4.2.2. Polümeeride klaasjas ja väga elastne olek
Klaasjas olek on üks amorfsete polümeeride tahke oleku vorme, mida iseloomustavad väikesed elastsed deformatsioonid kõrgete elastsusmooduli väärtustega E≈2,2·10 3 -5·10 3 MPa. Need deformatsioonid on seotud peaahela aatomite vahekauguste ja sidenurkade väikese muutumisega.
Väga elastset olekut iseloomustavad suured pöörduvad deformatsioonid (kuni 600-800%) ja polümeeri elastsusmooduli madalad väärtused (0,2-2 MPa). Polümeeri venitamisega ülielastse deformatsiooni ajal kaasneb energia vabanemine soojuse kujul, kokkutõmbumisega aga kokkusurumine. Deformeeritava polümeeri elastsusmoodul suureneb temperatuuri tõustes, samal ajal kui klaasjas olekus elastsusmoodul väheneb. Väga elastne deformatsioon toimub aja jooksul, kuna see on põhjustatud segmentide liikumisest ja on seetõttu lõdvestav molekulaarkineetiline protsess.
Klaasjas ja väga elastses olekus polümeeride deformatsioonil tekkiva elastsusjõu olemust käsitletakse jaotises. 2.2.1. Esimesel juhul on see seotud siseenergia muutusega, teisel - entroopiaga. Entroopilise elastsuse molekulaarset mehhanismi, mis on seotud makromolekulaarsete mähiste kõige tõenäolisemate suuruste taastamisega, käsitletakse üksikasjalikult jaotises. 2.2.
Väga elastne olek avaldub kõige selgemini “ristseotud” kummides, s.o. kumm Lineaarsetes polümeerides kattub pöördumatu deformatsioon pöörduva deformatsiooniga, s.t. voolu. Polümeerides võib täheldada väga elastset olekut erinevates temperatuurivahemikes - -100 kuni 200 °C. Väga elastsete materjalide tehniline kasutamine on seotud nende lööke neelavate omaduste ja madala elastsusmooduliga.
Kõrgsagedusliku perioodilise välisjõu kokkupuutel võivad väga elastses olekus polümeerid muutuda elastseks-kõvaks deformatsiooniseisundiks, mis ei ole seotud segmentide liikuvuse "külmumisega" (tabel 4.1). Sellist klaasistumisprotsessi jõuväljades struktuursest klaasistumistemperatuurist kõrgemal temperatuuril nimetatakse mehaaniliseks klaasistumistemperatuuriks. Selle nähtuse olemust käsitleti jaotises varem. 2.3.4.
Polümeeride klaasistumine on lõõgastusprotsess. Seda seostatakse lõõgastumisega, s.t. põhiahela 5-20 aatomit sisaldavate makromolekulide segmentide liigutamisega (olenevalt selle painduvusest). Sellel protsessil on väljendunud koostöö iseloom.
Klaasistumise ajal toimub järsk muutus soojusmahtuvuses, mahupaisumise temperatuurikoefitsiendis ja termilise kokkusurutavuse koefitsiendis, samas kui eriruumala, entalpia ja entroopia kõverates täheldatakse ainult kõverust. T T s Gibbsi funktsiooni teised tuletised
järsult muutuda, mis on märk teist järku faasiüleminekust. Sellest hoolimata ei ole klaasisiire faasisiire,
Tabel 4.1 Erinevate polümeeride klasside klaasistumistemperatuur, steeriline tegur (painduvus) σ ja Kuhni segment
|
Kuhni segment, nm | |||
|
Painduva ahelaga polümeerid: | |||
|
Polükloropreen | |||
|
Polüdpmetüülsploksaan | |||
|
Polüestrid | |||
|
Cis-polüisonreen (looduslik kumm) | |||
|
Polübutadieen | |||
|
Alifaatsed polüamiidid | |||
|
Polümetüülmetakrülaat | |||
|
Paul ja metüülakrüül | |||
|
Polübutüülakrülaat | |||
|
Polüvinüülatsetaat | |||
|
Polüstüreen | |||
|
Polüetüleen | |||
|
Polüpropüleen | |||
|
Polüakrüülnitriil | |||
|
Polüvinüülkloriid | |||
|
Jäiga ahelaga polümeerid: | |||
|
Tereftaalhape ja fenoolftaleiinpolüarülaat | |||
|
Tereftaalhappe ja aniftaleiini polüamiid | |||
|
Polüimiiddianhüdriid 3,3",4,4"-tetrakarboksüfenüüloksiid ja aniliinfluoreen |
kuna see viib süsteemi mittetasakaalulise metastabiilse olekuni. Seda kinnitavad mitmed kineetilised omadused:
klaasistumistemperatuuri monotoonne ja piiramatu langus koos jahutuskiiruse vähenemisega ja vastupidi;
vastupidises suunas soojusmahtuvuse muutusele klaasistumisperioodil ja teist järku faasisiirde korral (klaasisiirde ajal soojusmahtuvus väheneb).
Tavaliselt muutub klaasistumistemperatuur ligikaudu 3 °C võrra, kui jahutuskiirus muutub 10 korda, ja ainult mõnel juhul võib see muutuda 10–15 °C võrra. Bartenev pakkus välja valemi klaasistumistemperatuuri arvutamiseks erinevatel temperatuurimuutuste kiirustel:
kus c on materjali konstant; kaaskuumutuskiirus °C/s.
Klaasi ülemineku teooriad. Mis tahes kineetilise ühiku liikuvuse määrab relaksatsiooniaeg t, mis valemi (2.93) kohaselt sõltub eksponentsiaalselt aktivatsioonienergiast. On näidatud, et temperatuuri langedes suureneb segmentide liikumise aktiveerimisenergia kiiresti, mis on seotud polümeeri vaba mahu vähenemise ja kooperatiivse lõõgastussüsteemi suurenemisega. Klaasi ülemineku ajal saavutab vaba maht minimaalse väärtuse ja segmentide liikumine peatub. Polümeeri vaba maht Vst määratakse järgmise avaldise abil:
kus V on kogumaht, s.o. polümeeri keha tegelik maht; V 3 - hõivatud maht, mis võrdub makromolekulide mahuga. Vaba maht jaotub kogu polümeeris mikropooride kujul, mille päritolu on seotud struktuuri heterogeensusega.
Keha mahu muutust kuumutamise ajal iseloomustab koefitsient
laiendused. T > T c korral määrab polümeeri mahu muutuse peamiselt vaba ruumala muutus; selle piirkonna paisumiskoefitsient on tähistatud kui 1. T juures< 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:
Gibbsi ja Di Marzio teoorias vaadeldakse polümeeri klaasistumisprotsessi süsteemi termodünaamilise oleku vaatenurgast, mille määrab makromolekuli võimalike konformatsioonide arv. Eeldatakse, et võimalikke ahelaüksuste orienteerimise viise saab taandada kahe äärmusliku juhtumini, mis vastavad konformeeride kõrgetele ε 1 ja madalatele ε 2 energiaväärtustele. Seoses ahela pöörleva isomeeri mudeliga võib esimese omistada ± Gauche isomeeridele, teise trans-isomeeridele. T > T c juures iseloomustab polümeeri suur konformatsiooniline hulk ja märkimisväärne molaarne konformatsioonientroopia S K . Temperatuuri langedes väheneb segmentide soojusliikumise intensiivsus, s.t. ahela paindlikkus, seetõttu külmuvad siseenergia suurtele (ε 1) väärtustele vastavad konformatsioonid välja ja S K väheneb. Teatud temperatuuril T = T 2 muutub transkonformatsioonide üleminek "+" või "-" gauche'iks võimatuks ja segmentide termiline liikumine peatub. See tähendab, et ∆S K = 0, kui rakendame konformatsioonilise entroopia arvutamiseks Boltzmanni valemit ja eeldame, et termodünaamiline tõenäosus on võrdne konformatsiooniarvuga.
Kuna T2 on temperatuur, mille juures ülejahutatud vedeliku (antud juhul amorfse polümeeri) liigne entroopia võrreldes kristalliga muutub nulliks, loetakse Gibbs-Di Marzio teoorias klaasisiirdumine teist järku faasisiire. Tõepoolest, klaasisiirde ajal täheldatakse sellise ülemineku mõningaid formaalseid märke - soojusmahtuvuse hüppe, mahupaisumise koefitsiendi järsk muutus jne. Lisaks näidati, et klaasistumisprotsessi ajal jaotus ümber gauche ja trans-isomeerid, nagu on välja pakutud vastavalt Gibbs-Dee teooriale Marzio. Praktikas selgus, et T c > T 2 alati. Seetõttu eeldasid teooria autorid, et T 2 = T c ainult lõpmata väikese polümeeri jahutuskiiruse korral, kui relaksatsiooninähtused polümeerides on viidud miinimumini. Kuid isegi selle tingimuse korral on vale tuvastada klaasisiirde teise järgu faasisiire, sest klaasisiire fikseerib metastabiilse oleku, mille entroopia mis tahes temperatuuril on suurem kui kristalse oleku entroopia. Seega tuleb arvestada, et punktides T 2 ja T c on kaks sõltumatut üleminekut, mis korreleeruvad üksteisega. Klaasi ülemineku termodünaamilist teooriat arendati edasi Adam ja Gibbsi töödes.
Klaasi ülemineku kineetiline teooria. Tugeva molekulidevahelise interaktsiooniga polaarsete polümeeride puhul annab häid tulemusi Žurkovi teooria, üks esimesi klaasistumisteooriaid. Selle teooria kohaselt on polümeeri klaasisiirde, s.o. segmentide termilise liikumise peatumine on tingitud nõrkade molekulidevaheliste sidussidemete ruumilise võrgustiku moodustumisest - dipool, doonor-aktseptor (sh vesinik).
Molekulidevahelise interaktsiooni energia sõltub temperatuurist vähe, samas kui ühikute soojusliikumise energia on võrdeline kT-ga. Temperatuuri langedes soojusliikumise energia väheneb ja kui see osutub ebapiisavaks molekulidevahelise interaktsiooni jõudude ületamiseks, tekib molekulidevaheliste sidemete võrgustik, s.t. klaasi üleminek Sel juhul piisab klaasjas olekusse üleminekuks Kuhni segmentide liikuvuse "külmutamisest", samal ajal kui teiste struktuurielementide - lülide, külgmiste asendajate - liikumine säilib.
Molekulidevaheliste sidemete moodustumine klaasjas olekusse üleminekul mitmete polaarsete polümeeride – polüamiidide, polüvinüülalkoholi, želatiini – puhul on tõestatud IR-spektroskoopiaga. Vastavalt Žurkovi teooriale suureneb polümeeri polaarsuse ja sellest tulenevalt ka ahela jäikuse kasvades klaasistumistemperatuuri väärtus (joonis 4.7).
Polümeeride polaarsete rühmade blokeerimine väikese molekulmassiga ühendite väikeste lisanditega viib makromolekulaarsete interaktsioonide ja vastavalt klaasistumistemperatuuri vähenemiseni. Eksperimentaalsed andmed kinnitavad seda seisukohta.
Eelneva põhjal on ilmne, et klaasistumistemperatuur sõltub eelkõige ahela painduvust ja konformatsiooniliste üleminekute võimalikkusest määravatest teguritest. Ahela paindlikkuse määrab põhiahela sidemete iseloom, samuti selles ahelas olevate asendajate maht ja polaarsus. Näiteks on teada, et eetersidemete sisestamine ahelasse suurendab selle paindlikkust ja amiidrühmad - vähendab seda. Vastavalt sellele esimesel juhul klaasistumistemperatuur langeb, teisel juhul tõuseb (vt tabel 4.1). Asetäitja mõju avaldub enamasti järgmiselt:
niinimetatud massilised mittedeformeeruvad asendajad tõstavad klaasistumistemperatuuri, näiteks polüstüreeni ja polüvinüülnaftaleeni puhul on see vastavalt 100 °C ja 211 °C;
painduvad külgrühmad alandavad klaasistumistemperatuuri, näiteks polümetüülakrülaadi ja polübutüülakrülaadi klaasistumistemperatuur on vastavalt 2 °C ja -40 °C;
Asendaja polaarsuse suurenemine toob kaasa ahela paindlikkuse vähenemise selle pöörlemisvabaduse piiramise tõttu ja selle tulemusena klaasistumistemperatuuri tõusu.
Nagu eespool mainitud, mõjutab viimane madala molekulmassiga väärtuste piirkonnas polümeeri klaasistumistemperatuuri. Seda seletatakse lühikesi ahelaid sisaldava polümeeri vaba mahu suurenemisega, kuna nende otsad takistavad makromolekulide tihedat pakkimist. Madala molekulmassiga polümeeri liigne vaba maht toob kaasa asjaolu, et makromolekulide konformatsioonilised üleminekud võivad toimuda madalamatel temperatuuridel võrreldes suurema molekulmassiga polümeeriga.
Ristseotud polümeeride puhul ilmneb vastupidine nähtus - ristsidumine "viib kokku" makromolekulid, mis toob kaasa "ristseotud" polümeeri vaba mahu vähenemise ja klaasistumistemperatuuri tõusu võrreldes lineaarne.
| " |
Ettevõte Olenta müüb tohutut valikut polümeermaterjale. Meil on alati saadaval kvaliteetsed termoplastid, sealhulgas vedelkristallpolümeerid. Olentas töötavad töötajad omavad kõrgharidust ja tunnevad suurepäraselt polümeeri valmistamise iseärasusi. Meilt saate alati nõu ja igasugust abi materjali valiku ja tehnoloogilise protsessi korralduse osas.
Vedelkristallilistel polümeeridel on väga kõrge jäikus ja tugevus. Nad ei tekita valamisel välku. Soovitatav täppisvalamiseks. Neil on suurepärane mõõtmete stabiilsus. Iseloomustab väga lühike jahutusaeg. Neid iseloomustab äärmiselt madal liitetugevus. Siit leiate Toray vedelkristallpolümeeri. Materjal on toodetud Jaapanis asuvas tehases.
Toray toodetud vedelkristallpolümeer
| Täitmine | Bränd | Kirjeldus | Rakendus |
| Klaasi täitmine | Kõrge tugevusega polümeer, 35% klaasitäidisega | Mikroelektroonika |
|
| Lühike klaas | Suure voolavusega polümeer, 35% klaasitäidisega | Mikroelektroonika |
|
| Lühike klaas ja mineraalid | Super suure voolavusega polümeer, 30% klaasitäidisega | Mikroelektroonika |
|
| Antistaatiline polümeer, 50% täidis | Mikroelektroonika |
||
| Klaas ja mineraalid | Madal kõverus, 50% täidis | Mikroelektroonika |
|
| Mineraalid | Väike kõverus, 30% täidis | Mikroelektroonika |
Vedelkristallpolümeeride omadused
Erinevalt traditsioonilistest polümeeriühenditest on neil materjalidel mitmeid iseloomulikke omadusi. Vedelkristallilised polümeerid on kõrgmolekulaarsed ühendid, mis võivad välistingimuste mõjul oma olekut muuta. Tänu paindlikele molekulaarsidemetele on makromolekulide ahel võimeline muutma oma kuju laias vahemikus ning moodustama stabiilse ja vastupidava kristalse struktuuri.
