser Mesophasen – Methoden wie Röntgenbeugungsanalyse, verschiedene Arten der Spektroskopie – so können wir verstehen, wie und warum die Moleküle auf die eine oder andere Weise gepackt sind .
Eine andere Art von Bild ist eine konzentrierte Lösung kurzer DNA-Fragmente (wässrige Lösung) – ein solches Bild wurde an der University of Colorado aufgenommen. Im Allgemeinen sind die Bedeutung und Merkmale der Bildung flüssigkristalliner Phasen in biologischen Objekten ein Thema für eine gesonderte große Diskussion, und ich bin kein Experte in diesem Bereich, aber ich kann sagen, dass viele Polymere biologischer Natur eine Flüssigkeit erzeugen können Dabei handelt es sich meist um eine lyotrope flüssigkristalline Phase, d. h. es ist wichtig, dass ein Lösungsmittel wie Wasser vorhanden ist, damit sich diese flüssigkristalline Phase bilden kann. Dies sind die Bilder, die ich erhalten habe.
So sieht die cholesterische Mesophase aus – eines der typischen Bilder. Ich möchte zeigen, wie schön Phasenübergänge aussehen: Wenn sich die Temperatur ändert, können wir einen Phasenübergang beobachten.
Wenn sich die Temperatur ändert, wird eine Änderung der Brechung beobachtet, also ändern sich die Farben, wir nähern uns dem Übergang – und es wird ein Übergang zu einer isotropen Schmelze beobachtet, das heißt, alles ist abgedunkelt, in den gekreuzten Polarisatoren ist ein dunkles Bild sichtbar.
In einem anderen Fall ist es etwas komplizierter: Zuerst ist ein dunkles Bild sichtbar, aber die Natur täuscht uns, die Moleküle sind einfach so ausgerichtet, dass sie wie eine isotrope Schmelze aussehen, aber es gab eine flüssigkristalline Phase. Hier erfolgt der Übergang zu einer anderen flüssigkristallinen Phase – beim Abkühlen kommt es zu geordneteren Orientierungsänderungen. Die rote Farbe ist mit einer helikalen Struktur mit einer bestimmten Steigung der Helix verbunden, und die Steigung der Helix ändert sich, die Helix verdreht sich, es kommt also zu einer Farbänderung. Es sind verschiedene Disklinationen sichtbar, das heißt, die Spirale dreht sich, und nun wird irgendwann eine Kristallisation dieser Probe beobachtet, alles wird blau werden. Ich zeige dies dadurch, dass einer meiner persönlichen Beweggründe, zum Beispiel Flüssigkristalle zu studieren, ihre Schönheit ist, ich betrachte sie gerne durch ein Mikroskop, ich habe das Glück, dies jeden Tag zu tun, und das ästhetische Interesse wird gefördert durch wissenschaftliches Interesse. Jetzt kommt es zur Kristallisation, alles geschieht in Echtzeit. Ich habe keinen Schnickschnack, es ist eine gewöhnliche Seifenschale, die auf einem Mikroskop montiert ist, daher ist die Qualität angemessen. Hier wachsen die Sphärolithe dieser Verbindung. Diese Verbindung wurde für uns von Chemikern in der Tschechischen Republik synthetisiert. (Wir synthetisieren auch selbst LCD-Verbindungen.) Es muss noch ein wenig darüber gesagt werden, warum sie weit verbreitet sind.
Jeder von uns trägt eine kleine Menge Flüssigkristalle bei sich, denn alle Handymonitore basieren auf Flüssigkristallen, ganz zu schweigen von Computermonitoren, Displays, Fernsehmonitoren und der ernsthaften Konkurrenz durch Plasmamonitore und LED-Monitore im Allgemeinen – also wie Soweit ich weiß (ich bin kein Experte auf diesem Gebiet), nein. Flüssigkristalle sind stabil und benötigen zum Umschalten des Bildes nicht viel Spannung – das ist sehr wichtig. Bei Flüssigkristallen wird eine wichtige Kombination beobachtet, die sogenannte Anisotropie der Eigenschaften, d Ein Gerät, das mit einer charakteristischen Schaltzeit von Millisekunden oder sogar Mikrosekunden umschaltet und reagiert, liegt dann vor, wenn das Auge die Geschwindigkeit dieser Änderung nicht bemerkt, weshalb die Existenz von LCDs und Fernsehdisplays möglich ist und die eine sehr hohe Empfindlichkeit gegenüber externen Feldern aufweist. Diese Effekte wurden vor Fredericks entdeckt, aber von ihm untersucht, und der Orientierungsübergang, über den ich jetzt sprechen werde, wird Fredericks-Übergang genannt. Wie funktioniert ein einfaches Zifferblatt einer Digitaluhr und warum werden Flüssigkristalle so häufig verwendet?
Das Gerät sieht folgendermaßen aus: Es gibt eine Schicht aus Flüssigkristall; Die Stäbchen stellen die Orientierungsrichtung im Flüssigkristallmolekül dar, natürlich sind sie nicht maßstabsgetreu, sie sind viel kleiner als die restlichen Designelemente, es gibt zwei Polarisatoren, sie sind so gekreuzt, dass es keine gäbe Flüssigkristallschicht, Licht würde sie nicht durchdringen. Es gibt Glassubstrate, auf denen eine dünne leitende Schicht aufgebracht ist, so dass ein elektrisches Feld angelegt werden kann; Es gibt auch eine so knifflige Schicht, die die Flüssigkristallmoleküle auf eine bestimmte Weise ausrichtet, und die Ausrichtung wird so eingestellt, dass die Moleküle auf dem oberen Substrat in eine Richtung und auf dem anderen Substrat in die senkrechte Richtung ausgerichtet sind , das heißt, es wird eine verdrehte Ausrichtung der Flüssigkristallmoleküle organisiert, sodass das Licht, wenn es auf einen Polarisator fällt, polarisiert ist – es tritt in ein flüssigkristallines Medium ein und die Ebene seiner Polarisation dreht sich entsprechend der Ausrichtung der Flüssigkeit Kristallmolekül – das sind die Eigenschaften von Flüssigkristallmolekülen. Und aufgrund der Tatsache, dass es sich in der ebenen Polarisation um 90° dreht, passiert das Licht diese Geometrie ruhig, und wenn ein elektrisches Feld angelegt wird, richten sich die Moleküle entlang des elektrischen Feldes aus, und daher ändert polarisiertes Licht seine Polarisation nicht und kann keinen anderen Polarisator passieren. So entsteht ein dunkles Bild. In Wirklichkeit wird ein Spiegel an einer Armbanduhr verwendet und es können Segmente hergestellt werden, die es ermöglichen, ein Bild zu visualisieren. Dies ist natürlich das einfachste Schema, Flüssigkristallmonitore sind viel komplexere Strukturen, mehrschichtig, die Schichten sind normalerweise sehr dünn – von mehreren zehn Nanometern bis zu Mikrometern – aber das Prinzip ist im Grunde das gleiche, und dieser Übergang ist, wenn die Die Ausrichtung der Moleküle ändert sich entlang des elektrischen oder magnetischen Feldes (Monitore verwenden ein elektrisches Feld, weil es einfacher ist) wird als Fredericks-Übergang (Effekt) bezeichnet und wird in allen derartigen Geräten aktiv genutzt. Der erste Prototyp ist eine nematische Anzeige im Zifferblatt.
Und dies ist ein Bild, das zeigt, wie klein ein elektrisches Feld sein muss, um ein Flüssigkristallmolekül neu auszurichten. Tatsächlich handelt es sich um eine galvanische Zelle, die aus zwei Kartoffeln als Elektrolyt besteht, d. h. für eine solche Umorientierung ist eine sehr kleine Spannung im Bereich von 1 V erforderlich, weshalb diese Stoffe so weit verbreitet sind. Eine weitere Anwendung, und wir reden hier von cholesterischen Flüssigkristallen, auf die ich noch näher eingehen werde, beruht auf der Tatsache, dass sie in der Lage sind, ihre Farbe je nach Temperatur zu ändern.
Dies ist auf die unterschiedliche Steigung der Spirale zurückzuführen und ermöglicht beispielsweise die Visualisierung der Temperaturverteilung. Ich habe den Vortrag über niedermolekulare Flüssigkristalle beendet und bin bereit, mir Ihre Fragen dazu anzuhören, bevor ich zu Polymer-Flüssigkristallen übergehe.
Diskussion der Vorlesung. Teil 1
Tatjana Suchanowa, Institut für Bioorganische Chemie: Beantworten Sie die Frage des Amateurs: In welchem Bereich ändert sich die Farbe von Flüssigkristallen und wie hängt dies von ihrer Struktur ab?
Alexey Bobrovsky: Die Rede ist von cholesterischen Flüssigkristallen. Dabei ändert sich die Farbe je nach Ganghöhe der cholesterischen Helix. Es gibt Cholesterika, die Licht selektiv im UV-Bereich bzw. im unsichtbaren Bereich reflektieren, und es gibt Cholesterika, die aufgrund dieser Periodizität Licht selektiv im Infrarotbereich reflektieren, d. h. wir sprechen von Mikrometern, mehreren zehn Mikrometern und mehr Im Fall von Farbbildern, die ich in der polarisierten optischen Mikroskopie gezeigt habe, ist es dort komplizierter, und die Farbe entsteht durch die Tatsache, dass polarisiertes Licht, die Polarisationsebene in einem Flüssigkristall, unterschiedlich rotiert, und das hängt davon ab Wellenlänge. Es gibt eine komplexe Farbpalette, die den gesamten sichtbaren Bereich abdeckt, d. h. Sie können eine Vielfalt an Farben erzielen.
Boris Dolgin: Können Sie uns etwas mehr über das Leben erzählen?
Alexey Bobrovsky: Über das Leben? Konkret über die Rolle von Flüssigkristallen in der Biologie?
Boris Dolgin: Ja.
Alexey Bobrovsky: Leider ist das überhaupt nicht mein Thema. Ich gebe Ihnen am Ende einen Link zum Buch. Wenn sie zunächst über den Zusammenhang von Flüssigkristallen in der Biologie sprechen, sprechen sie darüber, wie sie in der Medizin eingesetzt werden können – da gibt es viele verschiedene Möglichkeiten. In Lipidzellmembranen liegt der flüssigkristalline Zustand bei angemessenen biologischen Temperaturen vor.
Boris Dolgin: Und das ist überhaupt kein Artefakt, und das ist zusätzliche Forschung.
Alexey Bobrovsky: Ja. Mir scheint, dass die Rolle des flüssigkristallinen Zustands immer noch nicht wirklich bekannt ist, und manchmal gibt es Hinweise darauf, dass DNA in einer Zelle in einem flüssigkristallinen Zustand vorliegen kann, aber das ist ein Thema für zukünftige Forschung. Das ist nicht mein Fachgebiet. Ich interessiere mich mehr für flüssigkristalline synthetische Polymere, über die ich weiter sprechen werde.
Boris Dolgin: Sind LCD-Polymere völlig künstlich?
Alexey Bobrovsky: Ja, meistens ist alles künstlich. Die Färbung beispielsweise einiger Käfer und Schmetterlinge ist auf solche natürlichen, nicht flüssigen Kristalle zurückzuführen, sondern auf einen gefrorenen flüssigkristallinen Zustand aufgrund chitinhaltiger biologischer Polymere. So hat die Evolution herausgefunden, dass die Farbgebung nicht auf Pigmente, sondern auf die raffinierte Struktur von Polymeren zurückzuführen ist.
Michail Potanin: Ich habe eine Frage zur magnetischen Empfindlichkeit von Flüssigkristallen. Wie empfindlich reagieren sie auf die Magnetfelder der Erde? Kann man damit Kompasse herstellen?
Alexey Bobrovsky: Nein, geht nicht. Leider ist genau das passiert. Was bestimmt die Empfindlichkeit von Flüssigkristallen? Es gibt das Konzept der diamagnetischen Suszeptibilität und der Dielektrizitätskonstante, und im Fall eines elektrischen Feldes ist alles viel bequemer und besser, das heißt, dort reicht es aus, tatsächlich 1 V an eine solche Flüssigkristallzelle anzulegen – und alles wird so sein neu ausgerichtet, und im Fall eines Magnetfelds sprechen wir von Teslas - solchen Feldstärken, die unvergleichlich höher sind als die Stärke des Erdmagnetfelds,
Lew Moskowkin: Ich habe vielleicht eine völlig amateurhafte Frage. Der Vortrag ist absolut bezaubernd, die ästhetische Zufriedenheit groß, die Präsentation selbst jedoch weniger. Die von Ihnen gezeigten Bilder ähneln dem Kern – sie sind auch ästhetisch aktiv – und der Jabotinsky-Reaktion, obwohl Ihre Bilder nicht zyklisch sind. Danke.
Alexey Bobrovsky: Ich bin nicht bereit, diese Frage zu beantworten. Dies muss in der Literatur untersucht werden. Bei Polymeren und Flüssigkristallen gibt es eine Theorie der „Skalierung“, also der Selbstähnlichkeit. Es fällt mir schwer, diese Frage zu beantworten; ich bin in diesem Thema nicht kompetent.
Natalia: Jetzt werden russische Wissenschaftler mit Nobelpreisen ausgezeichnet. Hätte Fredericks Ihrer Meinung nach diese Auszeichnung erhalten können, wenn er am Leben geblieben wäre? Hat im Allgemeinen einer der Wissenschaftler, die an diesem Thema gearbeitet haben, einen Nobelpreis erhalten?
Alexey Bobrovsky: Ich denke natürlich, dass Fredericks der erste Kandidat wäre. Er starb während des Krieges in einem Lager. Wenn er bis 1968-1970 gelebt hätte, wäre er der erste Kandidat für den Nobelpreis gewesen – das liegt auf der Hand. Immer noch ein großartiger Physiker, wurde aber nicht mit einem Preis ausgezeichnet (wir sprechen von unseren Wissenschaftlern), - Tsvetkov ist der Gründer der Physikerschule in St. Petersburg, die leider mehr oder weniger auseinanderfiel. Die Frage, wer den Nobelpreis für Flüssigkristalle erhielt, wurde nicht speziell erörtert oder untersucht, aber meiner Meinung nach erhielt nur Paul de Gennes den Nobelpreis für Polymere und Flüssigkristalle.
Boris Dolgin: Ist die Mode, Flüssigkristalle zu studieren, für immer vorbei?
Alexey Bobrovsky: Ja, natürlich gibt es keine Aufregung mehr, denn mit der einfachsten Mesophase (nematische flüssigkristalline Phase) ist schon vieles klar und es ist klar, dass sie am optimalsten in der Anwendung ist. Es besteht immer noch ein gewisses Interesse an komplexeren Phasen, da im Vergleich zu den gut untersuchten Phasen einige Vorteile erzielt werden können, aber die Zahl der Veröffentlichungen zum flüssigkristallinen Zustand geht zurück.
Boris Dolgin: Das heißt, Sie sehen keine qualitativen Sprünge im Verständnis, keine Zonen, in denen es ein globales Rätsel geben würde.
Alexey Bobrovsky: Ich denke, es ist besser, keine Vorhersagen zu treffen, denn alles kann passieren. Die Wissenschaft entwickelt sich nicht immer konsequent weiter. Manchmal gibt es seltsame Sprünge, daher übernehme ich keine Vorhersagen.
Konstantin Iwanowitsch: Ich würde gerne wissen, wie sicher sie für das menschliche Leben sind.
Alexey Bobrovsky: Personen, die LCD-Displays herstellen, werden Sicherheitstests unterzogen. Wenn Sie einen Liter Flüssigkristall trinken, wird Ihnen wahrscheinlich übel, aber da Milligramm verwendet werden, besteht keine ernsthafte Gefahr. Das ist viel sicherer als zerbrochenes, austretendes Quecksilber aus einem Thermometer. Dies ist in Bezug auf den Schaden völlig unvergleichlich. Derzeit gibt es Forschungsarbeiten zum Recycling von Flüssigkristallen. Ich habe einen Bericht gehört, in dem dieses Problem ernst genommen wird, dass bereits große Mengen an Schrott anfallen und wie dieser zurückgewonnen werden kann, die Probleme für die Umwelt jedoch minimal sind. Sie sind sicher.
Boris Dolgin: Am Ende gab es etwas sehr Interessantes. Stellen Sie sich einen gebrauchten LCD-Monitor usw. vor. Was wird als nächstes mit ihm passieren, was passiert? Wie wird es entsorgt – oder wird es nicht entsorgt, oder zersetzt es sich irgendwie oder bleibt es liegen?
Alexey Bobrovsky: Ich denke, dass Flüssigkristallmoleküle das Erste sind, was sich unter äußeren Einflüssen zersetzt.
Boris Dolgin: Es gibt hier also keine besondere Besonderheit?
Alexey Bobrovsky: Natürlich nicht. Ich denke, dass die Probleme dort beim Recycling von Kunststoffen und Polymeren viel komplizierter sind.
Oleg: Sagen Sie mir bitte, was den Temperaturbereich flüssigkristalliner Phasen bestimmt? Wie Sie wissen, arbeiten alle modernen Displays in einem sehr weiten Temperaturbereich. Wie wurde dies erreicht und durch welche Eigenschaften und Struktur der Materie werden sie bestimmt?
Alexey Bobrovsky: Tolle Frage. Tatsächlich haben gewöhnliche Verbindungen, die meisten organischen Verbindungen, die einzeln synthetisiert werden, solche Temperaturen, wie ich gezeigt habe: Cholesterylbenzoat schmilzt bei 140°, dann isotrope Zersetzung bei 170°. Es gibt einzelne Substanzen, die einen niedrigen Schmelzpunkt haben, etwa bei Raumtemperatur, und sich bei etwa 50° in eine gewöhnliche isotrope Flüssigkeit umwandeln, aber um einen so großen Temperaturbereich bis hin zu Minustemperaturen zu realisieren, mussten Mischungen hergestellt werden. Herkömmliche Mischzusammensetzungen aus verschiedenen Stoffen verringern beim Mischen deren Schmelzpunkt stark. So ein Trick. In der Regel handelt es sich dabei um homologe Reihen, in Displays wird ein Biphenylderivat verwendet, bei dem es kein den Schmelzpunkt unter 0° zu halten und gleichzeitig die Temperatur der Klärung, also des Übergangs der flüssigkristallinen in die isotrope Phase, über 60° zu belassen – das ist so ein Trick.
Vorlesungstext. Teil 2
Zunächst möchte ich sagen, was Polymere sind.
Polymere sind Verbindungen, die durch wiederholte Wiederholung, also chemische Bindung identischer Einheiten – im einfachsten Fall identischer Einheiten, wie im Fall von Polyethylen, sind dies CH 2 -Einheiten, die in einer einzigen Kette miteinander verbunden sind – entstehen. Natürlich gibt es komplexere Moleküle, sogar DNA-Moleküle, deren Struktur sich nicht wiederholt und die auf sehr komplexe Weise organisiert sind.
Die wichtigsten Arten der Polymertopologie: Die einfachsten Moleküle sind lineare Kettenmoleküle, es gibt verzweigte, kammförmige Polymere. Kammförmige Polymere haben bei der Herstellung flüssigkristalliner Polymere eine wichtige Rolle gespielt. Sternförmige, ringgebundene Polycatenane weisen verschiedene Molekülformen auf. Als die Erforschung des flüssigkristallinen Zustands in vollem Gange war und Flüssigkristalle untersucht wurden, entstand eine Idee: Ist es möglich, die einzigartigen optischen Eigenschaften von Flüssigkristallen mit den guten mechanischen Eigenschaften von Polymeren zu kombinieren – der Fähigkeit, Beschichtungen und Filme zu bilden? , und einige Produkte? Und was mir 1974 in den Sinn kam (es gab die erste Veröffentlichung): Ende der 60er und Anfang der 70er Jahre begannen sie, verschiedene Ansätze für die Herstellung flüssigkristalliner Polymere vorzuschlagen.
Ein Ansatz besteht darin, stäbchenförmige, stäbchenförmige Moleküle an ein lineares Makromolekül zu binden, aber es stellte sich heraus, dass solche Polymere keine flüssigkristalline Phase bilden – es handelt sich um gewöhnliche zerbrechliche Gläser, die sich beim Erhitzen zu zersetzen beginnen und nichts ergeben . Dann wurde parallel in zwei Laboren (darüber werde ich später noch ausführlicher sprechen) ein Ansatz vorgeschlagen, solche stäbchenförmigen Moleküle über flexible Abstandshalter – oder auf Russisch Entkopplungen – an die Hauptpolymerkette zu binden. Und dann stellt sich Folgendes heraus: Es besteht eine leichte Autonomie zwischen der Hauptpolymerkette, sie läuft weitgehend unabhängig ab, und das Verhalten stäbchenförmiger Moleküle, d. h. die Hauptpolymerkette stört die Bildung der stäbchenförmigen Moleküle nicht Fragmente der flüssigkristallinen Phase.
Dieser Ansatz erwies sich als sehr fruchtbar, und parallel dazu wurde in zwei Labors – im Labor von Nikolai Alfredowitsch Plate in der Sowjetunion und im Ringsdorfer Labor – ein solcher Ansatz unabhängig voneinander vorgeschlagen, und ich freue mich, jetzt in dem zu arbeiten Labor von Valery Petrovich Shibaev an der Fakultät für Chemie der Moskauer Staatlichen Universität, das heißt, ich arbeite in dem Labor, in dem das alles erfunden wurde. Natürlich gab es Streitigkeiten über Prioritäten, aber das ist alles unwichtig.
Haupttypen von Flüssigkristallpolymeren. Ich werde nicht über solche Hauptketten oder die Hauptgruppen der Hauptpolymerkette sprechen (dies ist eine Art solcher Polymere), sondern hauptsächlich über kammförmige flüssigkristalline Polymere, bei denen die stäbchenförmigen Fragmente miteinander verbunden sind Hauptkette durch einen flexiblen aliphatischen Entkoppler.
Ein wichtiger Vorteil des Ansatzes zur Herstellung flüssigkristalliner Polymere aus Sicht der Synthese und Kombination verschiedener Eigenschaften ist die Möglichkeit, Homopolymere zu erhalten. Das heißt, man nimmt ein Monomer, das beispielsweise aufgrund einer hier schematisch dargestellten Doppelbindung in der Lage ist, ein Kettenmolekül zu bilden, und erhält ein Homopolymer, also ein Polymer, dessen Moleküle aus identischen stäbchenförmigen Fragmenten bestehen , oder Sie können Copolymere herstellen, indem Sie zwei verschiedene Fragmente kombinieren – beide können eine Mesophase bilden, oder sie können nicht-mesogene Fragmente mit mesogenen Fragmenten kombinieren, und es stellt sich heraus, dass wir die Fähigkeit haben, unterschiedliche Komponenten chemisch dazu zu zwingen, in derselben zu sein Polymersystem. Mit anderen Worten, wenn wir versuchen würden, ein solches Monomer mit einem solchen Monomer ohne chemische Bindung zu mischen, würden sie zwei getrennte Phasen ergeben, und indem wir sie chemisch binden, zwingen wir sie, im selben System zu sein, und dann werde ich zeigen, warum das so ist ist gut.
Ein wichtiger Vorteil und Unterschied zwischen Polymerflüssigkristallen und niedermolekularen Flüssigkristallen ist die Möglichkeit, einen glasigen Zustand auszubilden. Wenn Sie sich die Temperaturskala ansehen: Bei hohen Temperaturen haben wir eine isotrope Phase. Wenn die Temperatur sinkt, bildet sich eine flüssigkristalline Phase (unter diesen Bedingungen sieht das Polymer wie eine sehr viskose Flüssigkeit aus) und beim Abkühlen ein Übergang zu a Es wird ein glasiger Zustand beobachtet. Diese Temperatur liegt normalerweise nahe oder leicht über der Raumtemperatur, dies hängt jedoch von der chemischen Struktur ab. Im Gegensatz zu niedermolekularen Verbindungen, die entweder flüssig sind oder in einen kristallinen Zustand übergehen, verändert sich somit die Struktur. Bei Polymeren stellt sich heraus, dass diese Struktur in einem glasigen Zustand eingefroren ist, der über Jahrzehnte bestehen bleiben kann, und dies ist aus Anwendungssicht wichtig, beispielsweise für die Aufzeichnung der Speicherung von Informationen, die wir ändern können Struktur und Orientierung des Moleküls, Fragmente des Moleküls und frieren sie bei Raumtemperatur ein. Dies ist ein wichtiger Unterschied und Vorteil von Polymeren aus niedermolekularen Verbindungen. Wofür sind Polymere sonst noch gut?
Dieses Video zeigt ein Flüssigkristall-Elastomer, das sich wie ein Gummiband anfühlt, das sich beim Erhitzen zusammenzieht und beim Abkühlen ausdehnt. Diese Arbeit stammt aus dem Internet. Dies ist nicht meine Arbeit, hier ist ein beschleunigtes Bild, das heißt, in Wirklichkeit wird dieser Übergang leider innerhalb von zehn Minuten beobachtet. Warum passiert das? Was ist ein Flüssigkristallelastomer, das eine relativ niedrige Glasübergangstemperatur hat, das heißt, es befindet sich bei Raumtemperatur in einem elastischen Zustand, aber die Makromoleküle sind vernetzt, und wenn wir einen Film in der flüssigkristallinen Phase synthetisieren, dann Die Polymerkette wiederholt geringfügig die Ausrichtung der mesogenen Gruppen, und wenn wir sie erhitzen, gehen die mesogenen Gruppen in einen ungeordneten Zustand über und überführen dementsprechend die Hauptpolymerketten in einen ungeordneten Zustand, und die Anisometrie der makromolekularen Knäuel ändert sich. Dies führt dazu, dass beim Erhitzen beim Übergang von der Mesophase zur isotropen Phase eine Änderung der geometrischen Abmessungen der Probe aufgrund einer Formänderung der Polymerknäuel beobachtet wird. Bei niedermolekularen Flüssigkristallen ist dies nicht zu beobachten. Zwei Gruppen in Deutschland – Finkelman, Zentel – und andere Gruppen haben intensiv an diesen Dingen gearbeitet. Dasselbe lässt sich unter Lichteinfluss beobachten.
Es gibt viele Arbeiten zu photochromen Polymeren, die ein Azobenzolfragment enthalten – zwei Benzolringe, die durch eine NN-Doppelbindung miteinander verbunden sind. Was passiert, wenn solche Molekülfragmente Licht ausgesetzt werden? Es wird die sogenannte trans-cis-Isomerisierung beobachtet, und das stabförmige Fragment verwandelt sich bei Bestrahlung mit Licht in eine abgeschrägte, gebogene cis-Form, ein gebogenes Fragment. Dies führt auch dazu, dass die Ordnung im System stark abnimmt, und wie wir zuvor beim Erhitzen gesehen haben, kommt es auch bei der Bestrahlung zu einer Verringerung der geometrischen Abmessungen, einer Veränderung der Form des Films, in diesem Fall haben wir beobachtet eine Reduzierung.
Bei der Bestrahlung können verschiedene Arten von Biegeverformungen realisiert werden, d. h. bei Bestrahlung mit UV-Licht können solche Biegungen der Folie realisiert werden. Bei Einwirkung von sichtbarem Licht wird eine umgekehrte cis-trans-Isomerisierung beobachtet und dieser Film dehnt sich aus. Es sind alle möglichen Optionen möglich – es kann von der Polarisation des einfallenden Lichts abhängen. Ich spreche darüber, weil dies mittlerweile ein ziemlich beliebtes Forschungsgebiet für flüssigkristalline Polymere ist. Es gelingt ihnen sogar, einige Geräte darauf basierend herzustellen, aber bisher sind die Übergangszeiten leider recht lang, d Solche künstlich geschaffenen Muskeln, die wirken, funktionieren bei Temperaturänderungen oder wenn sie Licht unterschiedlicher Wellenlänge ausgesetzt werden. Nun möchte ich Ihnen direkt ein wenig über meine Arbeit erzählen.
Was ist die Aufgabe meiner Arbeit, unseres Labors? Ich habe bereits über die Vorteile der Copolymerisation gesprochen, die Möglichkeit, völlig unterschiedliche Fragmente in einem Polymermaterial zu kombinieren, und die Hauptaufgabe, der Hauptansatz zur Herstellung solch unterschiedlicher multifunktionaler flüssigkristalliner Polymere ist die Copolymerisation einer Vielzahl funktioneller Monomere, die können mesogen sein, d Dipolmoment und kann unter dem Einfluss eines Feldes neu ausgerichtet werden, verschiedene Arten von funktionellen Gruppen, die beispielsweise mit Metallionen interagieren können, und Veränderungen im Material sind möglich. Und das ist so ein hypothetisches kammförmiges Makromolekül, das hier gezeichnet ist, aber in Wirklichkeit erhalten wir doppelte oder ternäre Copolymere, die unterschiedliche Kombinationen von Fragmenten enthalten, und dementsprechend können wir beispielsweise die optischen und anderen Eigenschaften dieser Materialien durch unterschiedliche Einflüsse verändern , Licht und ein elektrisches Feld. Ein Beispiel für eine Kombination aus Chiralität und Photochromie.
Ich habe bereits über die cholesterische Mesophase gesprochen – Tatsache ist, dass eine helikale Molekülstruktur mit einer bestimmten Helixsteigung gebildet wird und solche Systeme aufgrund dieser Periodizität eine selektive Lichtreflexion aufweisen. Dies ist ein schematisches Diagramm eines Filmabschnitts: eine bestimmte Helix-Steigung, und Tatsache ist, dass die selektive Reflexion linear mit der Helix-Steigung zusammenhängt – proportional zur Helix-Steigung, d. h. durch Änderung der Helix-Steigung auf die eine oder andere Weise, Wir können die Farbe des Films und die Wellenlänge der selektiven Reflexion ändern. Was verursacht eine solche Struktur mit einem gewissen Grad an Verdrehung? Damit sich eine solche Struktur bilden kann, müssen chirale Fragmente in die nematische Phase eingebracht werden.