Need polümeerid säilitavad stabiilsed tugevusomadused kuni sulamistemperatuurini. Neil on väga kõrge keemiline vastupidavus ja dielektrilised omadused.
Vedelkristallpolümeere kasutatakse laialdaselt elektroonikakomponentide, mikrolainekindlate kööginõude ja meditsiiniinstrumentide tootmisel.
Firmast OLENTA
Meie ettevõttel on mitmeid eeliseid:
- mõistlikud hinnad;
- suurte kogemustega spetsialistid;
- tähtaegadest ja kokkulepetest rangelt kinnipidamine;
- lai valik konstruktsiooniplaste;
- koostöö suurimate polümeeritootjatega.
OLENTA tarnib vedelkristallpolümeere eranditult usaldusväärsetelt tootjatelt. See mitte ainult ei taga laitmatut kvaliteeti, vaid vähendab ka tarnehäirete või kohustuste ebaõige täitmisega seotud riske.
Avaldame Moskva Riikliku Ülikooli keemiateaduskonna makromolekulaarsete ühendite osakonna vanemteaduri, dotsendi, keemiateaduste doktori, Vene Föderatsiooni presidendi noorteadlaste preemia 2009. aasta laureaadi loengu stenogrammi. , Aleksei Bobrovski, antud 2. detsembril 2010 Polütehnikumi muuseumis projekti "Public Lectures Polit. RU" raames.
Vaata ka:
Loengu tekst. 1. osa
Tere õhtust! Teen reglemendis paar muudatust: loeng koosneb kahest osast: esmalt vedelkristallid, seejärel vedelkristallpolümeerid, seega soovitan esitada mõned küsimused pärast esimest osa. See läheb lihtsamaks.
Tahaksin öelda, et põhiülesanne, mille ma endale selleks loenguks valmistudes seadsin, ei ole mitte niivõrd koormata teid rohke teabega vedelkristallide ja nende kasutamise kohta, vaid see, et teid kuidagi huvitaks vedelkristallide vastu, et teile anda. mõned esialgsed mõisted: mis need on ja näitavad, kui ilusad ja huvitavad nad on, mitte utilitaarsest vaatenurgast (kus neid kasutada saab), vaid teaduse ja kunsti vaatepunktist (kui ilusad nad iseenesest on). Minu raporti plaan.
Kõigepealt räägin teile, millal ja kuidas avastati vedelkristalli olek, mis muudab vedelkristallid teiste objektidega võrreldes ainulaadseks ning oma ettekande teises osas räägin vedelkristallpolümeeridest ja sellest, miks need on huvitavad ja imelised. .
Kõik teavad, et enamikus ainetes moodustavad molekulid kristallilise oleku, molekulid moodustavad kolmemõõtmelise kolmemõõtmelise kristallvõre ja teatud temperatuurini kuumutamisel täheldatakse faasisiiret kolmemõõtmelisest korrastatud olekust faasini. korrastamata vedel olek ja edasise kuumutamisega - gaasilisse olekusse . Selgus, et on mõned vahepealsed faasid, millel on vedeliku agregaatolek, kuid siiski on neil mingi järjekord: mitte kolmemõõtmeline, vaid kahemõõtmeline või mõni muu degenereerunud järjekord. Nüüd selgitan, millest me räägime.
Esimene teade ebatavalisest aine olekust – aine vedelkristallilisest olekust, kuigi seda terminit tol ajal veel ei eksisteerinud – toimus 1888. aastal. Mõnedel muudel andmetel registreeriti aine selline ebatavaline olek 1850. aastal, kuid üldiselt on aktsepteeritud, et 1888. aastal uuris Austria teadlane Friedrich Reinitzer ainet kolesterüülbensoaati – kolesterooli derivaati – ja avastas, et kuumutamisel 145°, muutub kristalliline faas (valge pulber) kummaliseks häguseks vedelikuks ja edasisel kuumutamisel 179°-ni täheldatakse üleminekut tavaliseks läbipaistvaks vedelikuks. Ta püüdis seda ainet puhastada, kuna ta polnud kindel, et tal on puhas kolesterüülbensoaat, kuid sellegipoolest reprodutseeriti need kaks faasisiiret. Ta saatis selle aine proovi oma sõbrale füüsikule Otto von Lehmannile. Lehman uuris tavalisi kristalle, sealhulgas plastkristalle, mis on katsudes pehmed ja erinevad tavalistest kõvadest kristallidest. Peamine uurimismeetod oli polarisatsioonioptiline mikroskoopia - mikroskoop, milles valgus läbib polarisaatorit, läbib ainet ja seejärel läbi analüsaatori - läbi õhukese ainekihi. Kui asetada teatud aine kristallid polarisaatori ja analüsaatori vahele, on võimalik näha tekstuure – erinevatele kristalsetele ainetele iseloomulikke kujutisi – ja seeläbi uurida kristallide optilisi omadusi. Selgus, et Otto von Lehmann aitas tal mõista, mis oli vahepealse seisundi, meelepette põhjus. Otto von Lehmann oli tõsiselt veendunud, et kõik kristalsete ainete, kristallide omadused sõltuvad ainult molekulide kujust ehk pole vahet, kuidas nad selles kristallis paiknevad, oluline on molekulide kuju. Ja vedelkristallide puhul oli tal õigus – molekulide kuju määrab vedelkristallilise faasi moodustamise võime (peamiselt molekulide kuju). Siinkohal tahaksin rääkida vedelkristallide uurimise peamistest ajaloolistest etappidest, mis on minu arvates kõige olulisemad.
1888. aastal kirjutas Reinitzer, et on kristalle, mille pehmus on selline, et neid võib vedelateks nimetada, siis Lehmann kirjutas artikli voolavatest kristallidest, tegelikult lõi ta selle termini vedelkristallid. Oluline ajalooline episood: 20-30ndatel uuris nõukogude füüsik Fredericks erinevate magnet- ja elektriväljade mõju vedelkristallide optilistele omadustele ning avastas olulise asja: molekulide orientatsioon vedelkristallides muutub väga kergesti väliste väljade mõju ning need väljad on väga nõrgad ja muutuvad väga kiiresti. Alates 60ndate lõpust algas vedelkristallsüsteemide ja vedelkristallifaaside uurimise buum ning seda seostatakse asjaoluga, et nad õppisid neid kasutama. Esiteks sai tavaliste elektrooniliste digitaalkellade, seejärel kalkulaatorite ja arvutitehnoloogia tulekuga teabe kuvamissüsteemide puhul selgeks, et vedelkristalle saab ekraanide valmistamiseks aktiivselt kasutada. Loomulikult on selline tehnoloogiline hüpe ärgitanud vedelkristallide uurimist fundamentaalteaduse seisukohalt, kuid juhin tähelepanu sellele, kui suur on vedelkristallidega seotud teaduslike avastuste ajavahe. Tegelikult tundsid inimesed nende vastu huvi uudishimust, utilitaarne huvi puudus, keegi ei osanud neid kasutada ja pealegi oli neil aastatel (20-30ndad) relatiivsusteooria palju huvitavam. Muide, Fredericks oli relatiivsusteooria populariseerija Nõukogude Liidus, seejärel represseeriti ja suri laagrites. Tegelikult möödus vedelkristallide avastamisest 80 aastat, kuni nad õppisid neid kasutama. Toon selle näite sageli teaduse rahastamise iseärasustest rääkides.
Tahaksin peatuda vedelkristallfaasi peamistel tüüpidel. Kuidas mesofaas, nimelt vedelkristalliline faas, töötab?
Tavaliselt moodustavad vedelkristalli faasi molekulid, millel on varda- või kettakujuline kuju, see tähendab, et neil on kuju anisomeetria, peamiselt vardad või kettad. Võite ette kujutada head katset, mida on lihtne üles seada: kui valate pulgad juhuslikult karpi ja raputage seda, siis selle raputamise tulemusena märkate, et pulgad ise on virnastatud paralleelselt, mis on kõige lihtsam nematika. faas on korraldatud. Teatud suunas on orientatsiooniline järjekord, kuid molekulide massikese on korrastamata. On palju keerulisemaid faase, näiteks smektilist tüüpi, kui massikese on tasapindadel, see tähendab selliseid kihilisi faase. Kolesteeriline faas on väga huvitav: selle lokaalne järjestus on sama, mis nemaatilisel, on orientatsiooniline järjekord, kuid sadade nanomeetrite kaugusel moodustub teatud väändesuunaga spiraalne struktuur ja selle välimus. see faas on tingitud asjaolust, et molekulid on kiraalsed, see tähendab, et sellise spiraalse keerdumise moodustamiseks on vaja molekulaarset kiraalsust (selgitan hiljem, mis see on). Sellel faasil on ka huvitavaid omadusi, nagu nemaatiline, ja see võib leida ka rakendust. Need faasid, millest ma rääkisin, on kõige lihtsamad. Seal on nn sinised faasid.
Nendel peatun veidi, kui räägin polümeeridest, see on veidi seotud minu tööga. Siin näitavad need jooned molekulide orientatsiooni suunda ja selliste faaside põhiliseks struktuurielemendiks on sellised silindrid, milles molekulide pikkade telgede orientatsioon nutikalt muutub, st selle silindri keskel on orientatsioon mööda silindri telg ja kui see eemaldub perifeeriasse, täheldatakse pöörlemist. Need faasid on struktuuri seisukohalt väga huvitavad, polariseerivas mikroskoobis väga ilusad ja oluline on märkida, et madala molekulmassiga vedelkristallide puhul esinevad need faasid mõne kümnendiku kraadi ulatuses, parimal juhul 2 -3° temperatuurivahemikku ja polümeeride puhul õnnestus mul need huvitavad struktuurid jäädvustada ja sellest räägin hiljem. Natuke keemiat. Millised näevad välja vedelkristalli molekulide struktuurid?
Tavaliselt on 2-3 benseenitsüklist koosnev aromaatne osa, mõnikord võib olla otse seotud kaks aromaatset tsüklit, võib olla siduv fragment. Oluline on, et see fragment oleks piklik, st selle pikkus oleks suurem kui laius ja üsna jäik ning ümber pika telje pöörlemine on võimalik, kuid selle pöörlemise ajal jääb kuju piklikuks. See on vedelkristallfaasi tekkeks väga oluline. Painduvate sabade olemasolu molekulis on oluline – need on erinevad alküülsabad ning oluline on erinevate polaarsete asendajate olemasolu. See on rakenduse jaoks oluline ja tekitab dipoolmomente ja võimet ümber orienteeruda välisväljades, st see molekul koosneb kahest põhiosast: mesogeensest fragmendist, millel on mõni asendaja (polaarne või mittepolaarne) ja painduv saba. mis võib painduda. Miks seda vaja on? See toimib sisemise plastifikaatorina, sest kui võtta jäikaid molekule, siis need kristalliseeruvad – neist moodustub kolmemõõtmeline kristall ilma ühegi mesofaasita, ilma vedelkristallifaasideta ja painduv saba aitab sageli kaasa sellele, et kristallide vahele tekib vahefaas. ja tavaline isotroopne vedelik. Teist tüüpi molekulid on kettakujulised molekulid. Siin on selliste ketaste üldine struktuur, mis võivad moodustada ka mesafaase, kuid neil on täiesti erinev struktuur kui piklikutel molekulidel põhinevatel faasidel. Tahaksin teile rõhutada, kui ilusad on vedelkristallid polariseeriva mikroskoobi all.
Polarisatsioonimikroskoopia on esimene meetod vedelkristallide uurimiseks, st pildi järgi, mida uurija ristuvate polarisaatorite polariseerivas mikroskoobis vaatleb, saab otsustada, milline mesofaas, mis tüüpi vedelkristallfaas tekib. See on iseloomulik pilt nemaatilisele faasile, mille molekulid moodustavad ainult orientatsioonilise järjestuse. Selline näeb välja smektiline faas. Et anda teile aimu kõige selle skaalast, see tähendab, et see on palju suurem kui molekulaarne skaala: pildi laius on sadu mikroneid, see tähendab, et see on makroskoopiline pilt, palju suurem kui lainepikkus nähtavast valgusest. Ja selliseid pilte analüüsides saab hinnata, milline struktuur seal on. Loomulikult on nende mesofaaside struktuuri ja mõningate struktuuriliste iseärasuste määramiseks olemas täpsemad meetodid – meetodid nagu röntgendifraktsioonanalüüs, mitmesugused spektroskoopia liigid –, mis võimaldab meil mõista, kuidas ja miks molekulid ühel või teisel viisil pakitakse. .
Teist tüüpi pilt on lühikeste DNA fragmentide kontsentreeritud lahus (vesilahus) – selline pilt saadi Colorado ülikoolis. Üldiselt on vedelkristallfaaside tekke olulisus ja iseärasused bioloogilistes objektides eraldi suure arutelu teema ja ma ei ole selles asjatundja, kuid võin öelda, et paljudest bioloogilist laadi polümeeridest saab vedelikku toota. kristalliline faas, kuid see on tavaliselt lüotroopne vedelkristallfaas, st Selle vedelkristallilise faasi moodustumiseks on oluline, et lahusti, näiteks vesi, oleks kohal. Need on need pildid, mille ma sain.
Selline näeb välja kolesteeriline mesofaas – üks tüüpilisi pilte. Tahaksin näidata, kui ilusad faasisiirded välja näevad: kui temperatuur muutub, saame jälgida faasisiiret.
Temperatuuri muutumisel täheldatakse murdumise muutust, nii et värvid muutuvad, läheneme üleminekule - ja täheldatakse üleminekut isotroopsele sulale, see tähendab, et kõik on tumenenud, ristuvates polarisaatorites on nähtav tume pilt.
Teisel juhul on see veidi keerulisem: alguses on näha tume pilt, kuid loodus petab meid, molekulid on lihtsalt orienteeritud nii, et nad näevad välja nagu isotroopne sulam, kuid seal oli vedelkristalliline faas. Siin on üleminek teisele vedelkristallilisele faasile – jahtumisel muutuvad järjestatud orientatsioonid. Punane värv on seotud spiraalse struktuuriga, millel on spiraali teatud samm ja spiraali samm muutub, spiraal keerdub, seega toimub värvide muutus. Nähtavad on mitmesugused erinevused, see tähendab, et spiraal keerleb ja nüüd täheldatakse mingil hetkel selle proovi kristalliseerumist, see kõik muutub siniseks. Näitan seda sellega, et minu üheks isiklikuks motiiviks näiteks vedelkristalle uurida on nende ilu, vaatan neid mõnuga läbi mikroskoobi, mul on rõõm seda teha iga päev ja esteetiline huvi on toetatud. teadusliku huvi tõttu. Nüüd toimub kristalliseerumine, kõik toimub reaalajas. Mul pole kellasid ja vilesid, see on tavaline mikroskoobi külge kinnitatud seebialus, nii et kvaliteet on vastav. Siin kasvavad selle ühendi sferuliitid. Selle ühendi sünteesisid meile Tšehhi Vabariigi keemikud. (Sünteesime ise ka LCD-ühendeid.) Natuke tuleb rääkida, miks neid laialdaselt kasutatakse.