Unter molekularer Chiralität versteht man die Eigenschaft von Molekülen, mit ihrem Spiegelbild nicht kompatibel zu sein. Das einfachste chirale Fragment, das wir vor uns haben, sind unsere beiden Handflächen. Sie sind in etwa Spiegelbilder voneinander und in keiner Weise vergleichbar. Molekulare Chiralität verleiht einem nematischen System die Fähigkeit, sich zu verdrehen und eine Helix zu bilden. Es muss gesagt werden, dass es noch keine klare und gut erklärende Theorie der Spiralverdrehung gibt, aber dennoch wird sie beobachtet.
Es gibt einen wichtigen Parameter, auf den ich nicht näher eingehen werde – das ist die Verdrehungskraft, und es stellte sich heraus, dass die Verdrehungskraft – die Fähigkeit chiraler Fragmente, eine helikale Struktur zu bilden – stark von der Geometrie der chiralen Fragmente abhängt.
Wir haben chiral-photochrome Copolymere erhalten, die ein mesogenes Fragment (dargestellt als blauer Stab) enthalten – es ist für die Bildung einer nematischen flüssigkristallinen Phase verantwortlich. Es wurden Copolymere mit chiral-photochromen Fragmenten erhalten, die einerseits ein chirales Molekül (Gruppe) und andererseits ein Fragment enthalten, das zur Photoisomerisierung, also zur Geometrieänderung unter Lichteinfluss, fähig ist. und durch die Bestrahlung solcher Moleküle induzieren wir die trans-cis-Isomerisierung, wir verändern die Struktur des chiralen photochromen Fragments und – als Folge davon – seine Fähigkeit, die Effizienz der Induktion der cholesterischen Helix zu induzieren, das heißt, auf diese Weise können wir Wenn wir beispielsweise die cholesterische Helix unter Lichteinfluss abwickeln, können wir dies reversibel oder irreversibel tun. Wie sieht ein Experiment aus, was können wir umsetzen?
Wir haben einen Ausschnitt aus einem cholesterischen Film aus einem cholesterischen Polymer. Wir können es mit einer Maske bestrahlen und lokal eine Isomerisierung induzieren; während der Isomerisierung ändert sich die Struktur der chiralen Fragmente, ihre Verdrillungsfähigkeit nimmt ab und es wird lokal ein Abwickeln der Helix beobachtet, und da ein Abwickeln der Helix beobachtet wird, Wir können die Wellenlänge der selektiven Farbreflexion, also der Farbfilme, verändern.
Bei den in unserem Labor gewonnenen Proben handelt es sich um Polymerproben, die durch eine Maske bestrahlt wurden. Auf solchen Filmen können wir verschiedene Arten von Bildern aufzeichnen. Dies mag von angewandtem Interesse sein, ich möchte jedoch darauf hinweisen, dass der Schwerpunkt unserer Arbeit auf der Untersuchung des Einflusses der Struktur solcher Systeme auf das molekulare Design, auf die Synthese solcher Polymere und auf die Eigenschaften solcher Systeme liegt . Darüber hinaus haben wir gelernt, nicht nur Licht, die Wellenlänge der selektiven Reflexion, zu kontrollieren, sondern auch Elektrizität zu kontrollieren. Wir können zum Beispiel ein Farbbild aufzeichnen und es dann durch Anlegen eines elektrischen Feldes irgendwie verändern. Aufgrund der Vielseitigkeit solcher Materialien. Solche Übergänge – Abwickeln und Verdrehen der Helix – können reversibel sein.
Es hängt von der spezifischen chemischen Struktur ab. Beispielsweise können wir bewirken, dass die Wellenlänge der selektiven Reflexion (eigentlich der Färbung) von der Anzahl der Aufzeichnungs-/Löschzyklen abhängt, d. h. bei Bestrahlung mit ultraviolettem Licht wickeln wir die Spirale ab und der Film wechselt von grün nach rot , und dann können wir es auf eine Temperatur von 60° erhitzen und eine umgekehrte Drehung induzieren. Auf diese Weise können Sie viele Schleifen implementieren. Abschließend möchte ich noch ein wenig auf den ästhetischen Aspekt von Flüssigkristallen und Flüssigkristallpolymeren zurückkommen.
Ich habe die blaue Phase gezeigt und ein wenig darüber gesprochen – eine komplexe, sehr interessante Struktur, sie wird noch untersucht, Nanopartikel werden dort eingeführt und sie sehen, was sich dort ändert, und in Flüssigkristallen mit niedrigem Molekulargewicht existiert diese Phase in einigen Bruchteilen von Graden (2°-3°, aber nicht mehr), sie sind sehr instabil. Es reicht aus, die Probe ein wenig zu drücken - und diese schöne Textur, ein Beispiel dafür ist hier gezeigt, wird zerstört, und bei Polymeren gelang es mir in den Jahren 1994-1995 durch langes Erhitzen und Brennen von Filmen bei bestimmten Temperaturen Um solch schöne Texturen cholesterischer blauer Phasen zu sehen, und ich habe es geschafft, ohne irgendwelche Tricks (ohne flüssigen Stickstoff zu verwenden), einfach diese Filme abzukühlen und diese Texturen zu beobachten. Erst kürzlich habe ich diese Beispiele gefunden. 15 Jahre sind vergangen – und diese Texturen sind absolut unverändert geblieben, das heißt, die raffinierte Struktur der blauen Phasen, wie bei einigen alten Insekten im Bernstein, ist seit mehr als 10 Jahren unverändert geblieben.
Dies ist aus wissenschaftlicher Sicht natürlich praktisch. Wir können dies in ein Rasterkraftmikroskop einbauen und Ausschnitte solcher Filme untersuchen – das ist praktisch und schön. Das ist alles für mich. Ich möchte auf die Literatur verweisen.
Das erste Buch von Sonin Anatoly Stepanovich, ich habe es vor mehr als 20 Jahren, 1980, im Verlag „Centaur and Nature“ gelesen, dann begann ich schon als Schulkind, mich für Flüssigkristalle zu interessieren, und so kam es, dass Anatoly Stepanovich Sonin war Gutachter meiner Dissertation. Eine modernere Veröffentlichung ist der Artikel meines wissenschaftlichen Betreuers Valery Petrovich Shibaev „Flüssigkristalle in der Chemie des Lebens“. Es gibt eine große Menge an Literatur auf Englisch; Wenn Sie Interesse und Lust haben, können Sie vieles selbst finden. Zum Beispiel Dierkings Buch „Textures of Liquid Crystals“. Ich habe kürzlich ein Buch gefunden, das sich mit der Verwendung von Flüssigkristallen in der Biomedizin befasst. Wenn sich jemand für diesen speziellen Aspekt interessiert, kann ich es nur empfehlen. Für die Kommunikation gibt es eine E-Mail-Adresse, ich beantworte jederzeit gerne Ihre Fragen und sende Ihnen bei entsprechendem Interesse vielleicht einige Artikel zu. Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit.
Diskussion der Vorlesung. Teil 2
Alexey Bobrovsky: Es war notwendig, eine spezifische Chemie zu zeigen. Das ist mein Versäumnis. Nein, es handelt sich um eine mehrstufige organische Synthese. Einige einfache Substanzen werden entnommen, in Kolben ähnelt es einer chemischen Küche, Moleküle werden bei solchen Reaktionen zu komplexeren Substanzen kombiniert, sie werden in fast jeder Phase isoliert, sie werden irgendwie analysiert, die Übereinstimmung der Struktur, die wir erhalten wollen, wird hergestellt mit den Spektraldaten, die uns Instrumente liefern, damit wir sicher sein können, dass es sich um die Substanz handelt, die wir brauchen. Dies ist eine ziemlich komplexe sequentielle Synthese. Natürlich erfordert die Herstellung flüssigkristalliner Polymere eine noch arbeitsintensivere Synthese. Es sieht so aus, als ob aus verschiedenen weißen Pulvern orangefarbene Pulver entstehen. Ein Flüssigkristallpolymer sieht aus wie ein Gummiband oder ist eine feste gesinterte Substanz, aber wenn man es erhitzt und einen dünnen Film bildet (dies ist beim Erhitzen möglich), dann liefert diese seltsame Substanz im Mikroskop wunderschöne Bilder.
Boris Dolgin: Ich habe eine Frage, vielleicht aus einem anderen Bereich, vielleicht zuerst Lev, dann ich, um nicht vom sachlichen Teil abzulenken.
Lew Moskowkin: Der heutige Vortrag hat mich wirklich fasziniert, für mich ist das die Entdeckung von etwas Neuem. Die Fragen sind einfach: Wie stark ist die Muskelkraft? Woran funktioniert es? Und aus Unwissenheit: Was ist Textur, wie unterscheidet sie sich von Struktur? Nach Ihrem Vortrag scheint es mir, dass alles, was im Leben dank Flüssigkristallen strukturiert ist, auch weitgehend durch Licht und einen schwachen Impuls reguliert wird. Vielen Dank.
Alexey Bobrovsky: Natürlich kann man nicht sagen, dass alles durch Flüssigkristalle geregelt wird; das ist natürlich nicht der Fall. Es gibt verschiedene Formen der Selbstorganisation von Materie, und der flüssigkristalline Zustand ist nur eine dieser Formen der Selbstorganisation. Wie stark sind Polymermuskeln? Ich kenne die quantitativen Eigenschaften im Vergleich zu bestehenden Geräten auf Eisenbasis nicht, grob gesagt sind sie natürlich nicht so stark, aber ich möchte sagen, dass moderne Körperpanzer zum Beispiel das Kivlar-Material enthalten – eine Faser, die hat ein Hauptkettentyp mit flüssigkristalliner Struktur, ein Polymer mit mesogenen Gruppen in der Hauptkette. Bei der Gewinnung dieser Faser werden Makromoleküle entlang der Ziehrichtung gedehnt und es entsteht eine sehr hohe Festigkeit. Dies ermöglicht die Herstellung starker Fasern für Körperpanzer, Aktuatoren oder Muskeln im Entwicklungsstadium, aber die Kräfte können erreicht werden dort sehr schwach. Der Unterschied zwischen Textur und Struktur. Textur ist ein Konzept, das von Menschen verwendet wird, die sich mit Teppichen, dem Design von Dingen, einigen visuellen Dingen und künstlerischem Design beschäftigen, das heißt, es handelt sich in erster Linie um das Aussehen. Glücklicherweise hilft die Textur von Flüssigkristallen, also ein charakteristisches Bild, sehr dabei, die Struktur eines Flüssigkristalls zu bestimmen, aber das sind tatsächlich unterschiedliche Konzepte.
Oleg Gromov, : Sie sagten, dass es polymere Flüssigkristallstrukturen gibt, die einen photochromen Effekt sowie elektrische und magnetische Empfindlichkeit haben. Die Frage ist diese. In der Mineralogie ist auch bekannt, dass Chukhrov in den 50er Jahren flüssigkristalline Formationen anorganischer Zusammensetzung beschrieb, und es ist bekannt, dass anorganische Polymere existieren; daher stellt sich die Frage: Gibt es anorganische flüssigkristalline Polymere, und wenn ja, ist dies für sie möglich? um diese Funktionen auszuführen? Und wie werden sie in diesem Fall implementiert?
Alexey Bobrovsky: Die Antwort ist eher nein als ja. Die organische Chemie, die Eigenschaft von Kohlenstoff, eine Vielzahl verschiedener Verbindungen zu bilden, hat es ermöglicht, ein kolossales Design verschiedener Arten von niedermolekularen Flüssigkristallen und Polymerverbindungen durchzuführen, und deshalb können wir im Allgemeinen über einige davon sprechen Art von Vielfalt. Dabei handelt es sich um Hunderttausende niedermolekularer Polymersubstanzen, die eine flüssigkristalline Phase bilden können. Bei den anorganischen Polymeren kenne ich mich nicht aus, das Einzige, was mir in den Sinn kommt, sind einige Suspensionen von Vanadiumoxid, die ebenfalls Polymere zu sein scheinen und deren Strukturen normalerweise nicht genau geklärt sind, und das ist der Fall Forschungsphase. Es hat sich herausgestellt, dass dies ein wenig außerhalb des Mainstreams der Wissenschaft liegt, wo jeder an der Gestaltung organischer konventioneller Flüssigkristalle arbeitet, und es tatsächlich zur Bildung lyotroper Flüssigkristallphasen kommen kann, wenn die Phase nicht durch eine Änderung induziert wird Temperatur, sondern in erster Linie durch die Anwesenheit eines Lösungsmittels, d. h. es handelt sich meist um notwendigerweise längliche Nanokristalle, die aufgrund des Lösungsmittels eine Orientierungsordnung bilden können. Dafür sorgt speziell hergestelltes Vanadiumoxid. Andere Beispiele kenne ich vielleicht nicht. Ich weiß, dass es mehrere solcher Beispiele gibt, aber zu sagen, dass es sich um ein Polymer handelt, ist nicht ganz richtig.
Oleg Gromov, Institut für Biochemie und Analytische Chemie der Russischen Akademie der Wissenschaften: Wie sollen wir dann die von Chukhrov und anderen in den 50er Jahren entdeckten flüssigkristallinen Formationen betrachten?
Alexey Bobrovsky: Ich bin mir nicht bewusst, leider liegt dieser Bereich weit von mir entfernt. Soweit ich weiß, scheint es mir sicherlich unmöglich zu sein, speziell über den flüssigkristallinen Zustand zu sprechen, da das Wort „flüssig“ ehrlich gesagt nicht auf Polymere anwendbar ist, die sich im glasigen Zustand befinden. Es ist falsch zu sagen, dass es sich um eine flüssigkristalline Phase handelt; es ist richtig, von einer „gefrorenen flüssigkristallinen Phase“ zu sprechen. Wahrscheinlich ist Ähnlichkeit, degenerierte Ordnung, wenn es keine dreidimensionale Ordnung, sondern eine zweidimensionale Ordnung gibt, wahrscheinlich ein allgemeines Phänomen, und wenn man hinschaut, kann man viele Orte finden. Wenn Sie Links zu solchen Werken an meine E-Mail senden, wäre ich Ihnen sehr dankbar.
Boris Dolgin: Es ist sehr gut, wenn es uns gelingt, eine weitere Plattform zu werden, auf der Wissenschaftler verschiedener Fachrichtungen in Kontakt bleiben können.
Alexey Bobrovsky: Es ist großartig
Stimme aus dem Publikum: Noch eine amateurhafte Frage. Sie sagten, dass photochrome Flüssigkristallpolymere eine relativ geringe Reaktionsgeschwindigkeit auf Veränderungen in der Umgebung haben. Wie hoch ist ihre ungefähre Geschwindigkeit?
Alexey Bobrovsky: Wir sprechen von einer Reaktion innerhalb von Minuten. Bei starker Lichteinwirkung von sehr dünnen Filmen kommt es zwar zu einer zweiten Reaktion, aber bisher ist das alles langsam. Es gibt so ein Problem. Es gibt Effekte, die mit etwas anderem zusammenhängen (darüber habe ich nicht gesprochen): Wir haben einen Polymerfilm und darin befinden sich photochrome Fragmente, und wir können polarisiertem Licht ausreichender Intensität ausgesetzt werden, und dieses Licht kann verursachen Rotationsdiffusion, also die Drehung dieser Moleküle senkrecht zur Polarisationsebene – so einen Effekt gibt es, er wurde ursprünglich vor langer Zeit entdeckt, jetzt wird er auch untersucht, und das mache ich auch. Bei ausreichend hoher Lichtintensität lassen sich Effekte innerhalb von Millisekunden beobachten, allerdings ist dies in der Regel nicht mit einer Änderung der Geometrie der Folie verbunden, sondern intern verändern sich zunächst einmal die optischen Eigenschaften.
Alexey Bobrovsky: Es gab einen Versuch, Material zum Aufzeichnen von Informationen herzustellen, und es gab solche Entwicklungen, aber meines Wissens können solche Materialien nicht mit bestehenden magnetischen Aufzeichnungsmaterialien und anderen anorganischen Materialien konkurrieren, so dass das Interesse an dieser Richtung irgendwie erloschen ist, aber das hier bedeutet nicht, dass es nicht wieder weitergehen wird.
Boris Dolgin: Die Entstehung beispielsweise neuer Anforderungen aufgrund von etwas.
Alexey Bobrovsky: Der utilitaristische Aspekt der Sache interessiert mich nicht so sehr.
Boris Dolgin: Meine Frage bezieht sich teilweise darauf, aber nicht darauf, wie es verwendet werden kann, es ist ein bisschen organisatorisch nützlich. In dem Bereich, in dem Sie in Ihrer Abteilung arbeiten usw., haben Sie, wie gesagt, gemeinsame Projekte, Aufträge von einigen Unternehmensstrukturen und so weiter. Wie ist die Interaktion in diesem Bereich generell aufgebaut: der eigentliche Forscher, relativ gesehen, ein Erfinder/Ingenieur oder Erfinder, und dann ein Ingenieur, vielleicht verschiedene Fächer, dann, relativ gesehen, eine Art Unternehmer, der versteht, was er damit anfangen soll, vielleicht, aber das ist unwahrscheinlich, ein Investor, der bereit ist, einem Unternehmer Geld zu geben, damit er dieses, wie man heute sagt, innovative Projekt umsetzen kann? Wie ist diese Kette in Ihrem Umfeld so aufgebaut, dass Sie irgendwie damit in Berührung gekommen sind?
Alexey Bobrovsky: Es gibt noch keine solche Kette, und ob es eine geben wird, ist unbekannt. Die ideale Förderform entspricht im Prinzip der konventionellen Grundlagenwissenschaft. Wenn wir die Russische Stiftung für Grundlagenforschung und all das als Grundlage nehmen, was schon oft diskutiert wurde, weil ich persönlich so etwas Angewandtes, einen Auftrag nicht machen möchte.
Boris Dolgin: Deshalb spreche ich über verschiedene Themen und sage auf keinen Fall, dass ein Wissenschaftler Ingenieur, Unternehmer usw. sein muss. Ich spreche über verschiedene Themen, darüber, wie Interaktion aufgebaut werden kann, wie Interaktion möglicherweise bereits funktioniert.
Alexey Bobrovsky: Wir haben verschiedene Angebote von außerhalb, aber es handelt sich hauptsächlich um Unternehmen aus Taiwan, Korea und Asien für verschiedene Arten von Arbeiten im Zusammenhang mit der Verwendung von Flüssigkristallpolymeren für verschiedene Displayanwendungen. Wir hatten ein gemeinsames Projekt mit Philips, Merck und anderen, aber das ist im Rahmen eines gemeinsamen Projekts – wir machen einen Teil einer Forschungsarbeit, und ein solcher intellektueller Output oder Output in Form von Polymerproben hat entweder eine Fortsetzung oder nicht, sondern endet meistens mit einem Meinungsaustausch, einer Art wissenschaftlicher Entwicklung, die jedoch noch keine Anwendung gefunden hat. Im Ernst – das kann man nicht sagen.
Boris Dolgin: Sie erhalten den Auftrag für eine Art Forschung, die Entwicklung einer Option, einer Idee.
Alexey Bobrovsky: Im Allgemeinen passiert das ja, aber ich mag diese Form der Arbeit nicht (mein persönliches Gefühl). Was auch immer mir in den Sinn kommt, ich tue es nach besten Kräften und nicht, weil jemand gesagt hat: „Machen Sie diesen oder jenen Film mit solchen Eigenschaften.“ Es interessiert mich nicht.
Boris Dolgin: Stellen Sie sich eine Person vor, die sich dafür interessiert. Wie könnte er, der daran interessiert ist, Ihre allgemeinen wissenschaftlichen Ideen zu verfeinern, die Sie aus Ihrem altruistischen, streng wissenschaftlichen Interesse erhalten haben, wie könnte er auf eine Weise mit Ihnen interagieren, die für Sie beide wirklich interessant wäre? Was ist dieses Organigramm?
Alexey Bobrovsky: Es fällt mir schwer zu antworten.
Boris Dolgin: Allgemeine Seminare? Was könnte das sein? Es gibt keine derartigen Versuche - einige Ingenieure?
Alexey Bobrovsky: Im Rahmen eines gemeinsamen Projekts ist alles realisierbar. Eine Art Interaktion ist durchaus möglich, aber die Frage, wo liegt das Problem, habe ich wahrscheinlich nicht ganz verstanden.
Boris Dolgin: Bisher besteht das Problem in der mangelnden Interaktion zwischen verschiedenen Strukturtypen. Es setzt Sie als Wissenschaftler unter Druck oder es setzt Sie unter Druck, Dinge zu tun, die Sie vielleicht nicht tun möchten. Das ist das Problem.
Alexey Bobrovsky: Das ist ein Problem der enormen Unterfinanzierung
Boris Dolgin: Stellen Sie sich vor, dass es zusätzliche Mittel geben wird, aber dadurch wird der Bedarf an technischer Entwicklung nicht beseitigt. Wie können Sie von sich selbst auf eine Weise zur Technologie übergehen, die Sie zufriedenstellt?
Alexey Bobrovsky: Tatsache ist, dass die moderne Wissenschaft ziemlich offen ist und was ich mache, das veröffentliche ich – und je früher, desto besser.
Boris Dolgin: Sie sind also bereit, die Ergebnisse zu teilen, in der Hoffnung, dass diejenigen, die Geschmack haben, davon profitieren können?
Alexey Bobrovsky: Wenn jemand meinen Artikel liest und eine Idee hat, bin ich nur dankbar. Wenn aus dieser Veröffentlichung konkrete Entwicklungen hervorgehen, wird es Patente und Geld geben, um Himmels willen. In dieser Form würde ich mich freuen, aber in Wirklichkeit stellt sich leider heraus, dass alles parallel existiert, einen solchen Ausweg gibt es nicht. Die Geschichte der Wissenschaft zeigt, dass es nach einer grundlegenden Entdeckung – ob groß oder klein – oft zu Verzögerungen bei der konkreten Anwendung kommt.
Boris Dolgin: Oder nachdem eine Anfrage auftaucht.
Alexey Bobrovsky: Oder so.
Lew Moskowkin: Ich habe eine etwas provokante Frage. Das Thema, das Boris angesprochen hat, ist sehr wichtig. Gibt es hier einen Einfluss einer bestimmten Mode (das war in einer der Soziologievorlesungen zu hören)? Sie sagten, dass die Arbeit mit Flüssigkristallen derzeit nicht in Mode sei. Dies bedeutet nicht, dass sie nicht benötigt werden, da sie sich nicht damit beschäftigen. Vielleicht kehrt dieses Interesse zurück, und vor allem ...
Boris Dolgin: Das heißt, Lev bringt uns zurück zur Frage nach den Mechanismen der Mode in der Wissenschaft wie in einer bestimmten wissenschaftlichen Gemeinschaft.
Lew Moskowkin: Tatsächlich hat Tschaikowsky auch darüber gesprochen; die Mode dort ist in allen Wissenschaften extrem stark. Zweite Frage: Ich weiß gut, wie Autoritäten in der Wissenschaft ausgewählt wurden, die zu verallgemeinern wussten. Sie können Ihre Materialien so oft veröffentlichen, wie Sie möchten, ich persönlich bin nie darauf gestoßen, für mich ist das eine ganze Ebene, die ich einfach nicht kannte. Fassen Sie so zusammen, dass Sie verstehen, wie wichtig dies für das Verständnis desselben Lebens ist und für das Verständnis dessen, was wir sonst noch tun können. Danke.
Boris Dolgin: Ich habe die zweite Frage nicht verstanden, aber beschäftigen wir uns zunächst mit der ersten – über Mode in der Wissenschaft. Was ist der Mechanismus, warum dies jetzt nicht mehr in Mode ist? Besteht darin eine Gefahr?
Alexey Bobrovsky: Ich sehe keine Gefahr. Es ist klar, dass Fragen im Zusammenhang mit der Finanzierung wichtig sind, aber dennoch scheint es mir, dass die Wissenschaft heute in vielerlei Hinsicht auf bestimmten Menschen beruht, die bestimmte persönliche Interessen haben, Interesse an diesem oder jenem Thema. Es ist klar, dass die Bedingungen gewisse Einschränkungen vorschreiben, aber die Aktivität bestimmter Menschen führt dazu, dass sich ein bestimmter Bereich entwickelt, wie sich alles entwickelt. Obwohl viel darüber gesprochen wird, dass die Wissenschaft kollektiv geworden sei. Zwar gibt es mittlerweile große Projekte, teilweise recht erfolgreich, dennoch ist die Rolle des Einzelnen in der Wissenschaftsgeschichte auch heute noch enorm. Persönliche Vorlieben und Interessen spielen eine große Rolle. Es ist klar, dass eine solche Entwicklung in der Elektronik, wie im Fall der Flüssigkristalle, einen großen Impuls für die Entwicklung der Flüssigkristallforschung darstellte, als man erkannte, dass man Flüssigkristalle verwenden und damit natürlich viel Geld verdienen konnte Geld floss in die Forschung. Es ist klar, dass eine solche Verbindung...
Boris Dolgin: Rückmeldungen aus Wirtschaft und Wissenschaft.
Alexey Bobrovsky: ...das ist eines der Merkmale der modernen Wissenschaft, wenn ein Auftrag von Menschen kommt, die Geld verdienen und ein Produkt herstellen – und dann die Forschung finanziert wird und dementsprechend eine Schwerpunktverlagerung vom Interessanten zum Interessanten stattfindet was rentabel ist. Das hat seine Vor- und Nachteile, aber so ist es. Tatsächlich ist das Interesse an Flüssigkristallen mittlerweile allmählich versiegt, denn alles, was gewonnen werden könnte, wird bereits produziert und alles muss noch verbessert werden. Ich weiß es nicht, ich habe nie ernsthaft darüber nachgedacht, dennoch gibt es verschiedene Arten von Anzeigeanwendungen, in der Optoelektronik, Anwendungen von Flüssigkristallen (daran wird gearbeitet), als Sensoren, bis hin zu dem Punkt, an dem daran gearbeitet wird über die Möglichkeit, Flüssigkristalle als biologische Sensormoleküle zu nutzen. Generell denke ich also, dass das Interesse einfach nicht versiegen wird, außerdem ist eine große Forschungswelle damit verbunden, dass begonnen wurde, Geld für Nano auszugeben. Im Prinzip gibt es trotz der Tatsache, dass das Einbringen von Nanopartikeln in Flüssigkristalle eine so beliebte Mode ist, eine große Anzahl von Arbeiten, aber darunter gibt es gute interessante Arbeiten zu diesem Thema, also zu der Frage, was mit Nanoobjekten passiert, wenn sie Geben Sie ein flüssigkristallines Medium ein, welche Effekte auftreten. Ich denke, dass eine Entwicklung im Hinblick auf die Herstellung aller möglichen komplexen Geräte möglich ist, was mit der Entstehung von Metamaterialien mit sehr interessanten optischen Eigenschaften verbunden ist – das sind ungewöhnliche Strukturen, die auf verschiedene Weise in Kombination mit Flüssigkristallen hergestellt werden, der Entstehung neuer optischer Effekte und neuer Anwendungen ist möglich. Ich rezensiere derzeit Artikel in der Zeitschrift Liquid Crystals und ihr Niveau sinkt und die Zahl der guten Artikel nimmt ab, aber das bedeutet nicht, dass alles schlecht ist und die Wissenschaft der Flüssigkristalle nicht sterben wird, denn sie ist eine sehr interessantes Objekt. Der Rückgang des Interesses scheint mir keine Katastrophe zu sein.
Boris Dolgin: Hier kommen wir langsam zur zweiten Frage, die Leo uns gestellt hat. Wenn auf der Grundlage der bestehenden eine grundlegend neue Theorie geboren wird, die etwas Plus für Flüssigkristalle verspricht, wird das Interesse offenbar sofort zunehmen.
Alexey Bobrovsky: Es ist möglich, dass dies passieren wird.
Boris Dolgin: Soweit ich die Frage verstehe, geht es hier um Folgendes: Es gibt intrawissenschaftliche Texte, die nach und nach etwas im Verständnis verändern, es gibt innovative Texte, die sich radikal verändern, gleichzeitig aber eine Art Schnittstelle zwischen Fachkräften und Gesellschaft darstellen, vielleicht aus denselben Wissenschaftlern, aber aus anderen Bereichen, gibt es einige verallgemeinernde Arbeiten, die uns erklären, als ob sie diese Teile zu einer Art Gesamtbild zusammenfügen würden. So wie ich es verstehe, hat Lev mit uns darüber gesprochen und gefragt, wie es ausgewählt wird und wer diese verallgemeinernden Werke schreibt.
Alexey Bobrovsky: Es gibt so ein Konzept – den wissenschaftlichen Journalismus, der in unserem Land noch nicht sehr entwickelt ist, aber es gibt ihn auf der ganzen Welt, und ich kann mir vorstellen, wie gut er dort entwickelt ist, und dennoch gibt es ihn auch hier. Darauf deutet auch der aktuelle öffentliche Vortrag hin
Boris Dolgin: Es kann nicht gesagt werden, dass jemand den Arbeitsumfang absichtlich verschließt.
Alexey Bobrovsky: Nein, niemand verheimlicht etwas, im Gegenteil, alle normalen Wissenschaftler versuchen ihr Bestes, der Welt zu zeigen, was sie getan haben: so schnell wie möglich und so zugänglich wie möglich nach besten Kräften. Es ist klar, dass jemand eine gute und jemand eine schlechte Geschichte erzählen kann, aber dafür sind Wissenschaftsjournalisten da, die als Informationsübermittler von Wissenschaftlern an die Gesellschaft dienen können.
Boris Dolgin: Schon zu Sowjetzeiten gab es populärwissenschaftliche Literatur, und es gab auch ein besonderes Genre – Science-Fiction, teilweise die Sammlungen „Wege ins Unbekannte“ in den frühen 60er Jahren, Bücher der „Eureka“-Reihe, eines der ersten Post- Kriegspioniere war Daniil Danin, der hauptsächlich über Physik schrieb. Eine andere Frage ist, dass es immer noch Wissenschaftler gibt, die verallgemeinernde Werke schreiben und etwas für jemanden populär machen, aber es ist unwahrscheinlich, dass jemand entscheidet, wer schreibt und wen er liest oder nicht. Der oben erwähnte Tschaikowsky schreibt etwas, jemand mag es.