Igaüks meist kannab endaga kaasas väikest kogust vedelkristalle, sest kõik mobiiltelefonide monitorid põhinevad vedelkristallidel, rääkimata arvutimonitoridest, kuvaritest, telerimonitoridest ning tõsisest konkurentsist plasmamonitoride ja LED-monitoride poolt üldiselt – siis nagu nii palju kui mina tean (ma pole selles asjatundja), ei. Vedelkristallid on stabiilsed ega vaja pildi ümberlülitamiseks palju pinget – see on väga oluline. Vedelkristallides täheldatakse olulist kombinatsiooni, nn omaduste anisotroopiat, see tähendab omaduste erinevust keskkonna eri suundades, nende madalat viskoossust, teisisõnu voolavust, on võimalik luua mingisugune optiline. seade, mis lülituks ja reageeriks iseloomuliku lülitusajaga millisekundid või isegi mikrosekundid, on siis, kui silm ei märka selle muutuse kiirust, mistõttu on võimalik LCD-de ja telerite olemasolu ning väga kõrge tundlikkus väliste väljade suhtes. Need mõjud avastati enne Fredericksi, kuid tema uuris neid ja orientatsiooni üleminekut, millest ma nüüd räägin, nimetatakse Fredericksi üleminekuks. Kuidas töötab lihtne digitaalne kella sihverplaat ja miks vedelkristalle nii laialdaselt kasutatakse?
Seade näeb välja selline: seal on vedelkristalli kiht; pulgad tähistavad vedelkristalli molekulis orientatsiooni suunda, loomulikult ei ole need mõõtkavas, on palju väiksemad kui ülejäänud kujunduselemendid, on kaks polarisaatorit, need on ristatud nii, et kui poleks vedelkristallkiht, valgus neid läbi ei läheks. On klaasaluseid, millele kantakse õhuke juhtiv kiht, et saaks rakendada elektrivälja; Samuti on selline keeruline kiht, mis orienteerib vedelkristalli molekule teatud viisil ja orientatsioon on seatud nii, et pealmisel substraadil on molekulid orienteeritud ühes suunas ja teisel substraadil risti. st vedelkristallmolekulide keerdorientatsioon on organiseeritud, nii et valgus polariseerijale langedes polariseerub - see siseneb vedelkristallilisse keskkonda ja selle polarisatsioonitasand pöörleb vastavalt vedeliku orientatsioonile. kristallimolekul – need on vedelkristalli molekulide omadused. Ja vastavalt sellele, kuna see pöörleb tasapinnalises polarisatsioonis 90°, läbib valgus seda geomeetriat rahulikult ja elektrivälja rakendamisel joonduvad molekulid piki elektrivälja ja seetõttu ei muuda polariseeritud valgus oma polarisatsiooni. ja ei saa läbida teist polarisaatorit. Nii ilmub tume pilt. Tegelikkuses kasutatakse käekellal peeglit ja sellest saab teha segmente, mis võimaldavad mingit pilti visualiseerida. See on muidugi kõige lihtsam skeem, vedelkristallkuvarid on palju keerukama struktuuriga, mitmekihilised, kihid on tavaliselt väga õhukesed – kümnetest nanomeetritest mikroniteni –, aga põhimõte on põhimõtteliselt sama ja see üleminek on siis, kui Molekulide orientatsiooni muutumist mööda elektri- või magnetvälja (monitorid kasutavad elektrivälja, kuna see on lihtsam) nimetatakse Fredericksi üleminekuks (efektiks) ja seda kasutatakse aktiivselt kõigis sellistes seadmetes. Esimene prototüüp on sihverplaadis olev nemaatiline ekraan.
Ja see pilt illustreerib, kui väikest elektrivälja on vedelkristalli molekuli ümberorienteerimiseks vaja. Tegelikult on see galvaaniline element, mis koosneb kahest kartulist kui elektrolüüdist, see tähendab, et selliseks ümberorienteerimiseks on vaja väga väikest pinget umbes 1 V, mistõttu neid aineid kasutatakse nii laialdaselt. Teine rakendus, ja me räägime kolesteroolilistest vedelkristallidest, millest ma räägin üksikasjalikumalt, on tingitud asjaolust, et nad on võimelised muutma värvi sõltuvalt temperatuurist.
See on tingitud spiraali erinevast sammust ja on võimalik visualiseerida näiteks temperatuurijaotust. Olen lõpetanud rääkimise väikese molekuliga vedelkristallidest ja olen valmis kuulama teie küsimusi nende kohta, enne kui asun polümeersete vedelkristallide juurde.
Loengu arutelu. 1. osa
Tatjana Sukhanova, Bioorgaanilise Keemia Instituut: Vastake amatööri küsimusele: millises vahemikus muutub vedelkristallide värvus ja kuidas see sõltub nende struktuurist?
Aleksei Bobrovski: Me räägime kolesteerilistest vedelkristallidest. Siin muutub värv sõltuvalt kolesteerilise spiraali kõrgusest. On kolesteerikuid, mis peegeldavad valgust selektiivselt vastavalt UV-piirkonnas, nähtamatus piirkonnas, ja on kolesteerikuid, mis peegeldavad valgust selektiivselt selle perioodilisuse tõttu infrapunapiirkonnas, see tähendab, et me räägime mikronitest, kümnetest mikronitest ja värvipiltide puhul, mida näitasin polariseeritud optilises mikroskoopias, on seal keerulisem ja värv on tingitud sellest, et polariseeritud valgus, vedelkristalli polarisatsioonitasand, pöörleb erinevalt ja see sõltub lainepikkus. Seal on keeruline värvivalik ja kogu nähtav vahemik on kaetud, see tähendab, et saate välja mõelda erinevaid värve.
Boriss Dolgin: Kas saaksite meile elust natuke rohkem rääkida?
Aleksei Bobrovski: Elust? Täpsemalt vedelkristallide rolli kohta bioloogias?
Boriss Dolgin: Jah.
Aleksei Bobrovski: Kahjuks pole see üldse minu teema. Ma annan teile raamatu lõpus lingi. Esiteks, kui räägitakse vedelkristallide seotusest bioloogias, siis räägitakse sellest, kuidas neid saab kasutada meditsiinis - erinevaid võimalusi on palju. Lipiidrakkude membraanides tekib vedelkristalliline olek mõistlikel bioloogilistel temperatuuridel.
Boriss Dolgin: Ja see pole üldse artefakt ja see on lisauuring.
Aleksei Bobrovski: Jah. Mulle tundub, et vedelkristallilise oleku roll pole siiani tegelikult teada ja mõnikord on tõendeid selle kohta, et DNA rakus võib vedelkristallilises olekus eksisteerida, kuid see on tulevaste uuringute teema. See ei ole minu teadusvaldkond. Mind huvitavad rohkem vedelkristallilised sünteetilised polümeerid, millest räägin pikemalt.
Boriss Dolgin: Kas LCD-polümeerid on täiesti kunstlikud?
Aleksei Bobrovski: Jah, enamasti on kõik kunstlik. Näiteks mõnede mardikate ja liblikate värvumine on tingitud sellistest looduslikest mitte vedelkristallidest, vaid kitiinsetest bioloogilistest polümeeridest tulenev külmunud vedelkristalliline olek. Nii jõudis evolutsioon selleni, et värvimine ei tulene pigmentidest, vaid polümeeride kavalast struktuurist.
Mihhail Potanin: Mul on küsimus vedelkristallide magnetilise tundlikkuse kohta. Kui tundlikud nad on Maa magnetväljade suhtes? Kas nendega on võimalik kompasse teha?
Aleksei Bobrovski: Ei, sa ei saa. Kahjuks juhtus nii. Mis määrab vedelkristallide tundlikkuse? On olemas diamagnetilise vastuvõtlikkuse ja dielektrilise konstandi kontseptsioon ning elektrivälja puhul on kõik palju mugavam ja parem ehk seal piisab, kui panna sellisele vedelkristallelemendile reaalselt 1 V - ja kõik saab korda. ümber orienteeritud ja magnetvälja puhul räägime tesladest - sellised väljatugevused võrreldamatult suuremad kui Maa magnetvälja tugevus,
Lev Moskovkin: Mul võib olla täiesti amatöörlik küsimus. Loeng on täiesti võluv, esteetiline rahulolu on suurepärane, kuid esitlus ise on seda vähem. Teie näidatud pildid meenutavad tuuma – need on ka esteetiliselt aktiivsed – ja Jabotinsky reaktsiooni, kuigi teie pildid ei ole tsüklilised. Aitäh.
Aleksei Bobrovski: Ma ei ole valmis sellele küsimusele vastama. Seda tuleb kirjanduses vaadata. Polümeerides ja vedelkristallides on olemas "katlastumise" teooria, see tähendab enesesarnasust. Mul on sellele küsimusele raske vastata, ma ei ole selles teemas pädev.
Natalia: Nüüd antakse Nobeli auhindu Venemaa teadlastele. Teie arvates oleks Fredericks võinud selle auhinna saada, kui ta oleks ellu jäänud? Üldiselt, kas keegi selle teemaga tegelenud teadlastest sai Nobeli preemia?
Aleksei Bobrovski: Ma arvan, et Fredericks oleks muidugi esimene kandidaat. Ta suri sõja ajal laagris. Kui ta oleks elanud aastani 1968–1970, oleks ta olnud esimene Nobeli preemia kandidaat – see on üsna ilmne. Ikkagi suurepärane füüsik, aga preemiat ei antud (jutt käib meie teadlastest), – Tsvetkov on Peterburi füüsikute kooli rajaja, kahjuks lagunes see ühel või teisel määral. Küsimust, kes sai Nobeli vedelkristallide eest, konkreetselt ei kaalutud ega uuritud, kuid minu arvates sai Nobeli polümeeride ja vedelkristallide auhinna ainult Paul de Gennes.
Boriss Dolgin: Kas vedelkristallide uurimise mood on igaveseks kadunud?
Aleksei Bobrovski: Jah, muidugi pole enam põnevust, sest kõige lihtsama mesofaasiga (nemaatiline vedelkristallfaas) on juba palju selge ja selge, et see on kasutamiseks kõige optimaalsem. Keerulisemate faaside vastu tuntakse endiselt huvi, sest võrreldes hästi uuritud faasidega on võimalik saada mõningaid eeliseid, kuid vedelkristallilist olekut käsitlevate publikatsioonide arv väheneb.
Boriss Dolgin: See tähendab, et te ei näe mõistmises kvalitatiivseid hüppeid, ühtegi tsooni, kus oleks globaalne mõistatus.
Aleksei Bobrovski: Ma arvan, et parem on mitte ennustada, sest kõike võib juhtuda. Teadus ei arene alati järjepidevalt. Mõnikord tuleb ette imelikke hüppeid, nii et ma ei võta ette mingeid ennustusi.
Konstantin Ivanovitš: Tahaksin teada, kui ohutud nad inimelule on.
Aleksei Bobrovski: LCD-ekraane tootvad inimesed läbivad ohutustestid. Kui juua liiter vedelkristalli, siis tekib ilmselt paha tunne, aga kuna kasutatakse milligramme, siis tõsist ohtu pole. See on palju turvalisem kui termomeetrist lekkiv katkine elavhõbe. See on kahju poolest täiesti võrreldamatu. Nüüd on tekkimas vedelkristallide ringlussevõtu uurimine. Olen kuulnud ühest raportist, kus seda probleemi tõsiselt võetakse, et praaki on juba palju ja kuidas seda taaskasutada, kuid keskkonnaprobleemid on minimaalsed. Nad on ohutud.
Boriss Dolgin: Väga huvitav asi oli lõpus. Kui kujutate ette kasutatud LCD monitori ja nii edasi. Mis temast edasi saab, mis toimub? Kuidas seda utiliseeritakse - või ei kõrvaldata või laguneb kuidagi või jääb alles?
Aleksei Bobrovski: Arvan, et vedelkristalli molekulid on esimene asi, mis välismõjude mõjul laguneb.
Boriss Dolgin: Nii et siin pole erilist spetsiifikat?
Aleksei Bobrovski: Muidugi mitte. Ma arvan, et seal on plastiku ja polümeeride ringlussevõtuga seotud probleemid palju keerulisemad.
Oleg: Palun öelge, mis määrab vedelkristallfaaside temperatuurivahemiku? Nagu teate, töötavad kõik kaasaegsed kuvarid väga laias temperatuurivahemikus. Kuidas see saavutati ning milliste aine omaduste ja struktuuri järgi need on määratud?
Aleksei Bobrovski: Suurepärane küsimus. Tõepoolest, tavalistel ühenditel, enamikul üksikult sünteesitavatest orgaanilistest ühenditest, on sellised temperatuurid, nagu näitasin, kolesterüülbensoaat sulab 140 °C juures, seejärel laguneb isotroopselt 170 °C juures. On üksikuid aineid, mille sulamistemperatuur on madal, umbes toatemperatuur, ja mis muutuvad tavaliseks isotroopseks vedelikuks umbes 50° juures, kuid nii laia temperatuurivahemiku, kuni miinustemperatuurideni, realiseerimiseks tuli teha segusid. Erinevate ainete tavapärased segakompositsioonid, mille segamisel väheneb nende sulamistemperatuur oluliselt. Selline nipp. Tavaliselt on need homoloogsed seeriad, näidikutes kasutatakse bifenüülderivaati, kus puudub X ja nitriili asendaja ning alküülsabadeks võetakse erineva pikkusega sabad ning 5-7 komponendi segu võimaldab alandada. sulamistemperatuur alla 0 °, jättes samal ajal puhastustemperatuuri, see tähendab vedelkristalli üleminekut isotroopsesse faasi, üle 60 ° - see on selline trikk.
Loengu tekst. 2. osa
Kõigepealt tahaksin öelda, mis on polümeerid.
Polümeerid on ühendid, mis saadakse korduva kordamise teel, see tähendab identsete ühikute keemilise sidumise teel - kõige lihtsamal juhul identsed, nagu polüetüleeni puhul, on need CH 2 ühikud, mis on omavahel ühendatud ühes ahelas. Muidugi on keerulisemaid molekule, isegi DNA molekule, mille struktuur ei kordu ja on väga keeruliselt organiseeritud.
Polümeeri topoloogia peamised tüübid: lihtsaimad molekulid on lineaarse ahelaga molekulid, on hargnenud, kammikujulisi polümeere. Kammikujulised polümeerid on mänginud olulist rolli vedelkristalliliste polümeeride valmistamisel. Tähekujulised rõngakujulised polükatenaanid on mitmesuguse molekulaarse kujuga. Kui vedelkristalli oleku uurimine oli täies hoos, siis kui hakati uurima vedelkristalle, tekkis mõte: kas vedelkristallide ainulaadseid optilisi omadusi on võimalik ühendada polümeeride heade mehaaniliste omadustega - võime moodustada katteid, kilesid. , ja mõned tooted? Ja mis 1974. aastal meelde tuli (seal oli esimene väljaanne) - 60ndate lõpus - 70ndate alguses hakkasid nad pakkuma erinevaid lähenemisviise vedelkristalliliste polümeeride tootmiseks.