Alexey Bobrovsky: Das Problem scheint mir folgendes zu sein. Tatsache ist, dass es in unserem Land mittlerweile katastrophal wenige normale Wissenschaftler gibt und der Stand der Wissenschaft selbst schlechter ist als je zuvor. Wenn wir über Flüssigkristalle und Flüssigkristallpolymere sprechen, dann handelt es sich um isolierte Labore, die bereits im Sterben liegen. Es ist klar, dass es in den 90er Jahren eine Art Zusammenbruch und Albtraum gab, aber im Allgemeinen können wir sagen, dass es in Russland keine Wissenschaft über Flüssigkristalle gibt. Ich meine – die wissenschaftliche Gemeinschaft, es stellt sich heraus, dass ich häufiger mit Leuten kommuniziere, die im Ausland arbeiten, Artikel lese und so, aber es kommen praktisch keine Artikel von uns. Das Problem besteht darin, dass wir keine Wissenschaft haben und dass es in dieser Wissenschaft keine verallgemeinernden Werke gibt. Man kann verallgemeinern, was im Westen passiert – das ist auch wunderbar, aber es gibt keine Grundlage, keinen wichtigen Zusammenhang, es gibt keine Wissenschaftler.
Lew Moskowkin: Ich werde es klarstellen, obwohl im Prinzip alles richtig ist. Tatsache ist, dass wir uns immer um das Thema der letzten Vorlesung drehen. Der wissenschaftliche Wettbewerb zwischen Wissenschaftlern ist so groß, dass ich mich absolut geschmeichelt fühle, ihn mit eigenen Augen gesehen zu haben, und ich stimme zu, dass jeder Wissenschaftler danach strebt, der Welt seine Errungenschaften zu zeigen. Dies steht nur jemandem zur Verfügung, der eine anerkannte Autorität ist, wie Timofeev-Resovsky. Dies geschah zu Sowjetzeiten – man weiß, wie – und hier gibt es einen Effekt, ein Beispiel, das viel erklären könnte – den Effekt des grünen Notizbuchs, das wer weiß wo veröffentlicht wurde, und niemand kann sich an diese gewöhnliche Konferenz erinnern wurde genannt, weil keine jetzt von der Higher Attestation Commission akkreditierte Zeitschrift, eine akademische Zeitschrift, solche Neuheiten grundsätzlich nicht akzeptieren würde, sondern sie eine neue Wissenschaft hervorbrachte, sie wurde zur Wissenschaft der Genetik, zum Verständnis des Lebens, und das ist im Allgemeinen jetzt bereits bekannt. Dies geschah zu Sowjetzeiten mit Unterstützung von oben – Timofeev-Resovsky wurde auf dem Plenum des ZK der KPdSU von der Konkurrenz seiner Kollegen unterstützt, sonst wäre er aufgefressen worden.
Boris Dolgin: Eine Situation, in der der Staat einen bedeutenden Teil der Wissenschaft erledigt hat: Ohne die Unterstützung anderer Stützpunkte des Staates war ein Entkommen unmöglich.
Lew Moskowkin: Es gibt eine Lawine von Daten in der Genetik, die niemand verallgemeinern kann, weil niemand jemandem vertraut und niemand die Autorität anderer anerkennt.
Boris Dolgin: Warum?! Wir ließen Genetiker sprechen, denen andere Genetiker zuhörten und die mit Vergnügen diskutierten.
Alexey Bobrovsky: Ich weiß nicht, was in der Genetik passiert, aber in der Wissenschaft, die ich betreibe, ist die Situation genau umgekehrt. Menschen, die sofort ein neues interessantes Ergebnis erhalten, versuchen, es so schnell wie möglich zu veröffentlichen.
Boris Dolgin: Zumindest aus Wettbewerbsinteresse - um einen Platz abzustecken.
Alexey Bobrovsky: Ja. Es ist klar, dass sie möglicherweise einige Details der Methoden usw. nicht aufschreiben, aber wenn man normalerweise eine E-Mail schreibt und fragt, wie man es dort gemacht hat, ist es einfach sehr interessant, alles erschließt sich völlig - und ... .
Boris Dolgin: Ihren Beobachtungen zufolge wird die Wissenschaft offener.
Alexey Bobrovsky: Zumindest lebe ich im Zeitalter der offenen Wissenschaft, und das ist gut so.
Boris Dolgin: Danke. Wenn Molekularbiologen mit uns sprachen, verwiesen sie uns meist auf recht offene Datenbanken usw. und empfahlen uns, mit ihnen Kontakt aufzunehmen.
Alexey Bobrovsky: In der Physik gibt es das Gleiche, es gibt ein Archiv, in dem Leute eine rohe (kontroverse) Version eines Artikels veröffentlichen können, noch bevor sie eine Rezension durchgehen, aber hier gibt es eher einen Kampf um die Geschwindigkeit der Veröffentlichung, je schneller diese sind Priorität. Ich sehe keinen Abschluss. Es ist klar, dass dies nichts mit dem geschlossenen Militär und anderen zu tun hat, ich spreche von der Wissenschaft.
Boris Dolgin: Danke. Mehr Fragen?
Stimme aus dem Publikum: Ich habe weniger eine Frage als vielmehr einen Vorschlag, eine Idee. Ich denke, dass dieses Thema der Kristallisationsbilder ein großes Potenzial für den naturwissenschaftlichen Unterricht von Kindern und Jugendlichen in Schulen hat. Vielleicht ist es sinnvoll, eine elektronische Unterrichtsstunde zu erstellen, die auf 45 Minuten ausgelegt ist, und diese an weiterführende Schulen zu verteilen? Mittlerweile gibt es elektronische Tafeln, die viele nicht nutzen; die Schulen wurden dazu verpflichtet. Ich denke, es wäre schön, den Kindern diese Bilder 45 Minuten lang zu zeigen und ihnen am Ende zu erklären, wie das Ganze gemacht wird. Mir scheint, dass es interessant wäre, ein solches Thema vorzuschlagen und es irgendwie zu finanzieren.
Alexey Bobrovsky: Ich bin bereit zu helfen, wenn etwas passiert. Stellen Sie bereit, schreiben Sie, was benötigt wird.
Boris Dolgin: Toll. So werden Verallgemeinerungen gebildet, so wird geordnet. Bußgeld. Vielen Dank. Haben Sie weitere kreative Fragen? Vielleicht haben sie jemanden vermisst, wir sehen ihn nicht, meiner Meinung nach haben sie meistens darüber gesprochen.
Boris Dolgin: Es gibt Wissenschaftler, es gibt keine Wissenschaft.
Boris Dolgin: Also ist es eine notwendige oder notwendige und hinreichende Bedingung?
Alexey Bobrovsky: Ja, der Schaden ist irreversibel, es ist Zeit verloren gegangen, das ist völlig offensichtlich, und natürlich klingt es: „Wie kommt es, dass es in Russland keine Wissenschaft gibt?!“ Wie kommts? Das kann nicht sein, es gibt Wissenschaft, es gibt Wissenschaftler, es gibt Artikel.“ Zunächst einmal lese ich jeden Tag wissenschaftliche Zeitschriften. Es ist sehr selten, in Russland verfasste Artikel russischer Autoren über Flüssigkristalle oder Polymere zu finden. Dies liegt daran, dass entweder nichts passiert oder dass alles auf einem so niedrigen Niveau geschieht, dass die Leute nicht in der Lage sind, es in einer normalen wissenschaftlichen Zeitschrift zu veröffentlichen; natürlich kennt sie niemand. Das ist eine absolut schreckliche Situation.
Alexey Bobrovsky: Immer mehr und mehr.
Boris Dolgin: Das heißt, das Problem liegt nicht bei den Autoren, sondern bei der Wissenschaft.
Alexey Bobrovsky: Ja, das heißt, es gibt in Russland natürlich keine perfekte, gut funktionierende oder zumindest irgendwie unter dem Namen „Wissenschaft“ funktionierende Struktur. Glücklicherweise gibt es eine Offenheit von Laboren, die mehr oder weniger auf einem normalen Niveau arbeiten und in den allgemeinen wissenschaftlichen Prozess der internationalen Wissenschaft eingebunden sind – dies ist die Entwicklung von Kommunikationsmöglichkeiten über das Internet, auf andere Weise ermöglicht Ihnen die Offenheit der Grenzen Ich fühle mich nicht vom globalen wissenschaftlichen Prozess getrennt, aber was im Land passiert, also gibt es natürlich nicht genug Geld, und wenn man die Mittel erhöht, wird sich wahrscheinlich nichts ändern, denn parallel zur Erhöhung der Mittel ist dies notwendig um die Menschen untersuchen zu können, denen dieses Geld gegeben wird. Sie können Geld geben, jemand wird es stehlen, wer weiß was ausgeben, aber die Situation wird sich in keiner Weise ändern.
Boris Dolgin: Streng genommen haben wir ein Henne-Ei-Problem. Einerseits werden wir keine Wissenschaft ohne Förderung schaffen, andererseits mit Förderung, aber ohne die wissenschaftliche Gemeinschaft, die einen Markt für Fachwissen bietet und für einen normalen Ruf sorgt, werden wir dieses Geld nicht in einer Zeit geben können Weise, die der Wissenschaft helfen wird.
Alexey Bobrovsky: Mit anderen Worten: Es ist notwendig, internationale Expertise und Einschätzungen von starken Wissenschaftlern zu gewinnen, unabhängig von ihrem Standort. Natürlich ist es notwendig, die Zertifizierungsfälle im Zusammenhang mit der Verteidigung von Kandidaten- und Doktorarbeiten auf Englisch umzustellen; Zumindest Abstracts müssen in englischer Sprache verfasst sein. Das ist absolut offensichtlich, und es wird eine gewisse Bewegung in diese Richtung geben, vielleicht wird es sich irgendwie zum Besseren wenden, und wenn man also jedem Geld gibt ... natürlich starke Wissenschaftler, die mehr Geld bekommen - sie, natürlich, wird effizienter arbeiten, aber das meiste Geld wird verschwinden, niemand weiß wohin. Das ist meine Meinung.
Boris Dolgin: Bitte sagen Sie mir, Sie sind ein junger Wissenschaftler, aber Sie sind bereits ein Doktor der Naturwissenschaften, und junge Menschen kommen in einem anderen Sinne zu Ihnen, Studenten, jüngere Wissenschaftler. Gibt es diejenigen, die für dich kommen?
Alexey Bobrovsky: Ich arbeite an der Universität und betreue Studien-, Diplom- und Postgraduiertenarbeiten, ob ich es will oder nicht.
Boris Dolgin: Sind darunter zukünftige Wissenschaftler?
Alexey Bobrovsky: Bereits. Es gibt recht erfolgreich arbeitende Menschen, die ich zum Beispiel betreut habe, die Postdoktoranden oder wissenschaftliche Gruppenleiter sind; die Rede ist natürlich nur vom Ausland. Diejenigen, die ich geführt habe und die in Russland geblieben sind, arbeiten nicht in der Wissenschaft, weil sie ihre Familie ernähren und normal leben müssen.
Boris Dolgin: Danke, also Finanzen.
Alexey Bobrovsky: Natürlich halten Finanzierung und Gehälter der Kritik nicht stand.
Boris Dolgin: Das ist noch privat...
Alexey Bobrovsky: Darin liegt kein Geheimnis. Das Gehalt eines leitenden Forschers mit einem Kandidatenminimum an der Universität beträgt fünfzehntausend Rubel pro Monat. Alles andere hängt von der Tätigkeit des Wissenschaftlers ab: Wenn er internationale Stipendien und Projekte erhalten kann, erhält er mehr, kann aber durchaus mit fünfzehntausend Rubel im Monat rechnen.
Boris Dolgin: Wie wäre es mit einem Doktortitel?
Alexey Bobrovsky: Sie haben mir noch keinen gegeben, ich weiß noch nicht genau, wie viel sie mir geben werden, außerdem werden sie viertausend hinzufügen.
Boris Dolgin: Die genannten Zuschüsse sind eine ziemlich wichtige Sache. Gerade heute haben wir Nachrichten einer interessanten Forscherin veröffentlicht, aber als die Frage nach der Finanzierung gestellt wurde, sprach sie insbesondere über die Bedeutung dieses Bereichs, und wiederum, ganz zu schweigen von unseren Veröffentlichungen, sagt Minister Fursenko, dass wissenschaftliche Betreuer Zuschüsse gewähren sollten ihre Doktoranden zu finanzieren und sie so finanziell zu motivieren.
Alexey Bobrovsky: Nein, das passiert normalerweise in einer guten wissenschaftlichen Gruppe, wenn eine Person wie Valery Petrovich Shibaev, der Leiter des Labors, in dem ich arbeite, einen großen, wohlverdienten Namen in der wissenschaftlichen Welt hat und die Möglichkeit hat, Stipendien zu erhalten und Projekte. In den meisten Fällen bekomme ich kein „nacktes“ Gehalt von fünfzehntausend, es gibt immer einige Projekte, aber nicht jeder kann es schaffen, das ist keine allgemeine Regel, deshalb gehen alle.
Boris Dolgin: Das heißt, der Anführer muss über eine ziemlich hohe internationale Autorität verfügen und auch im Fluss sein.
Alexey Bobrovsky: Ja, am häufigsten. Ich glaube, ich hatte in vielerlei Hinsicht Glück. Der Beitritt zu einer starken wissenschaftlichen Gruppe hat sich positiv ausgewirkt.
Boris Dolgin: Hier sehen wir die Rückmeldung der guten alten Wissenschaft, die Tatsache, dass diese mächtigste wissenschaftliche Gruppe entstanden ist, dank derer Sie Ihre Flugbahn verwirklichen konnten. Ja, das ist sehr interessant, danke. Ich habe das letzte Wort.
Stimme aus dem Publikum: Ich gebe nicht vor, das letzte Wort zu haben. Ich möchte darauf hinweisen, dass das, worüber Sie sprechen, absolut verständlich ist und Sie es nicht als Sport betrachten. Ich möchte darauf hinweisen, dass in Alexey Savvateevs Vortrag gesagt wurde, dass es in Amerika überhaupt keine Wissenschaft gibt. Sein Standpunkt ist ebenso überzeugend vertreten wie Ihrer. Andererseits entwickelte sich die Wissenschaft in Russland besonders schnell, als die Wissenschaft überhaupt nicht bezahlt wurde, sondern aktiv gestohlen wurde und solche Dinge passierten.
Boris Dolgin: Sprechen wir vom Ende des 19. – Anfang des 20. Jahrhunderts?
Boris Dolgin: In Deutschland?
Boris Dolgin: Und als sich seine wissenschaftliche Forschung aktiver entwickelte...
Stimme aus dem Publikum: In Russland, nicht bei ihm, sondern in Russland im Allgemeinen, entwickelte sich die Wissenschaft am effektivsten, wenn sie nicht zahlte. Es gibt ein solches Phänomen. Ich kann das rechtfertigen, das ist kein Standpunkt, Boris, das ist eine Tatsache. Ich möchte Ihnen auch ganz verantwortungsbewusst sagen – das ist keine Tatsache mehr, sondern eine Schlussfolgerung –, dass Ihre Hoffnungen, dass Ihnen internationales Fachwissen und die englische Sprache helfen, vergebens sind, weil ich in der Duma einen harten Wettbewerb um Rechte sehe und Lobbyarbeit in der Duma für einseitige Urheberrechtsgesetze gegenüber Amerika. Ihnen allen wird ein großer Prozentsatz des geistigen Eigentums zugeschrieben, sie sind überhaupt nicht daran interessiert, dass unsere Waffen dort nicht kopiert werden, sie tun es selbst.
Boris Dolgin: Ich verstehe, das Problem...
Alexey Bobrovsky: Waffen und Wissenschaft sind parallele Dinge.
Stimme aus dem Publikum: Das letzte Beispiel: Tatsache ist, dass, als Zhenya Ananyev, er und ich zusammen an der Fakultät für Biologie studierten, mobile Elemente im Drosophila-Genom entdeckten, die Anerkennung erst nach der Veröffentlichung in der Zeitschrift „Chromosomes“ erfolgte, aber Khisins Autorität durchbrach dies Veröffentlichung, weil die Rezension so lautete: „In eurem dunklen Russland wissen sie nicht, wie man DNA repliziert.“ Danke.
Boris Dolgin: Vorstellungen über den Stand der wissenschaftlichen Forschung in einem bestimmten Land ohne ein starres, klares System zur Überprüfung von Artikeln, wenn allgemeine Vorstellungen verwendet werden, sind ein Problem.
Alexey Bobrovsky: Bezüglich der englischen Sprache ist alles ganz einfach – es ist eine internationale Wissenschaftssprache. Jeder Wissenschaftler, der sich beispielsweise in Deutschland mit der Wissenschaft beschäftigt, veröffentlicht fast alle seine Artikel auf Englisch. Übrigens werden in Deutschland, ganz zu schweigen von Dänemark und Holland, viele Dissertationen auf Englisch verteidigt, schon allein deshalb, weil es dort viele Ausländer gibt. Wissenschaft ist international. Historisch gesehen ist die Wissenschaftssprache Englisch.
Boris Dolgin: Es ist erst vor kurzem passiert, dass die Sprache der Wissenschaft früher Deutsch war.
Alexey Bobrovsky: Relativ neu, aber dennoch ist es jetzt so, daher war der Übergang zum Englischen offensichtlich, zumindest auf der Ebene der Abstracts und Zertifizierungsdinge, damit normale westliche Wissenschaftler diese Abstracts lesen, Feedback geben und bewerten konnten, um Raus aus unserem Sumpf, sonst versinkt alles völlig im Unbekannten und was bleibt, ist eine völlige Entweihung. In vielerlei Hinsicht geschieht das bereits, aber wir müssen irgendwie versuchen, aus diesem Sumpf herauszukommen.
Boris Dolgin: Öffnen Sie die Fenster, um Geruchsbildung vorzubeugen.
Alexey Bobrovsky: Beginnen Sie zumindest mit dem Lüften.
Boris Dolgin: Bußgeld. Danke. Das ist ein optimistisches Rezept. Tatsächlich weckt Ihre Entwicklung trotz allem Pessimismus Optimismus.
Alexey Bobrovsky: Wir sind wieder davon abgewichen, dass der Hauptgedanke der Vorlesung darin besteht, Ihnen zu zeigen, wie schön und interessant Flüssigkristalle sind. Ich hoffe, dass alles, was ich gesagt habe, Interesse weckt. Jetzt können Sie viele Informationen über Flüssigkristalle finden, das ist das Erste. Und zweitens wird es unabhängig von allen Bedingungen immer Wissenschaftler geben, nichts kann den wissenschaftlichen Fortschritt aufhalten, das weckt auch Optimismus, und die Geschichte zeigt, dass es immer Menschen gibt, die die Wissenschaft vorantreiben, für die die Wissenschaft an erster Stelle steht.
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- Sergey Guriev. Wie die Krise die Weltwirtschaft und die Wirtschaftswissenschaft verändern wird
- Alexander Aseev. Akademische Städte als Zentren der Wissenschaft, Bildung und Innovation im modernen Russland
Ministerium für Bildung und Wissenschaft der Russischen Föderation
Föderale Universität Kasan (Wolgagebiet).
Chemisches Institut benannt nach. A. M. Butlerova
Abteilung für Anorganische Chemie
Zusammenfassung zum Thema:
« Flüssigkristallpolymere“
Arbeit abgeschlossen
Schüler der Gruppe 714
Khikmatova G.Z.
Ich habe die Arbeit überprüft
Ignatieva K.A
Kasan-2012.
Einleitung………………………………………………………………………………..3
1. Flüssigkristalle………………………………………………………......
1.1.Geschichte der Entdeckung………………………………………………….……...4
1.2. Arten der kristallinen Phase………………...…………………….……....7
1.3.Methoden zur Untersuchung von Flüssigkristallen………..………………….…………....11
2. Flüssigkristallpolymere……..…………………………………….13
2.1.Prinzipien des molekularen Designs von LC-Polymeren............14
2.2. Haupttypen von Flüssigkristallpolymeren……………….18
2.3.Struktur und Merkmale der Eigenschaften von LC-Polymeren..………………….….20
2.4.Anwendungsbereiche….……………………………………………………..
2.4.1. Kontrolle des elektrischen Feldes – der Weg zur Gewinnung dünnschichtiger optischer Materialien………………...………………………21
2.4.2.Cholesterische LC-Polymere – Spektrozonenfilter und Zirkularpolarisatoren…………………………………………………….23
2.4.3.LC-Polymere als kontrollierte optisch aktive Medien zur Informationsaufzeichnung……………………………………………………….………………..24
2.4.4.Superhochfeste Fasern und selbstverstärkte Kunststoffe……………………………………………………………………………….25
Verwendete Literatur…………………………………………………….…28
Anwendung.
Einführung.
Die 80er Jahre waren in der Polymerwissenschaft von der Geburt und raschen Entwicklung eines neuen Fachgebiets geprägt – der Chemie und Physik flüssigkristalliner Polymere. Dieser Bereich, der synthetische Chemiker, theoretische Physiker, klassische physikalische Chemiker, Polymerwissenschaftler und Technologen vereinte, hat sich zu einer intensiv entwickelten neuen Richtung entwickelt, die sehr schnell praktische Erfolge bei der Herstellung hochfester Chemiefasern brachte und heute die Aufmerksamkeit auf sich zieht von Optikern und Mikroelektronik-Spezialisten. Aber die Hauptsache ist nicht einmal das, sondern die Tatsache, dass der flüssigkristalline Zustand in Polymeren und Polymersystemen, wie sich herausstellte, nicht nur äußerst häufig vorkommt – heute wurden viele Hunderte von Polymerflüssigkristallen beschrieben –, sondern auch einen stabilen Zustand darstellt Gleichgewichtsphasenzustand von Polymerkörpern.
Darin liegt sogar ein gewisses Paradoxon. Im Jahr 1988 wurde das 100-jährige Jubiläum gefeiert, seit der österreichische Botaniker F. Reinitzer die erste flüssigkristalline Substanz, Cholesterylbenzoat, beschrieb. In den 30er Jahren des letzten Jahrhunderts wurde die Physik niedermolekularer organischer Flüssigkristalle entwickelt, und in den 60er Jahren waren weltweit bereits Millionen von Geräten auf Basis dieser Kristalle in Betrieb. Allerdings konnten sich die meisten Polymerwissenschaftler in den 60er und 70er Jahren beispielsweise die Existenz thermotroper flüssigkristalliner Polymere vom cholesterischen Typ nicht vorstellen, und im Allgemeinen schienen solche Systeme exotische Vertreter atypischer makromolekularer Objekte zu sein. Und tatsächlich kam es in den letzten Jahren zu einer Art „Explosion“ an Informationen, und heute wundert sich niemand mehr über lyotrope und thermotrope flüssigkristalline Polymere, die jeden Monat zu Dutzenden synthetisiert werden.
In dieser Arbeit wollte ich darüber sprechen, wann und wie der flüssigkristalline Zustand entdeckt wurde, was an Flüssigkristallen im Vergleich zu anderen Objekten einzigartig ist, über flüssigkristalline Polymere und warum sie interessant und wunderbar sind.
Flüssigkristalle.
Die meisten Stoffe können nur in drei Aggregatzuständen existieren: fest, flüssig und gasförmig. Durch Änderung der Temperatur eines Stoffes kann dieser sukzessive von einem Zustand in einen anderen überführt werden. Üblicherweise wurde die Struktur von Festkörpern betrachtet, zu denen Kristalle und amorphe Körper gehörten. Ein charakteristisches Merkmal von Kristallen ist das Vorhandensein einer Fernordnung und Anisotropie der Eigenschaften (mit Ausnahme von Kristallen mit einem Symmetriezentrum). In amorphen Festkörpern gibt es nur eine Nahordnung und sie sind daher isotrop. Nahordnung existiert auch in einer Flüssigkeit, aber die Flüssigkeit hat eine sehr niedrige Viskosität, das heißt, sie ist flüssig.
Zusätzlich zu den aufgeführten drei Aggregatzuständen gibt es einen vierten, den sogenannten Flüssigkristall. Es liegt zwischen fest und flüssig und wird auch genannt mesomorpher Zustand. In diesem Zustand kann eine sehr große Anzahl organischer Substanzen mit komplexen stäbchen- oder scheibenförmigen Molekülen vorliegen. In diesem Fall werden sie aufgerufen Flüssigkristalle oder Mesophase.
In diesem Zustand weist der Stoff viele Eigenschaften eines Kristalls auf, insbesondere zeichnet er sich durch eine Anisotropie der mechanischen, elektrischen, magnetischen und optischen Eigenschaften aus und weist gleichzeitig die Eigenschaften einer Flüssigkeit auf. Wie Flüssigkeiten sind sie flüssig und nehmen die Form des Behälters an, in den sie gegeben werden.
Basierend auf ihren allgemeinen Eigenschaften können LCs in zwei große Gruppen eingeteilt werden. Flüssigkristalle, die sich bei Temperaturänderungen bilden, werden als Flüssigkristalle bezeichnet thermotrop. Als Flüssigkristalle werden Flüssigkristalle bezeichnet, die in Lösungen entstehen, wenn sich deren Konzentration ändert lyotrop.
1.1. Flüssigkristalle wurden 1888 entdeckt. Der österreichische Botanikprofessor F. Reinitzer untersuchte die von ihm synthetisierte neue Substanz Cholesterylbenzoat, einen Ester aus Cholesterin und Benzoesäure.
Er entdeckte, dass sich die kristalline Phase (weißes Pulver) beim Erhitzen auf 145 °C in eine seltsame trübe Flüssigkeit verwandelt und beim weiteren Erhitzen auf 179 °C ein Übergang in eine gewöhnliche transparente Flüssigkeit beobachtet wird. Er versuchte, diese Substanz zu reinigen, da er nicht sicher war, ob er reines Cholesterylbenzoat hatte, aber dennoch wurden diese beiden Phasenübergänge reproduziert. Eine Probe dieser Substanz schickte er an seinen befreundeten Physiker Otto von Lehmann. Lehman untersuchte gewöhnliche Kristalle, darunter Kunststoffkristalle, die sich weich anfühlen und sich von gewöhnlichen harten Kristallen unterscheiden. Die Hauptuntersuchungsmethode war die optische Polarisationsmikroskopie – ein Mikroskop, bei dem Licht durch einen Polarisator, durch eine Substanz und dann durch einen Analysator – durch eine dünne Substanzschicht – gelangt. Wenn Kristalle einer bestimmten Substanz zwischen Polarisator und Analysator platziert werden, können Sie Texturen – charakteristische Bilder für verschiedene kristalline Substanzen – sehen und so die optischen Eigenschaften der Kristalle untersuchen. Es stellte sich heraus, dass Otto von Lehmann ihm half, den Grund für den Zwischenzustand, den Wahn, zu verstehen. Otto von Lehmann war ernsthaft davon überzeugt, dass alle Eigenschaften kristalliner Stoffe, Kristalle, ausschließlich von der Form der Moleküle abhängen, das heißt, es spielt keine Rolle, wie sie sich in diesem Kristall befinden, die Form der Moleküle ist wichtig. Und im Fall von Flüssigkristallen hatte er recht: Die Form der Moleküle bestimmt die Fähigkeit, eine flüssigkristalline Phase zu bilden (hauptsächlich die Form der Moleküle). Im Jahr 1888 schrieb Reinitzer, dass es Kristalle gibt, deren Weichheit so groß ist, dass man sie als flüssig bezeichnen kann. Dann schrieb Lehmann einen Artikel über fließende Kristalle und prägte den Begriff tatsächlich Flüssigkristalle. Es wurde festgestellt, dass Flüssigkristalle sehr zahlreich sind und eine wichtige Rolle in biologischen Prozessen spielen. Sie sind beispielsweise Teil des Gehirns, des Muskelgewebes, der Nerven und der Membranen. Der Begriff „Flüssigkristalle“, der auf der gemeinsamen Verwendung zweier in gewissem Sinne gegensätzlicher Wörter – „flüssig“ und „kristallin“ – basiert, hat sich gut etabliert, obwohl der vom französischen Physiker J. eingeführte Begriff „Mesophase“ eingeführt wurde. Friedel dreißig Jahre nach der Entdeckung von F. Reinitzer, abgeleitet vom griechischen Wort „mesos“ (mittel), ist offenbar korrekter. Diese Stoffe stellen eine Zwischenphase zwischen kristallin und flüssig dar; sie entstehen beim Schmelzen der festen Phase und existieren in einem bestimmten Temperaturbereich, bis sie sich bei weiterer Erwärmung in eine gewöhnliche Flüssigkeit verwandeln. Eine wichtige historische Episode: In den 20er und 30er Jahren untersuchte der sowjetische Physiker Fredericks den Einfluss verschiedener magnetischer und elektrischer Felder auf die optischen Eigenschaften von Flüssigkristallen und entdeckte eine wichtige Sache, unter der sich die Orientierung von Molekülen in Flüssigkristallen sehr leicht ändert Der Einfluss externer Felder ist sehr schwach und ändert sich sehr schnell. Seit Ende der 60er Jahre begann ein Boom in der Erforschung von Flüssigkristallsystemen und Flüssigkristallphasen, der mit der Tatsache verbunden ist, dass man lernte, sie zu nutzen. Zunächst für Informationsanzeigesysteme in gewöhnlichen elektronischen Digitaluhren, dann in Taschenrechnern und mit dem Aufkommen der Computertechnologie wurde klar, dass Flüssigkristalle aktiv zur Herstellung von Displays eingesetzt werden können. Natürlich hat ein solcher Technologiesprung die Erforschung von Flüssigkristallen aus grundlagenwissenschaftlicher Sicht stimuliert, es sollte jedoch beachtet werden, wie groß die zeitliche Lücke zwischen wissenschaftlichen Entdeckungen im Zusammenhang mit Flüssigkristallen ist. Tatsächlich interessierten sich die Menschen aus Neugier für sie, es gab kein utilitaristisches Interesse, niemand wusste, wie man sie benutzt, und außerdem war in jenen Jahren (20-30er Jahre) die Relativitätstheorie viel interessanter. Fredericks war übrigens der Popularisierer der Relativitätstheorie in der Sowjetunion, dann wurde er unterdrückt und starb in den Lagern. Tatsächlich vergingen 80 Jahre nach der Entdeckung der Flüssigkristalle, bis man lernte, sie zu nutzen.