Üks lähenemine on vardakujuliste, pulgakujuliste molekulide kinnitamine lineaarsele makromolekulile, kuid selgus, et sellised polümeerid ei moodusta vedelkristallilist faasi – need on tavalised haprad klaasid, mis kuumutamisel hakkavad lagunema ega anna midagi. . Seejärel pakuti paralleelselt kahes laboris (sellest räägin lähemalt hiljem) lähenemine selliste vardakujuliste molekulide kinnitamiseks polümeeri põhiahelasse läbi painduvate vahetükkide – või vene keeles lahtisidumise. Ja siis selgub järgmine: peamise polümeeri ahela vahel on kerge autonoomia, see kulgeb suuresti iseseisvalt ja vardakujuliste molekulide käitumine, see tähendab, et peamine polümeerahel ei sega vardakujulise ahela moodustumist. vedelkristalli faasi fragmendid.
Selline lähenemine osutus väga viljakaks ja paralleelselt kahes laboris - Nikolai Alfredovich Plate'i laboris Nõukogude Liidus ja Ringsdorfi laboris - pakuti sellist lähenemisviisi iseseisvalt välja ja mul on hea meel nüüd töötada Valeri Petrovitš Šibajevi laboris Moskva Riikliku Ülikooli keemiateaduskonnas, see tähendab, et töötan laboris, kus see kõik leiutati. Loomulikult oli prioriteetide üle vaidlusi, kuid see kõik pole oluline.
Vedelkristallpolümeeride peamised tüübid. Ma ei räägi sellistest põhiahelatest ega peamise polümeeri ahela põhirühmadest (see on üks selliste polümeeride tüüp), räägin peamiselt kammikujulistest vedelkristallilistest polümeeridest, mille vardakujulised killud on ühendatud põhikett läbi painduva alifaatse lahtisiduri.
Vedelkristalliliste polümeeride loomise lähenemisviisi oluline eelis sünteesi ja erinevate omaduste kombineerimise seisukohalt on homopolümeeride saamise võimalus. See tähendab, et võtate monomeeri, mis on siin skemaatiliselt kujutatud kaksiksideme tõttu võimeline moodustama ahelmolekuli, ja saate homopolümeeri, see tähendab polümeeri, mille molekulid koosnevad identsetest vardakujulistest fragmentidest. , või võite teha kopolümeere, kombineerides kahte erinevat fragmenti – mõlemad võivad moodustada mesofaasi või kombineerida mittemesogeenseid fragmente mesogeensete fragmentidega ja selgub, et meil on võime keemiliselt sundida erinevaid komponente üheskoos olema. polümeeride süsteem. Teisisõnu, kui prooviksime segada sellist monomeeri sellise monomeeriga ilma keemilise sidumiseta, annaksid nad kaks eraldi faasi ja neid keemiliselt sidudes sunnime nad olema samas süsteemis ja siis ma näitan, miks see on hea.
Oluline eelis ja erinevus polümeeri vedelkristallide ja madalmolekulaarsete vedelkristallide vahel on võimalus moodustada klaasjas olek. Kui vaadata temperatuuriskaalat: meil on kõrgetel temperatuuridel isotroopne faas, kui temperatuur langeb, moodustub vedelkristalliline faas (nendes tingimustes näeb polümeer välja nagu väga viskoosne vedelik) ja jahutamisel toimub üleminek täheldatakse klaasjas olekut. See temperatuur on tavaliselt toatemperatuurile lähedane või veidi kõrgem, kuid see sõltub keemilisest struktuurist. Seega, erinevalt madala molekulmassiga ühenditest, mis on kas vedelad või lähevad kristallisse olekusse, muutub struktuur. Polümeeride puhul osutub see struktuur klaasjas olekus külmunuks, mis võib püsida aastakümneid ja see on rakenduse seisukohalt oluline, näiteks info salvestamise salvestamiseks saame muuta molekuli struktuuri ja orientatsiooni, molekuli fragmente ja külmutada need toatemperatuuril. See on madala molekulmassiga ühenditest pärit polümeeride oluline erinevus ja eelis. Milleks veel polümeerid head on?
See video demonstreerib vedelkristalli elastomeeri, see tähendab, et see tundub nagu kummipael, mis kuumutamisel kokku tõmbub ja jahutamisel paisub. See töö on võetud Internetist. See ei ole minu töö, siin on kiirendatud pilt, see tähendab, et tegelikkuses on see üleminek kahjuks täheldatav kümnete minutite jooksul. Miks see juhtub? Mis on vedelkristalli elastomeer, millel on üsna madal klaasistumistemperatuur ehk toatemperatuuril elastses olekus, aga makromolekulid on ristseotud ja kui sünteesime vedelkristallfaasis kile, siis polümeerahel kordab veidi mesogeensete rühmade orientatsiooni ja kui me Kui me seda kuumutame, lähevad mesogeensed rühmad korrastamata olekusse ja vastavalt sellele viivad peamised polümeeri ahelad korrastamata olekusse ning makromolekulaarsete mähiste anisomeetria muutub. See toob kaasa asjaolu, et kuumutamisel, üleminekul mesofaasist isotroopsesse faasi, täheldatakse proovi geomeetriliste mõõtmete muutust polümeeripoolide kuju muutumise tõttu. Madala molekulmassiga vedelkristallide puhul seda täheldada ei saa. Kaks rühma Saksamaal – Finkelman, Zentel – ja teised rühmad töötasid nende asjadega palju. Sama võib täheldada ka valguse mõjul.
Palju on töid fotokroomsete polümeeride kohta, mis sisaldavad asobenseeni fragmenti – kahte benseenitsüklit, mis on omavahel ühendatud NN kaksiksidemega. Mis juhtub, kui sellised molekulaarsed fragmendid puutuvad kokku valgusega? Täheldatakse nn trans-cis-isomerisatsiooni ja vardakujuline fragment muutub valgusega kiiritamisel kaldus kõveraks cis-vormiks, painutatud fragmendiks. See toob kaasa ka selle, et järjekord süsteemis väheneb kõvasti ja nii nagu varem nägime kuumutamisel, toimub ka kiiritamisel geomeetriliste mõõtmete vähenemine, kile kuju muutumine, antud juhul täheldasime vähendamine.
Kiiritamise ajal võib realiseerida mitmesuguseid paindedeformatsioone, st UV-valgusega kiiritades saab sellist kile painutada. Nähtava valgusega kokkupuutel täheldatakse cis-trans-isomerisatsiooni ja see kile laieneb. Võimalikud on kõikvõimalikud valikud – see võib sõltuda langeva valguse polarisatsioonist. Ma räägin sellest, sest see on nüüd üsna populaarne vedelkristalliliste polümeeride uurimisvaldkond. Selle põhjal õnnestub neil isegi mõningaid seadmeid teha, kuid siiani on kahjuks üleminekuajad üsna pikad ehk kiirus väike ja seetõttu ei saa konkreetsest kasutusest rääkida, kuid siiski on need sellised kunstlikult loodud lihased, mis toimivad, töötavad temperatuuri muutumisel või erineva lainepikkusega valguse käes. Nüüd tahaksin teile rääkida veidi oma tööst otse.
Mis on minu töö, meie labori ülesanne. Olen juba rääkinud kopolümerisatsiooni eelistest, võimalusest kombineerida ühes polümeermaterjalis täiesti erinevaid fragmente ning peamiseks ülesandeks, peamiseks lähenemisviisiks selliste erinevate multifunktsionaalsete vedelkristalliliste polümeeride loomisel on paljude funktsionaalsete monomeeride kopolümerisatsioon, mis võivad olla mesogeensed, st vastutavad vedelkristalliliste polümeeride moodustumise eest.faasid, kiraalsed (kiraalsusest räägin hiljem), fotokroomsed ehk on võimelised valguse mõjul muutuma, elektroaktiivsed, mis kannavad endas suurt dipoolmoment ja seda saab välja mõjul ümber orienteerida, võimalikud on mitmesugused funktsionaalrühmad, mis võivad näiteks metalliioonidega interakteeruda, ja materjali muutused. Ja see on selline hüpoteetiline kammikujuline makromolekul, mis on siia joonistatud, kuid tegelikkuses saame topelt- või kolmekomponentseid kopolümeere, mis sisaldavad erinevaid fragmentide kombinatsioone ja vastavalt sellele saame erinevate mõjude abil muuta nende materjalide optilisi ja muid omadusi, näiteks , valgus ja elektriväli. Üks selline näide kiraalsuse ja fotokroomsuse kombinatsioonist.
Kolesteerilisest mesofaasist olen juba rääkinud - tõsiasi on see, et moodustub spiraalne molekulaarstruktuur teatud spiraali sammuga ja sellistes süsteemides on sellise perioodilisuse tõttu valguse selektiivne peegeldus. See on filmi lõigu skemaatiline diagramm: teatud spiraali samm ja tõsiasi on see, et selektiivne peegeldus on lineaarselt seotud spiraali sammuga - proportsionaalne spiraali sammuga, see tähendab, muutes spiraali sammu ühel või teisel viisil, saame muuta filmi värvi, selektiivse peegelduse lainepikkust. Mis põhjustab sellise struktuuri teatud keerdumusega? Sellise struktuuri moodustumiseks tuleb nemaatilisse faasi viia kiraalsed fragmendid.
Molekulaarne kiraalsus on molekulide omadus olla kokkusobimatu nende peegelpildiga. Lihtsaim kiraalne fragment, mis meie ees on, on meie kaks peopesa. Need on laias laastus üksteise peegelpildid ega ole kuidagi võrreldavad. Molekulaarne kiraalsus toob nemaatilisse süsteemi võime keerduda ja moodustada spiraali. Peab ütlema, et selget ja hästi seletavat spiraali keerdumise teooriat ikka veel pole, kuid siiski järgitakse.
Seal on oluline parameeter, ma ei hakka sellel pikemalt peatuma - see on keerdumisjõud ja selgus, et keerdumisjõud - kiraalsete fragmentide võime moodustada spiraalset struktuuri - sõltub tugevalt kiraalsete fragmentide geomeetriast.
Oleme saanud kiraal-fotokroomsed kopolümeerid, mis sisaldavad mesogeenset fragmenti (näidatud sinise pulgana) – see vastutab nemaatilise vedelkristallifaasi moodustumise eest. On saadud kiraal-fotokroomsete fragmentidega kopolümeere, mis ühelt poolt sisaldavad kiraalset molekuli (rühma) ja teiselt poolt fragmenti, mis on võimeline fotoisomerisatsiooniks ehk valguse mõjul geomeetriat muutma, ja selliseid molekule kiiritades indutseerime trans-cis-isomerisatsiooni, muudame kiraalse fotokroomse fragmendi struktuuri ja selle tulemusena selle võimet indutseerida kolesteerilise heeliksi indutseerimise efektiivsust, st sel viisil saame näiteks kerida valguse mõjul lahti kolesteeriline spiraal, saame seda teha pöörduvalt või pöördumatult. Kuidas eksperiment välja näeb, mida saame rakendada?
Meil on osa kolesteerilisest polümeerist valmistatud kile. Saame seda kiiritada maski abil ja lokaalselt indutseerida isomerisatsiooni; isomerisatsiooni käigus muutub kiraalsete fragmentide struktuur, väheneb nende keerdumisvõime ning jälgitakse spiraali lokaalset lahtikerimist ning kuna jälgitakse spiraali lahtikerimist, saame muuta värvi selektiivse peegelduse lainepikkust ehk värvikilesid.
Meie laboris saadud proovid on läbi maski kiiritatud polümeeriproovid. Sellistele filmidele saame salvestada mitmesuguseid pilte. See võib pakkuda rakenduslikku huvi, kuid tahaksin märkida, et meie töö põhirõhk on uurida selliste süsteemide struktuuri mõju molekulaarsele disainile, selliste polümeeride sünteesile ja selliste süsteemide omadustele. . Lisaks oleme õppinud mitte ainult valgust, selektiivse peegelduse lainepikkust, vaid ka elektrit juhtima. Näiteks saame salvestada mingi värvilise pildi ja siis elektrivälja rakendades seda kuidagi muuta. Tänu selliste materjalide mitmekülgsusele. Sellised üleminekud – spiraali lahtikerimine-keeramine – võivad olla pöörduvad.
See sõltub konkreetsest keemilisest struktuurist. Näiteks võime panna selektiivse peegelduse (tegelikult värvimise) lainepikkuse sõltuma salvestus-kustutustsüklite arvust, st ultraviolettvalgusega kiiritades kerime spiraali lahti ja kile muutub rohelisest punaseks. , ja siis saame seda kuumutada temperatuuril 60 ° ja kutsuda esile vastupidise keerdumise. Nii saate rakendada palju silmuseid. Kokkuvõtteks tahaksin veidi tagasi pöörduda vedelkristallide ja vedelkristallpolümeeride esteetilise poole juurde.
Näitasin ja rääkisin natuke sinisest faasist - keeruline, väga huvitav struktuur, neid veel uuritakse, sinna tuuakse sisse nanoosakesed ja nad vaatavad, mis seal muutub ja madala molekulmassiga vedelkristallides on see faas mingis kraadides olemas. (2°-3°, aga mitte rohkem), on need väga ebastabiilsed. Piisab, kui proovi veidi suruda - ja see ilus tekstuur, mille näide on siin näidatud, hävib ja polümeerides 1994-1995, pikka aega kuumutades, teatud temperatuuridel kilesid põletades, sain ma hakkama. et näha selliseid kauneid kolesteeriliste siniste faaside tekstuure, ja ma sain hakkama ilma igasuguste nippideta (ilma vedelat lämmastikku kasutamata) lihtsalt jahutage need kiled ja jälgige neid tekstuure. Just hiljuti leidsin need näidised. Möödunud on 15 aastat - ja need tekstuurid on jäänud absoluutselt muutumatuks, see tähendab, et siniste faaside kaval struktuur, nagu mõned iidsed merevaiguputukad, on püsinud rohkem kui 10 aastat.
See on uurimistöö seisukohalt loomulikult mugav. Võime selle panna aatomjõumikroskoobi ja uurida selliste filmide lõike – see on mugav ja ilus. See on minu jaoks kõik. Tahaksin viidata kirjandusele.
Sonin Anatoli Stepanovitši esimene raamat, lugesin seda rohkem kui 20 aastat tagasi, 1980. aastal kirjastuses “Centaur and Nature”, siis hakkasin veel koolilapsena vedelkristallide vastu huvi tundma ja juhtus nii, et Anatoli Stepanovitš Sonin oli minu lõputöö retsensent. Kaasaegsem väljaanne on minu teadusliku juhendaja Valeri Petrovitš Šibajevi artikkel “Vedelkristallid elukeemias”. Ingliskeelset kirjandust on tohutult palju; kui on huvi ja soov, siis leiate palju asju ise. Näiteks Dierkingi raamat “Textures of Liquid Crystals”. Leidsin hiljuti raamatu, mis keskendub vedelkristallide kasutamisele biomeditsiinis ehk kui kedagi see konkreetne aspekt huvitab, siis soovitan. Suhtlemiseks on e-kiri, vastan alati hea meelega teie küsimustele ja ehk saadan mõne artikli, kui selline huvi on. Tänan tähelepanu eest.
Loengu arutelu. 2. osa
Aleksei Bobrovski: Mingit spetsiifilist keemiat oli vaja näidata. See on minu tegematajätmine. Ei, see on mitmeastmeline orgaaniline süntees. Võetakse mõned lihtsad ained, kolbides meenutab see keemiakööki, molekulid liidetakse selliste reaktsioonide käigus keerukamateks aineteks, need eraldatakse peaaegu igas etapis, neid kuidagi analüüsitakse, saavutatakse soovitud struktuuri kokkulepe. nende spektriandmetega, mida instrumendid meile annavad, et saaksime olla kindlad, et see on aine, mida me vajame. See on üsna keeruline järjestikune süntees. Muidugi vajavad vedelkristallilised polümeerid saamiseks veelgi töömahukamat sünteesi. Tundub, et erinevatest valgetest pulbritest saab oranži pulbreid. Vedelkristalliline polümeer näeb välja nagu kummipael või on tegemist tahke paagutatud ainega, aga kui seda üles soojendada ja teha õhuke kile (see on kuumutamisel võimalik), siis see imelik aine annab mikroskoobis ilusaid pilte.
Boriss Dolgin: Mul on küsimus, võib-olla teisest piirkonnast, tegelikult võib-olla kõigepealt Lev, siis mina, et mitte faktiliselt osalt tähelepanu kõrvale juhtida.
Lev Moskovkin: Sa vaimustasid mind tänase loenguga, minu jaoks on see millegi uue avastamine. Küsimused on lihtsad: kui tugev on lihasjõud? Mille peal see töötab? Ja teadmatusest, mis on tekstuur, kuidas see erineb struktuurist? Pärast teie loengut tundub mulle, et kõike, mis on elus struktureeritud, seda kõike tänu vedelkristallidele, reguleerib ka suuresti valgus ja nõrk impulss. Tänan teid väga.
Aleksei Bobrovski: Muidugi ei saa öelda, et kõike reguleerivad vedelkristallid, see pole muidugi nii. Aine iseorganiseerumise vorme on erinevaid ja vedelkristalliline olek on vaid üks neist iseorganiseerumisvormidest. Kui tugevad on polümeersed lihased? Ma ei tea kvantitatiivseid omadusi võrreldes olemasolevate rauapõhiste seadmetega, jämedalt öeldes pole need muidugi nii tugevad, aga tahan öelda, et näiteks tänapäevased soomusvestid sisaldavad Kivlar materjali – kiudu, millel on vedelkristallilise struktuuriga põhiahela tüüp, polümeer, mille põhiahelas on mesogeensed rühmad. Selle kiu saamise protsessis venitatakse makromolekule piki tõmbamise suunda ja tagatakse väga suur tugevus, mis võimaldab arendusetapis valmistada tugevaid kiude soomusvestide, ajamite või lihaste jaoks, kuid jõudu on võimalik saavutada seal väga nõrk. Tekstuuri ja struktuuri erinevus. Tekstuur on mõiste, mida kasutavad inimesed, kes tegelevad vaipade, asjade kujundamise, mõne visuaalse asja, kunstilise kujundusega ehk see on eelkõige välimus. Vedelkristallide tekstuur ehk iseloomulik pilt aitab palju vedelkristalli struktuuri määramisel, kuid tegelikult on need erinevad mõisted.
Oleg Gromov, : Ütlesite, et on olemas polümeersed vedelkristallstruktuurid, millel on fotokroomne efekt ning elektriline ja magnetiline tundlikkus. Küsimus on selles. Samuti on mineraloogiast teada, et Tšuhrov kirjeldas 50ndatel anorgaanilise koostisega vedelkristallilisi moodustisi ja on teada, et anorgaanilised polümeerid eksisteerivad, seetõttu on küsimus: kas anorgaanilised vedelkristallilised polümeerid on olemas ja kui on, siis kas see on võimalik. nende funktsioonide täitmiseks ja kuidas neid antud juhul rakendatakse?
Aleksei Bobrovski: Vastus on tõenäolisemalt ei kui jah. Orgaaniline keemia, süsiniku omadus moodustada erinevaid ühendeid, on võimaldanud teostada kolossaalset disaini mitmesugustest madala molekulmassiga vedelkristallidest, polümeerühenditest ja üldiselt seetõttu saame rääkida mõnest omamoodi mitmekesisus. Need on sajad tuhanded madala molekulmassiga polümeersed ained, mis võivad moodustada vedelkristallilise faasi. Anorgaaniliste puhul ma polümeeride kohta ei tea, ainuke asi, mis meenub, on mingid vanaadiumoksiidi suspensioonid, mis samuti tunduvad olevat polümeerid ja mille struktuurid pole tavaliselt täpselt paika pandud ja see on uurimisetapp. See on osutunud veidi kõrvale teaduse peavoolust, kus kõik tegelevad orgaaniliste tavaliste vedelkristallide kujundamisega ja tegelikult võib esineda lüotroopsete vedelkristallide faaside moodustisi, kui faasi ei indutseeri temperatuuril, kuid peamiselt lahusti olemasolu tõttu, see tähendab, et need on tavaliselt tingimata piklikud nanokristallid, mis võivad lahusti toimel moodustada orientatsioonilise järjestuse. Selle annab spetsiaalselt valmistatud vanaadiumoksiid. Ma võib-olla ei tea muid näiteid. Ma tean, et selliseid näiteid on mitu, kuid väita, et see on polümeer, pole päris õige.
Oleg Gromov, Venemaa Teaduste Akadeemia Biokeemia ja Analüütilise Keemia Instituut: Kuidas siis arvestada Tšuhrovi ja teiste 50ndatel avastatud vedelkristallilisi moodustisi?
Aleksei Bobrovski: Ma pole kursis, kahjuks on see ala minust kaugel. Nii palju kui mina tean, tundub mulle, et kindlasti on võimatu rääkida konkreetselt vedelkristalli olekust, sest sõna “vedelik”, ausalt öeldes ei kehti klaasjas olekus olevate polümeeride kohta. On vale väita, et tegemist on vedelkristallilise faasiga, õige on öelda "külmunud vedelkristalliline faas". Tõenäoliselt on sarnasus, degenereerunud kord, kui kolmemõõtmelist korda ei ole, vaid on kahemõõtmeline kord, ilmselt üldine nähtus ja kui vaadata, siis võib palju kohti leida. Kui saadate selliste teoste lingid minu meilile, olen väga tänulik.
Boriss Dolgin: Väga hea, kui meil õnnestub saada järjekordseks platvormiks, kus erinevate erialade teadlased saavad kontakti hoida.
Aleksei Bobrovski: See on suurepärane
Hääl publikult: Veel üks amatöörlik küsimus. Ütlesite, et fotokroomsetel vedelkristallpolümeeridel on suhteliselt madal reageerimismäär keskkonnamuutustele. Mis on nende ligikaudne kiirus?
Aleksei Bobrovski: Räägime vastusest mõne minuti jooksul. Väga õhukeste kilede tugeva valguse särituse korral saavutavad inimesed teise reaktsiooni, kuid seni on see kõik aeglane. Selline probleem on olemas. On efekte, mis on seotud millegi muuga (sellest ma ei rääkinud): meil on polümeerkile ja selles on fotokroomseid fragmente ning me saame kokku puutuda piisava intensiivsusega polariseeritud valgusega ja see valgus võib põhjustada rotatsiooniline difusioon ehk nende molekulide pöörlemine risti polarisatsioonitasandiga - selline efekt on olemas, see avastati alguses juba ammu, nüüd uuritakse ka ja ma tegelen ka sellega. Piisavalt suure valgustugevuse korral on efektid täheldatavad millisekundite jooksul, kuid tavaliselt ei seostata seda filmi geomeetria muutumisega, see on sisemiselt eelkõige optiliste omaduste muutumine.
Aleksei Bobrovski: Üritati teha materjali info salvestamiseks ja selliseid arenguid oli, aga minu teada ei suuda sellised materjalid olemasoleva magnetsalvestuse ja muude anorgaaniliste materjalidega võistelda, nii et millegipärast suri huvi selles suunas ära, aga see ei tähenda, et see uuesti ei jätku.
Boriss Dolgin: Millegi tõttu näiteks uute nõuete tekkimine.
Aleksei Bobrovski: Asja utilitaarne pool mind eriti ei huvita.
Boriss Dolgin: Minu küsimus on osaliselt sellega seotud, aga mitte selle kohta, kuidas seda kasutada saab, see on natuke organisatsiooniliselt utilitaarne. Valdkonnas, kus te oma osakonnas töötate ja nii edasi, nagu me ütlesime, on teil ühiseid projekte, tellimusi mõnelt äristruktuurilt jne. Kuidas on interaktsioon selles valdkonnas üldiselt üles ehitatud: tegelik teadlane, suhteliselt öeldes, leiutaja/insener või leiutaja ja seejärel insener, võib-olla erinevad subjektid, siis suhteliselt öeldes mingi ettevõtja, kes mõistab, mida sellega teha, võib-olla, aga see on ebatõenäoline, investor, kes on valmis ettevõtjale raha andma, et ta saaks selle, nagu praegu öeldakse, uuendusliku projekti ellu viia? Kuidas on see kett teie keskkonnas üles ehitatud niivõrd, et olete sellega kuidagi kokku puutunud?
Aleksei Bobrovski: Sellist ketti veel pole ja kas tuleb, pole teada. Põhimõtteliselt on ideaalne rahastamisvorm sama, mis tavapärane alusteadus. Kui võtta aluseks Venemaa alusuuringute sihtasutus ja kõik see, millest on korduvalt räägitud, sest isiklikult ma ei tahaks midagi nii rakendatult teha, tellimust.
Boriss Dolgin: Sellepärast ma räägin erinevatest teemadest ega väida mingil juhul, et teadlane peab olema insener, ettevõtja jne. Ma räägin erinevatest teemadest, sellest, kuidas interaktsiooni saab seadistada, kuidas interaktsioon võib juba toimida.
Aleksei Bobrovski: Meil on erinevaid pakkumisi väljastpoolt, kuid need on peamiselt Taiwani, Korea ja Aasia ettevõtted mitmesugusteks töödeks, mis on seotud vedelkristallpolümeeride kasutamisega mitmesugustes ekraanirakendustes. Meil oli ühisprojekt Philipsi, Mercki ja teistega, aga see on ühisprojekti raames - teeme osa mingist uurimistööst ja sellisel intellektuaalsel väljundil või väljundil polümeeriproovide näol on kas jätk või ei, vaid lõppeb enamasti arvamuste vahetusega, mingisuguse teadusliku arenguga, aga see pole veel ühegi rakenduseni jõudnud. Tõsiselt - seda on võimatu öelda.
Boriss Dolgin: Teile antakse tellimus mingisuguseks uuringuks, mingi variandi, mingi idee väljatöötamiseks.
Aleksei Bobrovski: Üldiselt, jah, seda juhtub, kuid mulle ei meeldi see töövorm (minu isiklik tunne). Mis iganes mulle pähe tuli, teen seda oma parimate võimaluste piires ja mitte sellepärast, et keegi ütles: "Tehke selline ja selline film selliste omadustega." Ma ei ole huvitatud.
Boriss Dolgin: Kujutage ette inimest, kes on sellest huvitatud. Kuidas saaks tema, tema, kes on huvitatud teie altruistlikust rangelt teaduslikust huvist saadud üldiste teaduslike ideede viimistlemisest, kuidas saaks ta teiega suhelda viisil, mis oleks teile mõlemale tõeliselt huvitav? Mis see organisatsiooniskeem on?
Aleksei Bobrovski: Mul on raske vastata.
Boriss Dolgin: Üldseminarid? Mis see olla võiks? Selliseid katseid pole – mõned insenerid?..
Aleksei Bobrovski: Ühisprojekti raames saab kõik realiseerida. Teatud suhtlus on täiesti võimalik, aga ma ei saanud ilmselt päris täpselt aru küsimusest, milles probleem?
Boriss Dolgin: Seni on probleemiks eri tüüpi struktuuride vahelise vastasmõju puudumine. See avaldab teile kui teadlasele survet või survestab teid tegema asju, mida te võib-olla ei taha teha. See on probleem.
Aleksei Bobrovski: See on kolossaalse alarahastamise probleem
Boriss Dolgin: Kujutage ette, et tuleb lisarahastus, kuid see ei kaota vajadust tehnilise arenduse järele. Kuidas saaksite liikuda teie juurest tehnoloogia poole teid rahuldaval viisil?
Aleksei Bobrovski: Fakt on see, et kaasaegne teadus on üsna avatud ja mida ma teen, seda ma avaldan – ja mida varem, seda parem.
Boriss Dolgin: Nii et olete valmis tulemusi jagama, lootes, et need, kellel on maitse, saavad seda ära kasutada?
Aleksei Bobrovski: Kui keegi loeb mu artiklit ja tal on mingi idee, siis olen ainult tänulik. Kui sellest väljaandest tulevad välja konkreetsed arengud, siis jumala eest tuleb patente, raha. Sellisel kujul oleksin ma õnnelik, aga kahjuks tegelikkuses selgub, et kõik eksisteerib paralleelselt, sellist väljapääsu pole. Teaduse ajalugu näitab, et pärast mõnda fundamentaalset – suuremat või väiksemat – avastust esineb konkreetsel rakendusel sageli viivitus.
Boriss Dolgin: Või pärast mõne taotluse tekkimist.
Aleksei Bobrovski: Või nii.
Lev Moskovkin: Mul on veidi provokatiivne küsimus. Teema, mille Boris tõstatas, on väga oluline. Kas siin on mingi moe mõju (seda oli kuulda ühes sotsioloogialoengus)? Ütlesite, et vedelkristallidega töötamine pole praegu moes. See ei tähenda, et kuna nad nendega ei tegele, siis pole neid vaja, võib-olla tuleb see huvi tagasi ja mis kõige tähtsam...
Boriss Dolgin: See tähendab, et Lev naaseb meid küsimuse juurde moemehhanismidest nii teaduses kui ka teatud teadusringkondades.
Lev Moskovkin: Tegelikult rääkis sellest ka Tšaikovski, sealne mood on kõigis teadustes äärmiselt tugev. Teine küsimus: ma tean hästi, kuidas valiti teaduse autoriteete, kes oskasid üldistada. Saate oma materjale avaldada nii palju kui soovite, mina isiklikult pole nendega kunagi kokku puutunud, minu jaoks on see terve kiht, mida ma lihtsalt ei teadnud. Tehke kokkuvõte nii, et mõistaksite selle väärtust sama elu mõistmisel, et mõista, mida veel saame teha. Aitäh.