1.2. Bei der Untersuchung von Flüssigkristallen wurden die physikalischen Gründe für den vierten Aggregatzustand klar. Der wichtigste Grund ist die nicht-sphärische Form der Moleküle. Die Moleküle dieser Stoffe sind in eine Richtung verlängert oder scheibenförmig. Solche Moleküle befinden sich entweder entlang einer bestimmten Linie oder in einer ausgewählten Ebene. Es sind drei Haupttypen kristalliner Phasen bekannt: nematisch(vom griechischen Wort „nema“ – Faden), smektisch(vom griechischen Wort „smegma“ – Seife), cholesterisch.
In nematischen Flüssigkristallen sind die Massenschwerpunkte der Moleküle angeordnet und bewegen sich chaotisch, wie in einer Flüssigkeit, und die Achsen der Moleküle sind parallel. Fernordnung existiert also nur in Bezug auf die Orientierung der Moleküle. Tatsächlich führen nematische Moleküle nicht nur translatorische Bewegungen, sondern auch Orientierungsschwingungen aus. Daher liegt keine strenge Parallelität des Moleküls vor, sondern eine vorherrschende mittlere Orientierung (Abb. 7.19). Die Amplitude der Orientierungsschwingungen hängt von der Temperatur ab. Mit zunehmender Temperatur treten größere Abweichungen von der Parallelität der Orientierung auf, und am Punkt des Phasenübergangs wird die Orientierung der Moleküle chaotisch. In diesem Fall verwandelt sich der Flüssigkristall in eine gewöhnliche Flüssigkeit.
Von größtem Interesse für praktische Anwendungen sind Substanzen, die bei Raumtemperatur in der nematischen Mesophase vorliegen. Derzeit werden durch die Herstellung von Mischungen verschiedener Substanzen Nematika im Bereich von -20 bis +80 Grad und sogar in einem größeren Temperaturbereich erhalten.
Um die Orientierungsordnung in Flüssigkristallen zu charakterisieren, werden üblicherweise zwei Parameter eingeführt: Direktor und Graduierungsorientierungsordnung, auch Auftragsparameter genannt. Der Direktor ist ein Einheitsvektor I, dessen Richtung mit der Richtung der durchschnittlichen Orientierung der Längsachsen der Moleküle übereinstimmt. Bei nematischen Flüssigkristallen fällt der Direktor mit der Richtung der optischen Achse zusammen. Vektor I charakterisiert phänomenologisch die Fernordnung in der Anordnung von Molekülen. Sie bestimmt lediglich die Richtung der molekularen Orientierung, gibt aber keine Auskunft darüber, wie perfekt die Ordnung der Mesophase ist. Das Maß für die Orientierungsordnung im Fernbereich ist Ordnungsparameter S, wie folgt definiert:S=1/2(3 ² θ -1) (*), wo θ – der Winkel zwischen der Achse eines einzelnen Moleküls und dem Direktor des Flüssigkristalls. Die Mittelung in (*) erfolgt über das gesamte Molekülensemble. Der Wert S=1 entspricht einer vollständigen Orientierungsordnung, also einem idealen Flüssigkristall, und S=0 bedeutet eine vollständige Orientierungsstörung und entspricht einer nematischen Flüssigkeit, die sich in eine isotrope Flüssigkeit umgewandelt hat.
Cholesterische Flüssigkristalle Ihren Namen haben sie vom Cholesterin, da es sich in den meisten Fällen um Cholesterinester handelt. Gleichzeitig bilden neben Cholesterinester auch eine Reihe weiterer Stoffe die cholesterische Mesophase. Die Moleküle aller Verbindungen, die ein Cholesterin bilden, enthalten ein asymmetrisches Kohlenstoffatom, das über vier kovalente Bindungen an verschiedene Atome oder Atomgruppen gebunden ist. Solche Moleküle können nicht durch einfache Überlagerung mit sich selbst verbunden werden, genau wie die linke und rechte Hand. Sie heißen chiral Moleküle (vom althebräischen „Erbe“ – Hand).
Cholesterische Flüssigkristalle bestehen aus chiralen Molekülen und ähneln in ihrer Struktur nematischen Kristallen, weisen jedoch einen grundlegenden Unterschied auf. Es liegt darin, dass im Gegensatz zu einem nematischen die einheitliche Ausrichtung der Moleküle in einem cholesterischen energetisch ungünstig ist. Chirale cholesterische Moleküle können in einer dünnen Monoschicht parallel zueinander angeordnet sein, in der angrenzenden Schicht müssen die Moleküle jedoch um einen bestimmten Winkel gedreht sein. Die Energie eines solchen Zustands wird geringer sein als bei einer einheitlichen Ausrichtung. In jeder weiteren Schicht wird der in der Schichtebene liegende Direktor I erneut um einen kleinen Winkel gedreht. Dadurch entsteht in einem cholesterischen Flüssigkristall eine helikale Anordnung der Moleküle (Abb. 7.20). Diese Spiralen können entweder links oder rechts sein. Der Winkel α zwischen Vektoren I benachbarter Schichten beträgt normalerweise Hundertstel einer vollen Umdrehung, d. h. α≈1®. In diesem Fall die Ganghöhe der cholesterischen Helix R beträgt mehrere tausend Angström und ist vergleichbar mit der Wellenlänge des Lichts im sichtbaren Teil des Spektrums. Nematische Flüssigkristalle können als Sonderfall cholesterischer Flüssigkristalle mit unendlich großer Spiralsteigung (P→∞) betrachtet werden. Die helikale Anordnung von Molekülen kann durch ein senkrecht zur Helixachse angelegtes elektrisches oder magnetisches Feld zerstört werden.
Smektische Flüssigkristalle sind geordneter als nematische und cholesterische. Sie sind wie zweidimensionale Kristalle. Zusätzlich zur Orientierungsordnung der Moleküle, ähnlich der Ordnung in der Nematik, gibt es eine teilweise Ordnung der Massenschwerpunkte der Moleküle. In diesem Fall liegt der Direktor jeder Schicht nicht mehr wie bei der Cholesterie in der Ebene der Schicht, sondern bildet mit dieser einen bestimmten Winkel.
Abhängig von der Art der Molekülordnung in den Schichten werden smektische Flüssigkristalle in zwei Gruppen eingeteilt: Smektik mit nichtstrukturellen Und Smektika mit Strukturschichten.
IN smektische Flüssigkristalle mit nichtstrukturellen Schichten Die Schwerpunkte der Moleküle in den Schichten liegen chaotisch, wie in einer Flüssigkeit. Moleküle können sich entlang der Schicht recht frei bewegen, ihre Massenschwerpunkte liegen jedoch auf derselben Ebene. Diese als smektisch bezeichneten Ebenen liegen im gleichen Abstand voneinander, etwa gleich der Länge des Moleküls. In Abb. Abbildung 7.21a zeigt die Anordnung der Moleküle in einer solchen Smektik. Für den in der Abbildung gezeigten smektischen Flüssigkristall fallen der Direktor I und die Normale n zur Ebene in ihrer Richtung zusammen. Mit anderen Worten: Die Längsachsen der Moleküle stehen senkrecht zu den smektischen Schichten. Solche Flüssigkristalle werden Smektika A genannt. In Abb. Abbildung 7.21b zeigt eine Smektik mit nichtstrukturellen Schichten, bei der der Direktor nicht entlang der Schichtnormalen gerichtet ist, sondern mit dieser einen bestimmten Winkel bildet. Flüssigkristalle mit dieser Molekülanordnung werden als Smektik C bezeichnet. In einer Reihe von Bei smektischen Flüssigkristallen liegt eine komplexere Ordnung vor als bei den Smektika A und C. Ein Beispiel ist die Smektik F, deren Ordnungsdetails noch nicht vollständig untersucht sind.
IN Smektika mit Strukturschichten wir beschäftigen uns bereits mit der dreidimensionalen statistischen Ordnung. Auch hier liegen die Massenschwerpunkte der Moleküle in den smektischen Schichten, bilden aber ein zweidimensionales Gitter. Im Gegensatz zu kristallinen Substanzen können die Schichten jedoch frei relativ zueinander gleiten (wie bei anderen Smektika!). Aufgrund dieses freien Gleitens der Schichten fühlen sich alle Smektika seifenartig an. Daher ihr Name (das griechische Wort „smegma“ bedeutet Seife). In einer Reihe von Smektika gibt es eine Anordnung der Massenschwerpunkte der Moleküle wie in Smektika B, aber der Winkel zwischen Direktor I und der Normalen n zum Schichten ist ungleich Null. In diesem Fall entsteht eine pseudohexagonale monokline Ordnung. Solche Smektika werden H-Smektika genannt. Es gibt auch D-Smektika, die einer kubischen Struktur mit einem raumzentrierten Gitter nahe kommen. Unter den neu synthetisierten Flüssigkristallen gibt es solche, die nicht in Nematik, Cholesterin und Smektik eingeteilt werden können. Sie werden üblicherweise exotische Mesophasen genannt. Dazu gehören beispielsweise die sogenannten scheibenförmigen Flüssigkristalle, auch Diskotheken genannt, die intensiv erforscht werden.
1.3. Die Polarisationsmikroskopie ist die erste Methode zur Untersuchung von Flüssigkristallen, d. h. anhand des Bildes, das ein Forscher in einem Polarisationsmikroskop gekreuzter Polarisatoren beobachtet, kann man beurteilen, welche Art von Mesophase, welche Art von flüssigkristalliner Phase gebildet wird. Dies ist das charakteristische Bild für die nematische Phase, deren Moleküle lediglich eine Orientierungsordnung bilden. So sieht die smektische Phase aus. Um Ihnen eine Vorstellung vom Ausmaß all dessen zu geben, das heißt, es ist viel größer als die molekulare Skala: Die Breite des Bildes beträgt Hunderte von Mikrometern, das heißt, es ist ein makroskopisches Bild, viel größer als die Wellenlänge sichtbaren Lichts. Und durch die Analyse solcher Bilder kann man beurteilen, um welche Struktur es sich handelt. Natürlich gibt es genauere Methoden zur Bestimmung der Struktur und einiger Strukturmerkmale dieser Mesophasen – Methoden wie Röntgenbeugungsanalyse, verschiedene Arten der Spektroskopie – so können wir verstehen, wie und warum die Moleküle auf die eine oder andere Weise gepackt sind .
Die cholesterische Mesophase sieht so aus – eines der typischen Bilder.
Wenn sich die Temperatur ändert, wird eine Änderung der Brechung beobachtet, also ändern sich die Farben, wir nähern uns dem Übergang – und es wird ein Übergang zu einer isotropen Schmelze beobachtet, das heißt, alles ist abgedunkelt, in den gekreuzten Polarisatoren ist ein dunkles Bild sichtbar.
Flüssigkristallpolymere.
Flüssigkristalline (LC) Polymere sind hochmolekulare Verbindungen, die unter bestimmten Bedingungen (Temperatur, Druck, Konzentration in Lösung) in den LC-Zustand übergehen können. Der LC-Zustand von Polymeren ist ein Gleichgewichtsphasenzustand, der eine Zwischenposition zwischen dem amorphen und dem kristallinen Zustand einnimmt, daher wird er oft auch mesomorph oder Mesophase (von griechisch mesos – intermediär) genannt. Charakteristische Merkmale der Mesophase sind das Vorhandensein einer Orientierungsordnung in der Anordnung von Makromolekülen (oder ihren Fragmenten) und die Anisotropie der physikalischen Eigenschaften ohne äußere Einflüsse. Es ist sehr wichtig zu betonen, dass die LC-Phase spontan gebildet wird, während die Orientierungsordnung im Polymer aufgrund der hohen Anisodiametrie (Asymmetrie) der Makromoleküle leicht durch einfaches Strecken der Probe induziert werden kann.
Gehen Polymere durch thermische Einwirkung (Erwärmung oder Abkühlung) in den LC-Zustand bzw. die Mesophase über, spricht man von thermotropen LC-Polymeren; bildet sich die LC-Phase beim Lösen von Polymeren in bestimmten Lösungsmitteln, spricht man von lyotropen LC-Polymeren.
Die ersten Wissenschaftler, die die Möglichkeit der Bildung einer Mesophase durch Polymere vorhersagten, waren V.A. Kargin und P. Flory.
Vorlesung 4/1
Thema. Physikalische Zustände von Polymeren. Kristalline, amorphe und flüssigkristalline Polymere.
Unterscheiden Aggregat und Phase Zustände von Polymeren.
Es gibt Polymere in zwei Aggregatzuständen: hart Und flüssig Der dritte Aggregatzustand – gasförmig – existiert bei Polymeren aufgrund der sehr hohen Kräfte der intermolekularen Wechselwirkung, die durch die große Größe der Makromoleküle verursacht werden, nicht.
IN hart Polymere zeichnen sich in ihrem Aggregatzustand durch eine hohe Packungsdichte der Moleküle, das Vorhandensein einer bestimmten Form und eines bestimmten Volumens in Körpern sowie die Fähigkeit aus, diese zu konservieren. Der feste Zustand wird realisiert, wenn die Energie der intermolekularen Wechselwirkung die Energie der thermischen Bewegung von Molekülen übersteigt.
IN flüssig im Aggregatzustand bleibt eine hohe Packungsdichte der Makromoleküle erhalten. Es zeichnet sich durch ein bestimmtes Volumen, eine bestimmte Form aus. Allerdings hat das Polymer in diesem Zustand wenig Widerstand gegen die Beibehaltung dieser Form. Deshalb
Das Polymer nimmt die Form des Gefäßes an.
Sie existieren in zwei Aggregatzuständen Thermoplast Polymere, die schmelzen können. Dazu gehören viele lineare und verzweigte Polymere – Polyethylen, Polypropylen, Polyamide, Polytetrafluorethylen usw.
Gittergewebe Polymere sowie lineare und verzweigte Polymere, die beim Erhitzen eine Netzwerkstruktur annehmen, kommen nur in vor fester Zustand.
Abhängig vom Grad der Ordnung in der Anordnung der Makromoleküle gibt es drei Polymere Phasenzustände: kristallin, Flüssigkristall Und amorph.
Kristallin der Zustand ist charakterisiert Fernordnung in der Anordnung von Teilchen , d. h. in der Größenordnung von Hundert- und Tausendfachen größer als die Größe der Partikel selbst.
Flüssigkristall Zwischenzustand zwischen kristallin und amorph.
Amorph der Phasenzustand wird charakterisiert Ordnung schließen in Position Partikel , d. h. die Ordnung, die bei Abständen beobachtet wird, die mit den Partikelgrößen vergleichbar sind.
Kristalliner Zustand von Polymeren
Der kristalline Zustand von Polymeren ist dadurch gekennzeichnet, dass die Einheiten von Makromolekülen Strukturen mit dreidimensionaler Fernordnung bilden. Die Größe dieser Strukturen überschreitet nicht mehrere Mikrometer; Sie werden normalerweise aufgerufen Kristallite . Im Gegensatz zu niedermolekularen Stoffen kristallisieren Polymere nie vollständig; neben Kristalliten bleiben in ihnen amorphe Bereiche (mit ungeordneter Struktur) erhalten. Daher werden Polymere im kristallinen Zustand genannt amorph-kristallin oder teilweise kristallin. Der volumetrische Gehalt an kristallinen Bereichen in einer Probe wird genannt Grad der Kristallinität . Die Quantifizierung erfolgt durch verschiedene struktursensitive Methoden. Die gebräuchlichsten davon sind: Dichtemessung, Röntgenbeugungsmethode, IR-Spektroskopie, NMR. Bei den meisten Polymeren liegt der Kristallinitätsgrad je nach Struktur der Makromoleküle und Kristallisationsbedingungen zwischen 20 und 80 %.