Boriss Dolgin: Teisest küsimusest ma aru ei saanud, aga tegeleme praegu esimesega – moe kohta teaduses. Mis on mehhanism, miks see praegu moes ei ole, kas selles on mingit ohtu?
Aleksei Bobrovski: Ma ei näe ohtu. On selge, et rahastamisega seotud küsimused on olulised, kuid sellegipoolest tundub mulle, et paljuski toetub teadus nüüd konkreetsetele inimestele, kellel on konkreetsed isiklikud huvid, huvi selle või teise teema vastu. On selge, et tingimused dikteerivad teatud piiranguid, kuid konkreetsete inimeste tegevus viib selleni, et teatud valdkond areneb, nagu kõik areneb. Vaatamata sellele, et palju räägitakse sellest, et teadus on muutunud kollektiivseks. Tõepoolest, praegu on suuri projekte, mõnikord üsna edukaid, kuid sellegipoolest on üksikisiku roll teaduse ajaloos ka praegu tohutu. Isiklikud meeldimised ja huvid mängivad olulist rolli. On selge, et nagu vedelkristallide puhul, andis selline elektroonika areng suure tõuke vedelkristallide uuringute arengule, kui nad mõistsid, et vedelkristalle saab kasutada ja sellega loomulikult palju raha teenida. raha läks uuringutele. On selge, et selline seos...
Boriss Dolgin: Tagasiside ettevõtlusest ja teadusest.
Aleksei Bobrovski: ...see on üks moodsa teaduse tunnuseid, kui tellimus tuleb inimestelt, kes teenivad raha ja toodavad toodet - ja siis teadustegevust rahastatakse ja vastavalt sellele nihkub rõhk huvitavalt mis on kasumlik. Sellel on oma plussid ja miinused, kuid nii see on. Tõepoolest, nüüdseks on huvi vedelkristallide vastu tasapisi kuivanud, sest kõike, mida oli võimalik ekstraheerida, juba toodetakse ja kõike tuleb veel täiustada. Ma ei tea, ma pole selle peale kunagi tõsiselt mõelnud, sellegipoolest on erinevaid kuvarakendusi, optoelektroonikas, vedelkristallide rakendusi (inimesed tegelevad sellega), sensoritena kuni selleni, et töö käib. vedelkristallide kasutamise võimaluse kohta bioloogiliste sensormolekulidena. Nii et üldiselt arvan, et huvi lihtsalt ei kuiva, lisaks on suur uurimislaine seotud sellega, et nano jaoks hakati raha andma. Põhimõtteliselt, hoolimata sellest, et nanoosakesi vedelkristallidesse sisestamine on nii populaarne mood, on töid palju, kuid nende hulgas on häid huvitavaid töid, mis on seotud selle teemaga, st mis juhtub nanoobjektidega, kui need sisestage vedelkristalliline keskkond, millised efektid ilmnevad. Arvan, et areng on võimalik igasuguste erinevate keeruliste seadmete hankimise osas, mis on seotud väga huvitavate optiliste omadustega metamaterjalide tekkega - need on ebatavalised struktuurid, mis on valmistatud erineval viisil kombineerituna vedelkristallidega, tekkimine. võimalikud uued optilised efektid ja uued rakendused. Vaatan praegu artikleid ajakirjas Liquid Crystals ja nende tase langeb ja heade artiklite arv väheneb, kuid see ei tähenda, et kõik on halb ja vedelkristallide teadus ei sure, sest see on väga huvitav objekt. Huvi langus ei tundu minu jaoks katastroof.
Boriss Dolgin: Siin liigume aeglaselt edasi teise küsimuse juurde, mille Leo meile esitas. Kui olemasoleva põhjal sünnib mõni põhimõtteliselt uus teooria, mis lubab vedelkristallidele midagi plussi, siis ilmselt hakkab huvi kohe tõusma.
Aleksei Bobrovski: Võimalik, et see juhtub.
Boriss Dolgin: Niipalju kui ma küsimusest aru saan, siis sellest me räägimegi: on teadusesiseseid tekste, mis järk-järgult muudavad midagi mõistmises, on uuenduslikke tekste, mis muutuvad radikaalselt, kuid samas omamoodi liides spetsialistide ja ühiskonna vahel, võib-olla koosnevad samadest teadlastest, kuid teistest valdkondadest on mõned üldistavad teosed, mis selgitavad meile, justkui joodavad need tükid mingiks üldpildiks. Nagu ma aru saan, rääkis Lev sellest meile, küsides, kuidas see valitakse ja kes neid üldistavaid teoseid kirjutab?
Aleksei Bobrovski: On olemas selline mõiste - teadusajakirjandus, mis meil pole eriti arenenud, aga see on olemas kõikjal maailmas ja ma kujutan ette, kui hästi see seal areneb ja sellegipoolest on see ka siin olemas. Sellele viitab ka praegune avalik loeng
Boriss Dolgin: Ei saa öelda, et keegi sihilikult töövaldkonda sulgeks.
Aleksei Bobrovski: Ei, keegi ei varja midagi, vastupidi, kõik normaalsed teadlased püüavad jõudumööda näidata maailmale, mida nad on teinud: nii kiiresti kui võimalik ja jõudumööda võimalikult kättesaadavalt. On selge, et keegi võib rääkida head ja keegi halba, kuid selleks on teadusajakirjanikud, kes saavad olla teadlastelt ühiskonnale teabe edastaja.
Boriss Dolgin: Isegi nõukogude ajal eksisteeris populaarteaduslik kirjandus ja oli ka erižanr - teaduslik ilukirjandus, osaliselt kogumikud “Teed tundmatusse” 60ndate alguses, raamatud sarjast “Eureka”, üks esimesi post- sõjapioneerid oli Daniil Danin , kes kirjutas peamiselt füüsikast. Teine küsimus on see, et ikka on teadlasi, kes kirjutavad mingisuguseid üldistavaid teoseid, populariseerides kellegi jaoks midagi, kuid on ebatõenäoline, et keegi valib, kes kirjutab ja keda lugeda või mitte lugeda. Eelmainitud Tšaikovski kirjutab midagi, kellelegi see meeldib.
Aleksei Bobrovski: Mulle tundub, et probleem on selles. Fakt on see, et meie riigis on praegu katastroofiliselt vähe normaalseid teadlasi ja teaduse seis on halvem kui kunagi varem. Kui me räägime vedelkristallidest ja vedelkristallpolümeeridest, siis need on isoleeritud laborid, mis juba surevad. On selge, et 90ndatel oli mingi kokkuvarisemine ja õudusunenägu, kuid üldiselt võime öelda, et Venemaal pole vedelkristallide kohta teadust. Pean silmas - teadusringkonda, tuleb välja, et suhtlen sagedamini välismaal töötavate inimestega, loen artikleid ja kõike muud, aga meilt artikleid praktiliselt ei tule. Probleem on selles, et meil pole teadust, ja mitte selles, et selles teaduses poleks üldistavaid töid. Läänes toimuvat võib üldistada – ka see on imeline, aga pole alust, olulist lüli, teadlasi pole.
Lev Moskovkin: Täpsustan, kuigi põhimõtteliselt on kõik õige. Fakt on see, et me keerleme alati viimase loengu teema ümber. Konkurents teaduses on teadlaste vahel nii tugev, et olen täiesti meelitatud, et olen seda oma silmaga näinud, ja nõustun, et iga teadlane püüab maailmale oma saavutusi näidata. See on saadaval ainult neile, kes on tunnustatud autoriteet, näiteks Timofejev-Resovski. Seda tehti nõukogude ajal - on teada, kuidas - ja siin on efekt, näide, mis võib palju seletada - rohelise märkmiku mõju, mis ilmus kes teab kus, ja keegi ei mäleta, mida see tavaline konverents kutsuti, sest ükski Kõrgema Atesteerimiskomisjoni poolt akrediteeritud ajakiri, akadeemiline ajakiri, ei aktsepteeriks sellist uudsust põhimõtteliselt, kuid see sünnitas uue teaduse, muutus geneetikateaduseks, elu mõistmiseks, ja üldiselt on see nüüd juba teada. See oli nõukogude ajal ülaltpoolt toel - Timofejev-Resovskit toetati NLKP Keskkomitee pleenumil kolleegide konkurentsist, muidu oleks ta ära söödud.
Boriss Dolgin: Olukord, kus riik lõpetas olulise osa teadusest: ilma teiste riigi aluste toetuseta oli võimatu pääseda.
Lev Moskovkin: Geneetikas on laviin andmeid, mida üldistada pole, sest keegi ei usalda kedagi ja keegi ei tunnista teiste autoriteeti.
Boriss Dolgin: Miks?! Meil olid geneetikud rääkimas, keda teised geneetikud kuulasid ja nad arutasid mõnuga.
Aleksei Bobrovski: Ma ei tea, mis geneetikas juhtub, aga teaduses, millega tegelen, on olukord täiesti vastupidine. Inimesed, kes saavad uue huvitava tulemuse, püüavad selle kohe võimalikult kiiresti avaldada.
Boriss Dolgin: Vähemalt konkurentsi huvides – et koht välja panna.
Aleksei Bobrovski: Jah. Selge on see, et nad ei pruugi mingeid detaile meetodite ja muu kohta kirja panna, aga tavaliselt, kui kirjutad e-kirja ja küsid, kuidas sul seal läks, on see lihtsalt väga huvitav, see kõik avaneb täielikult - ja.. .
Boriss Dolgin: Teadus muutub teie tähelepanekute järgi avatumaks.
Aleksei Bobrovski: Vähemalt ma elan avatud teaduse ajastul ja see on hea.
Boriss Dolgin: Aitäh. Kui molekulaarbioloogid meiega rääkisid, siis tavaliselt viitasid nad üsna avatud andmebaasidele ja nii edasi ning soovitasid nendega ühendust võtta.
Aleksei Bobrovski: Füüsikas on sama asi, seal on arhiiv, kuhu inimesed saavad postitada artikli toores (vastuolulise) versiooni juba enne arvustuse läbimist, aga siin käib pigem võitlus avaldamiskiiruse pärast, mida kiiremini need on. prioriteet. Ma ei näe mingit sulgemist. Selge see, et suletud sõjaväe ja muuga pole siin mingit pistmist, ma räägin teadusest.
Boriss Dolgin: Aitäh. Veel küsimusi?
Hääl publikult: Mul pole niivõrd küsimust, kuivõrd ettepanekut, ideed. Ma arvan, et sellel kristallisatsioonipiltide teemal on suur potentsiaal lastele ja noortele koolides loodusteaduste õpetamiseks. Võib-olla on mõttekas luua üks elektrooniline tund, mis on mõeldud 45 minutiks, ja jagada seda keskkoolidele? Nüüd on olemas elektroonilised tahvlid, mida paljud ei kasuta, koolidele on need tellitud. Minu arvates oleks tore neid pilte lastele 45 minutit näidata ja siis lõpus selgitada, kuidas see kõik tehtud on. Mulle tundub, et huvitav oleks selline teema välja pakkuda ja seda kuidagi rahastada.
Aleksei Bobrovski: Olen valmis aitama, kui midagi juhtub. Pakkuda, kirjutada, mida vaja.
Boriss Dolgin: Hämmastav. Nii kujunevad üldistused, nii on järjestatud. Hästi. Tänud. Kas on muid loomingulisi küsimusi? Võib-olla jäid nad kellestki ilma, me ei näe neid, minu arvates arutasid nad seda enamasti.
Boriss Dolgin: Teadlasi on, teadust pole.
Boriss Dolgin: Kas see on siis vajalik või vajalik ja piisav tingimus?
Aleksei Bobrovski: Jah, kahju on pöördumatu, aeg on kadunud, see on täiesti ilmne ja loomulikult kõlab see: "Kuidas see on, et Venemaal pole teadust?! Kuidas? See ei saa olla, on teadus, on teadlased, on artiklid. Esiteks loen ma tasemel tasemel iga päev teadusajakirju. Väga harva kohtab vene autorite artikleid, mis on valmistatud Venemaal vedelkristallide või polümeeride kohta. Põhjus on selles, et kas midagi ei juhtu või kõik toimub nii madalal tasemel, et inimesed ei saa seda tavalises teadusajakirjas avaldada, loomulikult ei tea keegi neid. See on täiesti kohutav olukord.
Aleksei Bobrovski: Rohkem ja rohkem.
Boriss Dolgin: See tähendab, et probleem ei ole autorites, probleem on teaduses.
Aleksei Bobrovski: Jah, see tähendab, et ideaalset, hästi toimivat või vähemalt mingil moel nime all “Teadus” töötavat struktuuri Venemaal loomulikult pole. Õnneks on olemas enam-vähem normaalsel tasemel töötavate ja rahvusvahelise teaduse üldisesse teadusprotsessi kaasatud laborite avatus - see on suhtlusvõimekuse arendamine Interneti kaudu, muul viisil võimaldab piiride avatus. mitte tunda end eraldatuna globaalsest teadusprotsessist, vaid riigis toimuvast, nii et loomulikult ei jätku raha ja kui raha suurendada, siis ei muuda see tõenäoliselt midagi, sest paralleelselt rahastamise suurendamisega on see vajalik et saaks uurida neid inimesi, kellele see raha antakse. Raha võib anda, keegi varastab, kes teab mille peale kulutab, aga olukord ei muutu kuidagi.
Boriss Dolgin: Rangelt võttes on meil kana ja muna probleem. Ühest küljest ei loo me teadust ilma rahastuseta, teisest küljest rahastusega, kuid ilma teadlaskonnata, mis pakub turgu asjatundlikkusele ja tagab normaalse maine, ei saa me seda raha anda viis, mis aitab teadust.
Aleksei Bobrovski: Teisisõnu on vaja meelitada rahvusvahelisi ekspertteadmisi ja hinnanguid tugevatelt teadlastelt, olenemata nende asukohariigist. Loomulikult tuleb kandidaadi- ja doktoritööde kaitsmisega seotud atesteerimisjuhtumid üle viia inglise keelele; Vähemalt kokkuvõtted peavad olema inglise keeles. See on täiesti ilmselge ja mingisugune liikumine selles suunas toimub, võib-olla muutub see kuidagi paremuse poole ja nii - kui anda kõigile raha... loomulikult tugevad teadlased, kes saavad rohkem raha - nad muidugi töötab tõhusamalt, kuid suurem osa rahast kaob ei tea kuhu. See on minu arvamus.
Boriss Dolgin: Palun öelge, te olete noor teadlane, aga olete juba teaduste doktor ja teie juurde tulevad noored teises mõttes, üliõpilased, nooremad teadlased. Kas on neid, kes sulle järele tulevad?
Aleksei Bobrovski: Töötan ülikoolis ja tahes-tahtmata, vahel tahan, vahel ei taha, juhendan kursuste-, diplomi- ja kraaditööd.
Boriss Dolgin: Kas nende hulgas on tulevasi teadlasi?
Aleksei Bobrovski: On juba. On üsna edukalt töötavaid inimesi, keda olen juhendanud, näiteks järeldoktorid või teadusrühmade juhid, loomulikult räägime ainult välismaalt. Need, keda ma juhtisin ja nad jäid Venemaale, nad ei tööta teaduses, sest neil on vaja oma perekonda toita ja normaalselt elada.
Boriss Dolgin: Aitäh, see tähendab rahandus.
Aleksei Bobrovski: Loomulikult ei kannata rahastamine ja palgad kriitikat.
Boriss Dolgin: See on endiselt privaatne...
Aleksei Bobrovski: Selles pole saladust. Ülikooli kandidaadi miinimumiga vanemteaduri palk on viisteist tuhat rubla kuus. Kõik muu oleneb teadlase tegevusest: kui tal on võimalik saada rahvusvahelisi toetusi ja projekte, siis ta saab rohkem, kuid kindlasti võib ta arvestada viieteistkümne tuhande rublaga kuus.
Boriss Dolgin: Aga doktorikraad?
Aleksei Bobrovski: Nad pole mulle veel andnud, ma ei tea täpselt, kui palju nad mulle veel annavad, pluss nad lisavad neli tuhat.
Boriss Dolgin: Mainitud toetused on üsna oluline asi. Just täna avaldasime ühe huvitava teadlase saadetud uudise, kuid kui küsiti rahastamise kohta, rääkis ta eelkõige selle valdkonna olulisusest ja jällegi, rääkimata meie väljaannetest, ütleb minister Fursenko, et teaduslikud juhendajad peaksid stipendiume andma. oma kraadiõppureid rahastada ja seeläbi neid rahaliselt motiveerida.
Aleksei Bobrovski: Ei, see juhtub tavaliselt heas teadusrühmas, kui inimesel, nagu Valeri Petrovitš Šibajevil, labori juhatajal, kus ma töötan, on teadusmaailmas suurepärane väljateenitud nimi, on võimalus saada stipendiume. ja projektid. Enamasti ei saa ma viieteist tuhande "alasti" palgaga, alati on mõni projekt, kuid kõik ei saa seda teha, see pole üldreegel, sellepärast kõik lahkuvad.
Boriss Dolgin: See tähendab, et juhil peab olema üsna kõrge rahvusvaheline autoriteet ja ta peab olema ka voolus.
Aleksei Bobrovski: Jah, kõige sagedamini. Arvan, et mul vedas mitmes mõttes. Tugeva teadusrühmaga liitumise element toimis positiivselt.
Boriss Dolgin: Siin näeme vana hea teaduse tagasisidet, seda, et tekkis see võimsaim teadusgrupp, tänu millele said oma trajektoori realiseerida. Jah, see on väga huvitav, aitäh. Mul on viimane sõna.
Hääl publikult: Ma ei pretendeeri, et mul on viimane sõna. Tahaksin märkida, et see, millest te räägite, on täiesti arusaadav ja ärge võtke seda spordina. Tahan märkida, et Aleksei Savvatejevi loengus öeldi, et Ameerikas pole üldse teadust. Tema seisukoht on sama veenvalt argumenteeritud kui teie oma. Seevastu Venemaal arenes teadus eriti kiiresti siis, kui teadus üldse ei maksnud, vaid varastati aktiivselt ja selliseid asju juhtus.
Boriss Dolgin: Kas me räägime 19. sajandi lõpust – 20. sajandi algusest?
Boriss Dolgin: Saksamaal?
Boriss Dolgin: Ja kui tema teadusuuringud aktiivsemalt arenesid...
Hääl publikult: Venemaal mitte tema, vaid Venemaal üldse arenes teadus kõige tõhusamalt siis, kui nad ei maksnud. Selline nähtus on olemas. Ma võin seda õigustada, see ei ole seisukoht, Boris, see on fakt. Samuti tahan teile üsna vastutustundlikult öelda – see pole enam fakt, vaid järeldus –, et teie lootused, et rahvusvahelised teadmised ja inglise keel teid aitavad, on asjatud, sest duumas töötades näen ma karmi konkurentsi õiguste pärast. ja lobitööd riigiduumas ühepoolsete autoriõiguse seaduste vastu Ameerika suhtes. Nad kõik omistavad tohutu protsendi intellektuaalomandist, nad ei ole üldse huvitatud sellest, et meie relvi sinna ei kopeeritaks, nad teevad seda ise.
Boriss Dolgin: Ma näen, probleem...
Aleksei Bobrovski: Relvad ja teadus on paralleelsed asjad.
Hääl publikult: Viimane näide: fakt on see, et kui Ženja Ananjev, tema ja mina koos bioloogiateaduskonnas õppisime, avastasime Drosophila genoomist mobiilsed elemendid, tuli äratundmine alles pärast avaldamist ajakirjas “Chromosomes”, kuid Khisini autoriteet murdis sellest läbi. väljaanne, sest arvustus oli selline: "teie pimedal Venemaal ei teata, kuidas DNA-d paljundada." Aitäh.
Boriss Dolgin: Probleemiks on ideed konkreetse riigi teadusliku uurimistöö taseme kohta, kui puudub jäik ja selge süsteem artiklite arvustamiseks, kui kasutatakse üldisi ideid.
Aleksei Bobrovski: Inglise keelega seoses on kõik väga lihtne – see on rahvusvaheline teaduskeel. Iga teadusega seotud teadlane, näiteks Saksamaal, avaldab sakslane peaaegu kõik oma artiklid inglise keeles. Muide, Saksamaal kaitstakse palju ingliskeelseid väitekirju, Taanist ja Hollandist rääkimata, kas või seetõttu, et seal on palju välismaalasi. Teadus on rahvusvaheline. Ajalooliselt on teaduskeeleks inglise keel.
Boriss Dolgin: Just hiljuti juhtus, et teaduskeeleks oli varem saksa keel.
Aleksei Bobrovski: Suhteliselt hiljuti, aga sellegipoolest on see nüüd nii, nii et üleminek inglise keelele oli ilmselge, vähemalt abstraktide ja sertifitseerimisasjade tasandil, et normaalsed lääne teadlased saaksid neid kokkuvõtteid lugeda, tagasisidet anda, hinnata, et tule meie mülkast välja, muidu vajub see kõik täiesti tundmatusse ja mis alles jääb, on täielik profaneerimine. See toimub juba mitmel viisil, kuid me peame kuidagi püüdma sellest mülkast välja saada.
Boriss Dolgin: Lõhna vältimiseks avage aknad.
Aleksei Bobrovski: Alustage vähemalt ventileerimist.
Boriss Dolgin: Hästi. Aitäh. See on optimistlik retsept. Tegelikult inspireerib teie trajektoor kogu pessimismile vaatamata optimismi.
Aleksei Bobrovski: Jälle kaldusime kõrvale sellest, et loengu põhiidee on näidata teile, kui ilusad ja huvitavad on vedelkristallid. Loodan, et kõik, mida ma ütlesin, äratab huvi. Nüüd leiate vedelkristallide kohta palju teavet, see on esimene asi. Ja teiseks, olenemata tingimustest on teadlased alati olemas, teaduse progressi ei saa miski peatada, see sisendab ka optimismi ja ajalugu näitab, et alati leidub inimesi, kes teadust edasi viivad, kelle jaoks teadus on üle kõige.
Tsüklites “Avalikud loengud “Polit.ru” ja “Avalikud loengud “Polit.ua”” esinesid järgmised esinejad:
- Leonard Polištšuk. Miks suured loomad pleistotseeni lõpus välja surid? Vastus makroökoloogia vaatenurgast
- Miroslav Marinovitš. Gulagi vaimne väljaõpe
- Kirill Eskov. Evolutsioon ja autokatalüüs
- Mihhail Sokolov. Kuidas juhitakse teaduslikku produktiivsust. Kogemused Suurbritanniast, Saksamaalt, Venemaalt, USA-st ja Prantsusmaalt
- Oleg Ustenko. Lõpetamata kriisi lugu
- Grigori Sapov. Kapitalistlik manifest. L. von Misesi raamatu "Inimtegevus" elu ja saatus
- Aleksander Irvanets. Nii et see sa oled, kirjanikuonu!
- Vladimir Katanajev. Kaasaegsed lähenemisviisid vähivastaste ravimite väljatöötamisele
- Vahtang Kipiani. Perioodiline samizdat Ukrainas. 1965-1991
- Vitali Naishul. Kultuuri omaksvõtmine kiriku poolt
- Nikolai Kaverin. Gripipandeemiad inimkonna ajaloos
- Aleksander Filonenko. Teoloogia ülikoolis: tagasitulek?
- Aleksei Kondrašev. Inimese evolutsioonibioloogia ja tervis
- Sergei Gradirovsky. Kaasaegsed demograafilised väljakutsed
- Aleksander Kislov. Kliima minevikus, olevikus ja tulevikus
- Aleksander Auzan, Aleksander Paskhaver. Majandus: sotsiaalsed piirangud või sotsiaalsed reservid
- Konstantin Popadin. Armastus ja kahjulikud mutatsioonid ehk miks vajab paabulind pikka saba?
- Andrei Ostalski. Väljakutsed ja ohud sõnavabadusele kaasaegses maailmas
- Leonid Ponomarjov. Kui palju energiat inimene vajab?
- Georges Nivat. Pimeduse tõlkimine: kultuuridevahelise suhtluse viisid
- Vladimir Gelman. Subnatsionaalne autoritaarsus tänapäeva Venemaal
- Vjatšeslav Lihhatšov. Hirm ja vihkamine Ukrainas
- Jevgeni Gontmakher. Venemaa moderniseerimine: INSORi positsioon
- Donald Boudreau. Monopolivastane poliitika erahuvide teenistuses
- Sergei Enikolopov. Vägivalla psühholoogia
- Vladimir Kulik. Ukraina keelepoliitika: võimude tegevus, kodanike arvamused
- Mihhail Blinkin. Transport eluks mugavas linnas
- Aleksei Lidov, Gleb Ivakin. Vana Kiievi püha ruum
- Aleksei Savvatejev. Kuhu liigub (ja meid juhib) majandus?
- Andrei Portnov. Ajaloolane. Kodanik. osariik. Rahvuse loomise kogemus
- Pavel Plechov. Vulkaanid ja vulkanoloogia
- Natalia Võssotskaja. USA kaasaegne kirjandus kultuurilise pluralismi kontekstis
- Arutelu Aleksander Auzaniga. Mis on moderniseerimine vene keeles?
- Andrei Portnov. Harjutused ajalooga ukraina keeles: tulemused ja väljavaated
- Aleksei Lidov. Ikoon ja ikoon pühas ruumis
- Efim Rachevsky. Kool kui sotsiaalne lift
- Alexandra Gnatyuk. Sõdadevahelise perioodi (1918-1939) Poola-Ukraina vastastikuse mõistmise arhitektid
- Vladimir Zahharov. Ekstreemsed lained looduses ja laboris
- Sergei Nekljudov. Kirjandus kui traditsioon
- Jakov Gilinsky. Teisel pool keeldu: kriminoloogi vaade
- Daniil Aleksandrov. Keskkihid transiit-postsovetlikes ühiskondades
- Tatjana Nefedova, Aleksander Nikulin. Venemaa maapiirkond: ruumiline kokkusurumine ja sotsiaalne polariseerumine
- Aleksander Zinchenko. Nööbid Harkovist. Kõik, mida me Ukraina Katõni kohta ei mäleta
- Aleksander Markov. Hea ja kurja evolutsioonilised juured: bakterid, sipelgad, inimesed
- Mihhail Favorov. Vaktsiinid, vaktsineerimine ja nende roll rahvatervises
- Vassili Zagnitko. Maa vulkaaniline ja tektooniline aktiivsus: põhjused, tagajärjed, väljavaated
- Konstantin Sonin. Finantskriisi ökonoomika. Kaks aastat hiljem
- Konstantin Sigov. Kes otsib tõde? "Euroopa filosoofiasõnaraamat"?
- Mykola Rjabtšuk. Ukraina postkommunistlik ümberkujundamine
- Mihhail Gelfand. Bioinformaatika: molekulaarbioloogia katseklaasi ja arvuti vahel
- Konstantin Severinov. Bakterite pärilikkus: Lamarckist Darwinini ja tagasi
- Mihhail Tšernõš, Jelena Danilova. Inimesed Shanghais ja Peterburis: suurte muutuste ajastu
- Maria Judkevitš. Seal, kus sa sündisid, tuleb kasuks: ülikooli personalipoliitika
- Nikolai Andrejev. Matemaatikaõpe – uus traditsiooni vorm
- Dmitri Bak. "Kaasaegne" vene kirjandus: kaanoni muutus
- Sergei Popov. Hüpoteesid astrofüüsikas: miks on tumeaine parem kui UFO-d?
- Vadim Skuratovski. Eelmise sajandi 60-70ndate Kiievi kirjanduskeskkond
- Vladimir Dvorkin. Venemaa ja Ameerika strateegilised relvad: vähendamise probleemid
- Aleksei Lidov. Bütsantsi müüt ja Euroopa identiteet
- Natalja Jakovenko. Ukraina ajaloo uue õpiku kontseptsioon
- Andrei Lankov. Moderniseerimine Ida-Aasias, 1945-2010.
- Sergei Sluch. Miks oli Stalinil vaja Hitleriga mittekallaletungilepingut?
- Guzel Ulumbekova. Venemaa tervishoiureformide õppetunnid
- Andrei Rjabov. Vahetulemused ja mõned postsovetlike transformatsioonide tunnused
- Vladimir Tšetvernin. Kaasaegne libertarismi õigusteooria
- Nikolai Dronin. Ülemaailmne kliimamuutus ja Kyoto protokoll: kümnendi tulemused
- Juri Pivovarov. Vene poliitilise kultuuri ajaloolised juured
- Juri Pivovarov. Vene poliitilise kultuuri areng
- Pavel Petšenkin. Dokumentaalfilm kui humanitaartehnoloogia
- Vadim Radaev. Revolutsioon kaubanduses: mõju elule ja tarbimisele
- Alec Epstein. Miks kellegi teise valu ei tee? Mälu ja unustus Iisraelis ja Venemaal
- Tatjana Tšernigovskaja. Kuidas me arvame? Mitmekeelsus ja ajuküberneetika
- Sergei Aleksašenko. Kriisiaasta: mis juhtus? mida tehakse? mida oodata?