Die Morphologie der Kristallite und die Art ihrer Aggregation werden bestimmt Kristallisationsmethode . Also, während der langsamen Kristallisation aus verdünnten Lösungen In niedermolekularen Lösungsmitteln (Konzentration ~ 0,01 %) sind Kristallite einzelne, regelmäßig facettierte Plättchen ( Lamellen ), die durch Faltung des Makromoleküls „auf sich selbst“ entstehen (Abb. 1).
Abb.1. Schema der Struktur eines lamellaren Kristalls aus gefalteten Makromolekülen
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Die Dicke der Lamellen beträgt üblicherweise 10–15 nm und wird durch die Länge der Falte bestimmt, wobei Länge und Breite in weiten Grenzen variieren können. In diesem Fall steht die Achse des Makromoleküls senkrecht zur Plattenebene und es bilden sich Schleifen auf der Plattenoberfläche (Abb. 2). Aufgrund des Vorhandenseins von Regionen, in denen sich Schleifen faltender Makromoleküle sammeln, gibt es keine vollständige kristalline Ordnung. Auch bei einzelnen Polymereinkristallen liegt der Kristallinitätsgrad immer unter 100 % (bei Polyethylen beispielsweise 80–90 %). Die Morphologie von Polymereinkristallen spiegelt die Symmetrie ihrer Kristallgitter wider, und die Dicke hängt stark von der Kristallisationstemperatur ab und kann um ein Vielfaches variieren.
Reis. 2. Falten von Makromolekülen in Polyethylenkristalliten svarka-die Info/com
Die entartete Form sind lamellare Kristalle fibrilläre Kristalle (Fibrillen), die sich durch ein großes Verhältnis von Länge zu Dicke auszeichnen (Abb. 3). Sie entwickeln sich unter Bedingungen, die das bevorzugte Wachstum einer der Flächen begünstigen, beispielsweise einer hohen Verdunstungsrate des Lösungsmittels. Die Dicke der Fibrillen beträgt normalerweise 10–20 nm und die Länge erreicht viele Mikrometer.
Reis. 3. b – Mikrofibrille; c - Fibrille. Rasterelektronenbeugungsmuster. www. ntmdt. ru
Kristallplatten stellen die einfachste Form der Kristallisation aus Lösung dar. Eine Erhöhung der Kristallisationsgeschwindigkeit oder eine Erhöhung der Konzentration der Lösung führt zum Auftreten komplexerer Strukturen: Spiralformationen von „Zwillingen“ (zwei entlang einer kristallographischen Ebene verbundenen Platten) sowie verschiedene dendritische Formen, darunter a große Anzahl von Platten, spiralförmigen Terrassen, „Zwillingen“ und anderen. Mit einer weiteren Steigerung der Konzentration, Sphärolithe . Sphärolithe entstehen auch bei der Kristallisation von Polymeren aus Schmelzen. Dies ist die häufigste und häufigste Form kristalliner Bildungen in Polymeren.
IN Sphärolithe Die Lamellen weichen radial von gemeinsamen Zentren ab (Abb. 4). Elektronenmikroskopische Untersuchungen zeigen, dass die Fibrille von Sphärolithen aus vielen übereinander gestapelten und um den Radius des Sphärolithen verdrehten Lamellen besteht. Es werden Sphärolithe mit einem Durchmesser von mehreren Mikrometern bis mehreren cm beobachtet. Dreidimensionale Sphärolithe erscheinen in Blockproben und zweidimensionale, flache in dünnen Filmen. Es wird angenommen, dass in den Kristalliten von Blockproben ein Teil des Makromoleküls eine gefaltete Konformation aufweist und der andere Teil von Kristallit zu Kristallit übergeht und diese miteinander verbindet. Diese „vorbeiziehenden“ Ketten und Faltungsbereiche bilden den amorphen Teil der Sphärolithe.
Reis. 4. Ring-Sphärolithe aus Polyethylensebacat
Abhängig von den Kristallisationsbedingungen kann sich das gleiche Polymer bilden Sphärolithe verschiedene Arten ( radial, ringförmig ) (Abb. 5). Bei niedrigen Unterkühlungsgraden bilden sich üblicherweise ringförmige Sphärolithe, bei hohen Graden bilden sich radiale Sphärolithe. Beispielsweise haben Polypropylen-Sphärolithe unterschiedliche optische Eigenschaften und sogar unterschiedliche Schmelzpunkte, abhängig von der kristallinen Modifikation, in der das Polymer kristallisiert. Polypropylen-Sphärolithe mit einer monoklinen Zelle können wiederum entweder positiv oder negativ sein. Ein Sphärolith heißt positiv, wenn seine Doppelbrechung größer als Null ist. Ist er kleiner als Null, ist der Sphärolith negativ.
Abb.5. Arten von Sphärolithen: a - radial, b - ringförmig.
Die Kristallisation der Schmelze bei einer Temperatur nahe dem Schmelzpunkt (Unterkühlung nicht mehr als 1 °C) erfolgt sehr langsam und führt zur Bildung der perfektesten Kristallstrukturen aus geraden Ketten. Der Mechanismus der Kristallisation mit geraden Ketten wird in der Praxis selten realisiert. Dazu ist es notwendig, gleichzeitig mit der Abkühlung der Schmelze große Spannungen aufzubringen.
Die meisten Polymere kristallisieren in Form von Sphärolithen. In einigen Fällen finden sich in einem Blockpolymer jedoch nur Gruppen lamellarer Kristalle. Es wurden auch Strukturformationen zwischen Einkristallen und Sphärolithen gefunden. Oft sind diese Strukturen facettiert und groß – bis zu mehreren zehn Mikrometern. Es ist noch nicht geklärt, ob es eine gewisse Anzahl an Zwischenstrukturen gibt oder ob verschiedene morphologische Formen kontinuierlich ineinander übergehen.
Amorpher Zustand von Polymeren
Amorph Polymere haben keine kristalline Struktur. Dieser Zustand von Polymeren ist gekennzeichnet durch:
· Fehlen einer dreidimensionalen Fernordnung in der Anordnung von Makromolekülen,
· Nahordnung in der Anordnung von Einheiten oder Segmenten von Makromolekülen, die schnell verschwindet, wenn sie sich voneinander entfernen.
Polymermoleküle scheinen „Schwärme“ zu bilden, deren Lebensdauer aufgrund der enormen Viskosität von Polymeren und der großen Größe der Moleküle sehr lang ist. Daher bleiben solche Schwärme in manchen Fällen praktisch unverändert. IN amorph sind auch in einem guten Zustand Polymerlösungen Und Polymergelees .
Amorphe Polymere sind einphasig und aus in Paketen gesammelten Kettenmolekülen aufgebaut. Pakete sind Strukturelemente und können sich relativ zu benachbarten Elementen bewegen. Einige amorphe Polymere können daraus hergestellt werden Kügelchen Globuli bestehen aus einem oder mehreren Makromolekülen, die zu kugelförmigen Partikeln gerollt sind (Abb. 6). Die Möglichkeit, Makromoleküle zu einer Kugel zu falten, wird durch ihre hohe Flexibilität und das Überwiegen intramolekularer Wechselwirkungskräfte gegenüber intermolekularen Wechselwirkungskräften bestimmt.
Abb.6. Die kugelförmige Form des Hämoglobins enthält vier Moleküle des Eisenkomplexes
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Amorphe Polymere können je nach Temperatur drei Zustände annehmen, die sich in der Art der thermischen Bewegung unterscheiden: glasig, hochelastisch Und viskos. Das Stadium, in dem sich das Polymer befindet, wird durch die Veränderung seiner Struktur und die Adhäsionskräfte zwischen den Makromolekülen linearer Polymere bestimmt.
Bei niedrige Temperaturen amorphe Polymere finden sich in glasig Zustand. Die Molekülsegmente sind nicht beweglich und das Polymer verhält sich im amorphen Zustand wie ein gewöhnlicher Feststoff. In diesem Zustand ist das Material zerbrechlich . Als Übergang von einem hochelastischen Zustand in einen glasigen Zustand bei sinkender Temperatur bezeichnet man Glasübergang und die Temperatur eines solchen Übergangs beträgt Glasübergangstemperatur .
Hochelastisch Es tritt ein Zustand auf, der durch die Fähigkeit eines Polymers gekennzeichnet ist, sich leicht zu dehnen und zu schrumpfen bei ziemlich hohen Temperaturen wenn die Energie der thermischen Bewegung ausreicht, um eine Bewegung von Molekülsegmenten zu bewirken, aber noch nicht ausreicht, um das Molekül als Ganzes in Bewegung zu setzen. In einem hochelastischen Zustand haben Polymere bei relativ geringen mechanischen Belastungen sehr viel große elastische Verformung . Gummi kann sich beispielsweise fast um das Zehnfache dehnen.
IN viskos Zustand können sich nicht nur Segmente, sondern das gesamte Makromolekül bewegen. Polymere erlangen die Fähigkeit zu fließen, aber im Gegensatz zu gewöhnlichen Flüssigkeiten geht ihr Fließen immer mit der Entwicklung einer hochelastischen Verformung einher. Das Material in diesem Zustand zeigt unter dem Einfluss kleiner Kräfte irreversibel Plastische Verformung , das für seine technologische Verarbeitung genutzt werden kann.
Bei einer linearen Struktur von Makromolekülen sind Polymere im amorphen Zustand elastisch-viskose Körper, bei Ausbildung einer starken räumlichen Struktur sind sie viskoelastische Körper.
Jeder äußere Einfluss, der die Beweglichkeit von Partikeln in amorphen Körpern beeinflusst (Temperaturänderungen, Druckänderungen), beeinflusst die physikalischen Eigenschaften (dielektrische Eigenschaften des Materials, Gasdurchlässigkeit).
Flüssigkristalliner Zustand von Polymeren
Flüssigkristalle sind ungewöhnliche Substanzen. Sie vereinen die Eigenschaften von Flüssigkeiten und Feststoffen, wie der Name schon sagt. Von Flüssigkeiten haben sie die Fließfähigkeit übernommen, das heißt die Fähigkeit, die Form des Gefäßes anzunehmen, in das sie gegossen werden. Aus festen kristallinen Körpern - Anisotropie Eigenschaften . Letzteres erklärt sich aus der Struktur von Flüssigkristallen – die Moleküle darin sind nicht chaotisch, sondern geordnet angeordnet. Allerdings nicht so streng wie bei festen Kristallen
Nicht alle Verbindungen gehen in den flüssigkristallinen Zustand über, sondern nur solche, deren Moleküle eine signifikante Bedeutung haben Anisometrie (Form von Stäbchen oder Scheiben). Je nach Verpackung der Moleküle werden sie unterschieden drei Arten von Strukturen Flüssigkristalle - smektisch , nematisch Und cholesterisch .
Smektika, vielleicht am nächsten an gewöhnlichen Kristallen. Die darin enthaltenen Moleküle sind in Schichten gepackt und ihre Massenschwerpunkte sind fixiert (Abb. 7). IN Nematik Im Gegenteil, die Massenschwerpunkte der Moleküle liegen chaotisch, aber die Achsen ihrer meist stäbchenförmigen Moleküle sind parallel zueinander (Abb. 8). In diesem Fall spricht man von einer Orientierungsordnung.
Die komplexeste Struktur der dritten Art von Flüssigkristallen ist cholesterisch. Für die Bildung von Cholesterinen sind sogenannte chirale Moleküle erforderlich, die mit ihrem Spiegelbild inkompatibel sind.
Reis. 7. Schematische Darstellung eines Flüssigkristalls in der smektischen Phase
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https://pandia.ru/text/80/219/images/image009_79.jpg" alt="Abb. 1. Das Bild zeigt eine 180°-Drehung des Direktors in der cholesterischen Phase. Der entsprechende Abstand beträgt der Halbzyklus, p /2." width="178" height="146">!}
Abb.9. Schematische Darstellung eines cholesterischen Flüssigkristalls
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In eine solche Polymerkette können weitere funktionelle Gruppen eingeführt werden, beispielsweise photochrom lichtgesteuerte Gruppen, oder elektroaktiv Gruppen, die sich unter dem Einfluss eines elektrischen Feldes orientieren.
Flüssigkristalle selbst sind nur innerhalb eines engen Temperaturbereichs viskose Flüssigkeiten. Daher entfalten sie ihre besonderen Eigenschaften nur in diesem Temperaturbereich. Flüssigkristalline Polymere behalten im Gegensatz zu Flüssigkristallen beim Abkühlen sowohl die Struktur als auch die Eigenschaften der flüssigkristallinen Phase. Das heißt, es ist möglich, eine empfindliche Flüssigkristallstruktur in einem Feststoff zu fixieren, ohne beispielsweise ihre einzigartigen optischen Eigenschaften zu verlieren.
Cholesteriker reagieren leicht auf die Temperatur. Einige ändern ihre Farbe sehr schnell bei einer sehr kleinen Temperaturänderung – Sie können sie verwenden, um Unikate zu schaffen Wärmebildkameras , oder Temperaturindikatoren. Wenn man beispielsweise die Oberfläche eines solchen Materials mit einem Laser bestrahlt, kann man die Intensitätsverteilung seines Strahls untersuchen. Beschichtungen aus cholesterischen Polymeren können zum Testen von Flugzeugen im Windkanal eingesetzt werden, da anhand der Temperaturverteilung deutlich erkennbar ist, an welchen Stellen mehr Turbulenzen herrschen und an welchen Stellen eine laminare Luftströmung um das Flugzeug herrscht.
Eines der interessantesten Beispiele für die Verwendung von Polymercholesterien ist die Herstellung lichtgesteuerte Filme . Wenn ein Monomer mit einer photochromen Gruppe in eine Polymerkette eingeführt wird, deren Form sich bei Einwirkung von Licht einer bestimmten Wellenlänge ändert, kann die Ganghöhe der Helix in der Struktur des Cholesterins verändert werden. Mit anderen Worten: Durch die Bestrahlung eines Materials mit Licht kann man seine Farbe verändern. Diese Eigenschaft des resultierenden Materials kann zur Aufzeichnung und Speicherung von Farbinformationen genutzt werden Holographie Und Display-Technologie .
Allerdings kann die Spiralsteigung nicht nur durch die Einwirkung von Licht und Temperaturänderungen (wie bei Wärmebildkameras), sondern auch durch den Einfluss elektrischer und magnetischer Felder verändert werden. Dazu ist es notwendig, elektroaktive bzw magnetisch aktiv Gruppen. Die Einwirkung eines elektrischen oder magnetischen Feldes führt zur Ausrichtung der Flüssigkristallmoleküle und zur Verzerrung und anschließend zur vollständigen Entwindung der cholesterischen Helix.
Die Untersuchung flüssigkristalliner Polymere, die viel jünger sind als niedermolekulare Flüssigkristalle, wird viele weitere unbekannte Aspekte ihres physikalisch-chemischen Verhaltens aufdecken.