- Vladimir Pastukhov. Vastastikuse tõrjumise jõud: Venemaa ja Ukraina – sama transformatsiooni kaks versiooni
- Aleksander Jurjev. Inimkapitali psühholoogia Venemaal
- Andrei Zorin. Humanitaarharidus kolmes riiklikus haridussüsteemis
- Vladimir Plungjan. Miks peaks kaasaegne lingvistika olema korpuslingvistika
- Nikita Petrov. Stalinliku režiimi kuritegelik iseloom: õiguslikud alused
- Andrei Zubov. Ida-Euroopa ja postsovetlikud teed tagasipöördumiseks pluralistliku riikluse juurde
- Viktor Vakhshtain. Sotsioloogia lõpp: teadussotsioloogia perspektiivid
- Jevgeni Oništšenko. Konkurentsivõimeline toetus teadusele: kuidas see Venemaal toimub
- Nikolai Petrov. Venemaa poliitiline mehaanika ja kriis
- Aleksander Auzan. Ühiskondlik leping: vaade aastast 2009
- Sergei Guriev. Kuidas kriis muudab maailmamajandust ja majandusteadust
- Aleksander Asejev. Akadeemilised linnad kui teaduse, hariduse ja innovatsiooni keskused tänapäeva Venemaal
Vene Föderatsiooni haridus- ja teadusministeerium
Kaasani (Volga piirkond) föderaalne ülikool
nime saanud keemiainstituut. A. M. Butlerova
Anorgaanilise keemia osakond
Teema kokkuvõte:
« Vedelkristallpolümeerid"
Töö lõpetatud
714 rühma õpilane
Khikmatova G.Z.
Kontrollisin tööd
Ignatieva K.A
Kaasan-2012.
Sissejuhatus……………………………………………………………………………………..3
1. Vedelkristallid………………………………………………………
1.1. Avastamise ajalugu……………………………………………………………4
1.2. Kristallilise faasi tüübid………………………………………..…….7
1.3. Vedelkristallide uurimise meetodid…………………………………………..11
2. Vedelkristallpolümeerid…………………………………………….13
2.1.LC polümeeride molekulaarse disaini põhimõtted............14
2.2. Vedelkristallpolümeeride peamised tüübid……………….18
2.3.LC-polümeeride struktuur ja omaduste omadused..…………………….….20
2.4.Kasutusvaldkonnad…………………………………………………………..
2.4.1. Elektrivälja juhtimine – õhukese kile optiliste materjalide saamise tee…………………………………………21
2.4.2. Kolesteroolsed LC polümeerid – spektrosonaalsed filtrid ja ringpolarisaatorid………………………………………………………….23
2.4.3.LC polümeerid kui kontrollitavad optiliselt aktiivsed kandjad teabe salvestamiseks……………………………………………………………………………..24
2.4.4. Ülitugevad kiud ja isetugevdatud plastid…………………………………………………………………………………….25
Kasutatud kirjandus……………………………………………………….…28
Rakendus.
Sissejuhatus.
80ndaid polümeeriteaduses iseloomustas uue valdkonna – vedelkristalliliste polümeeride keemia ja füüsika – sünd ja kiire areng. See sünteetilisi keemikuid, teoreetilisi füüsikuid, klassikalisi füüsikakeemikuid, polümeeriteadlasi ja tehnolooge ühendanud valdkond on kasvanud intensiivselt arendatud uueks suunaks, mis tõi väga kiiresti praktilise edu kõrgtugevate keemiliste kiudude loomisel ja pälvib tänapäeval tähelepanu. optikutest jat. Kuid peamine pole isegi mitte see, vaid tõsiasi, et vedelkristalliline olek polümeerides ja polümeersüsteemides, nagu selgus, ei ole mitte ainult äärmiselt levinud - tänapäeval on kirjeldatud sadu polümeeri vedelkristalle -, vaid see on ka stabiilne. polümeerikehade tasakaalufaasi olek.
Selles on isegi teatud paradoks. 1988. aastal tähistati saja aasta möödumist sellest, kui Austria botaanik F. Reinitzer kirjeldas esimest vedelkristallilist ainet, kolesterüülbensoaati. Eelmise sajandi 30ndatel töötati välja madalmolekulaarsete orgaaniliste vedelkristallide füüsika ja 60ndatel töötasid maailmas juba miljonid nendel kristallidel põhinevad seadmed. Kuid 60ndatel ja 70ndatel ei osanud enamik polümeerideadlasi ette kujutada näiteks kolesteerilist tüüpi termotroopsete vedelkristalliliste polümeeride olemasolu ja üldiselt tundusid sellised süsteemid ebatüüpiliste makromolekulaarsete objektide eksootiliste esindajatena. Ja tegelikult on viimastel aastatel toimunud omamoodi teabe "plahvatus" ja tänapäeval ei üllata kedagi lüotroopsed ja termotroopsed vedelkristallilised polümeerid, mida sünteesitakse iga kuu kümneid.
Käesolevas töös tahtsin rääkida sellest, millal ja kuidas avastati vedelkristalliline olek, mis on vedelkristallidel unikaalne võrreldes teiste objektidega, vedelkristallilistest polümeeridest ning miks need on huvitavad ja imelised.
Vedelkristallid.
Enamik aineid võib eksisteerida ainult kolmes agregatsiooni olekus: tahked, vedelad ja gaasilised. Aine temperatuuri muutmisega saab seda järjestikku ühest olekust teise üle kanda. Tavaliselt peeti silmas tahkete ainete struktuuri, mis hõlmas kristalle ja amorfseid kehasid. Kristallide eripäraks on nendes pikaajaline järjestus ja omaduste anisotroopsus (välja arvatud sümmeetriakeskmega kristallid). Amorfsetes tahketes ainetes on ainult lühiajaline järjestus ja seetõttu on nad isotroopsed. Lühiajaline kord on olemas ka vedelikus, kuid vedelikul on väga madal viskoossus, see tähendab, et sellel on voolavus.
Lisaks loetletud kolmele aine olekule on veel neljas, nn vedelkristall. See on tahke ja vedeliku vahepealne ja seda nimetatakse ka mesomorfne olek. Selles olekus võib olla väga palju orgaanilisi aineid, millel on keerulised varda- või kettakujulised molekulid. Sel juhul nimetatakse neid vedelkristallid või mesofaas.
Selles olekus on ainel palju kristalli omadusi, eriti iseloomustab seda mehaaniliste, elektriliste, magnetiliste ja optiliste omaduste anisotroopsus ning samal ajal on neil vedeliku omadused. Nagu vedelikud, on need vedelad ja võtavad selle anuma kuju, kuhu need asetatakse.
Nende üldiste omaduste põhjal võib LC-d jagada kahte suurde rühma. Kutsutakse temperatuurimuutustel tekkivaid vedelkristalle termotroopne. Nimetatakse vedelkristalle, mis tekivad lahustes, kui nende kontsentratsioon muutub lüotroopne.
1.1. Vedelkristallid avastati 1888. aastal. Austria botaanikaprofessor F. Reinitzer, uurides enda sünteesitud uut ainet, kolesterüülbensoaati, mis on kolesterooli ja bensoehappe ester.
Ta avastas, et 145°-ni kuumutades muutub kristalliline faas (valge pulber) kummaliseks häguseks vedelikuks ja edasi kuumutamisel 179°-ni täheldatakse üleminekut tavaliseks läbipaistvaks vedelikuks. Ta püüdis seda ainet puhastada, kuna ta polnud kindel, et tal on puhas kolesterüülbensoaat, kuid sellegipoolest reprodutseeriti need kaks faasisiiret. Ta saatis selle aine proovi oma sõbrale füüsikule Otto von Lehmannile. Lehman uuris tavalisi kristalle, sealhulgas plastkristalle, mis on katsudes pehmed ja erinevad tavalistest kõvadest kristallidest. Peamine uurimismeetod oli polarisatsioonioptiline mikroskoopia - mikroskoop, milles valgus läbib polarisaatorit, läbib ainet ja seejärel läbi analüsaatori - läbi õhukese ainekihi. Kui asetada teatud aine kristallid polarisaatori ja analüsaatori vahele, on võimalik näha tekstuure – erinevatele kristalsetele ainetele iseloomulikke kujutisi – ja seeläbi uurida kristallide optilisi omadusi. Selgus, et Otto von Lehmann aitas tal mõista, mis oli vahepealse seisundi, meelepette põhjus. Otto von Lehmann oli tõsiselt veendunud, et kõik kristalsete ainete, kristallide omadused sõltuvad ainult molekulide kujust ehk pole vahet, kuidas nad selles kristallis paiknevad, oluline on molekulide kuju. Ja vedelkristallide puhul oli tal õigus – molekulide kuju määrab vedelkristallilise faasi moodustamise võime (peamiselt molekulide kuju). 1888. aastal kirjutas Reinitzer, et on kristalle, mille pehmus on selline, et neid võib vedelateks nimetada, siis Lehmann kirjutas artikli voolavatest kristallidest, tegelikult lõi ta selle termini vedelkristallid. Leiti, et vedelkristalle on väga palju ja neil on oluline roll bioloogilistes protsessides. Need on näiteks osa ajust, lihaskoest, närvidest ja membraanidest. Mõiste "vedelkristallid", mis põhineb kahe, teatud mõttes vastandliku sõna - "vedelik" ja "kristalliline" - ühisel kasutamisel, on hästi juurdunud, kuigi mõiste "mesofaas", mille võttis kasutusele prantsuse füüsik J. Friedel kolmkümmend aastat pärast F. Reinitzeri avastamist, tuletatud kreekakeelsest sõnast "mesos" (vahepealne), on ilmselt õigem. Need ained kujutavad endast vahefaasi kristalse ja vedeliku vahel, tekivad tahke faasi sulamisel ja eksisteerivad teatud temperatuurivahemikus, kuni edasisel kuumutamisel muutuvad tavaliseks vedelikuks. Oluline ajalooline episood: 20-30ndatel uuris nõukogude füüsik Fredericks erinevate magnet- ja elektriväljade mõju vedelkristallide optilistele omadustele ning avastas olulise asja: molekulide orientatsioon vedelkristallides muutub väga kergesti väliste väljade mõju ning need väljad on väga nõrgad ja muutuvad väga kiiresti. Alates 60ndate lõpust algas vedelkristallsüsteemide ja vedelkristallifaaside uurimise buum ning seda seostatakse asjaoluga, et nad õppisid neid kasutama. Esiteks sai tavaliste elektrooniliste digitaalkellade, seejärel kalkulaatorite ja arvutitehnoloogia tulekuga teabe kuvamissüsteemide puhul selgeks, et vedelkristalle saab ekraanide valmistamiseks aktiivselt kasutada. Loomulikult ergutas selline tehnoloogiline hüpe vedelkristallide uurimist fundamentaalteaduse seisukohalt, kuid tuleb märkida, kui suur ajavahe on vedelkristallidega seotud teaduslike avastuste vahel. Tegelikult tundsid inimesed nende vastu huvi uudishimust, utilitaarne huvi puudus, keegi ei osanud neid kasutada ja pealegi oli neil aastatel (20-30ndad) relatiivsusteooria palju huvitavam. Muide, Fredericks oli relatiivsusteooria populariseerija Nõukogude Liidus, seejärel represseeriti ja suri laagrites. Tegelikult möödus vedelkristallide avastamisest 80 aastat, kuni nad õppisid neid kasutama.
1.2. Vedelkristallide uurimise käigus selgusid aine neljanda oleku füüsikalised põhjused. Peamine neist on molekulide mittesfääriline kuju. Nendes ainetes olevad molekulid on ühes suunas piklikud või kettakujulised. Sellised molekulid paiknevad kas mööda teatud joont või valitud tasapinnal. Teada on kolm peamist kristallifaasi tüüpi: nemaatiline(kreeka sõnast "nema" - niit), smektik(kreeka sõnast "smegma" - seep), kolesterool.
Nemaatilistes vedelkristallides paiknevad ja liiguvad molekulide massikeskmed kaootiliselt nagu vedelikus ning molekulide teljed on paralleelsed. Seega eksisteerib kaugjärjestus ainult molekulide orientatsiooni suhtes. Tegelikult ei teosta nemaatilised molekulid mitte ainult translatsiooniliigutusi, vaid ka orientatsioonilisi vibratsioone. Seetõttu puudub molekuli range paralleelsus, vaid valitseb keskmine orientatsioon (joon. 7.19) Orientatsioonivõngete amplituud oleneb temperatuurist. Temperatuuri tõustes tekivad suuremad kõrvalekalded paralleelsusest orientatsioonis ning faasisiirdepunktis muutub molekulide orientatsioon kaootiliseks. Sel juhul muutub vedelkristall tavaliseks vedelikuks.
Praktiliste rakenduste jaoks pakuvad suurimat huvi ained, mis esinevad toatemperatuuril nemaatilises mesofaasis. Praegu saadakse mitmesuguste ainete segude valmistamisel nemaatilisi aineid piirkonnas -20 kuni +80 kraadi ja isegi laiemas temperatuurivahemikus.
Vedelkristallide orientatsioonijärjekorra iseloomustamiseks võetakse tavaliselt kasutusele kaks parameetrit: direktor ja kraadiõppe järjekord, mida nimetatakse ka tellimuse parameetriks. Direktor on ühikvektor I, mille suund langeb kokku molekulide pikkade telgede keskmise orientatsiooni suunaga. Nemaatilistes vedelkristallides langeb suunaja kokku optilise telje suunaga. Vektor I iseloomustab fenomenoloogiliselt kaugjärjestust molekulide paigutuses. See määrab ainult molekulaarse orientatsiooni suuna, kuid ei anna teavet selle kohta, kui täiuslik on mesofaasi järjestus. Kaugemale orienteerumisjärjekorra mõõt on tellimisparameeter S, defineeritud järgmiselt: S=1/2(3 ² θ -1) (*), kus θ – nurk üksiku molekuli telje ja vedelkristalli suuna vahel. Keskmistamine (*) viiakse läbi kogu molekulide ansamblis. Väärtus S = 1 vastab täielikule orientatsioonijärjekorrale, st ideaalsele vedelkristallile, ja S = 0 tähendab täielikku orientatsioonihäiret ja vastab nemaatikule, mis on muutunud isotroopseks vedelikuks.
Kolesterooli vedelkristallid saanud oma nime kolesterooli järgi, kuna enamasti on need kolesterooli estrid. Samal ajal moodustavad kolesterooli mesofaasi lisaks kolesterooli estritele ka hulk teisi aineid. Kõigi kolesterooli moodustavate ühendite molekulid sisaldavad asümmeetrilist süsinikuaatomit, mis on nelja kovalentse sidemega seotud erinevate aatomite või aatomirühmadega. Selliseid molekule ei saa lihtsa superpositsiooniga ühendada iseendaga, nagu ka vasakut ja paremat kätt. Neid kutsutakse kiraalne molekulid (vana heebrea keelest "pärija" - käsi).
Kiraalsetest molekulidest koosnevad kolesteerilised vedelkristallid on struktuurilt sarnased nemaatikaga, kuid neil on põhimõtteline erinevus. See seisneb selles, et erinevalt nemaatilisest on molekulide ühtlane orientatsioon kolesteroolis energeetiliselt ebasoodne. Kiraalsed kolesteerilised molekulid võivad paikneda üksteisega paralleelselt õhukeses monokihis, kuid külgnevas kihis tuleb molekule teatud nurga all pöörata. Sellise oleku energia on väiksem kui ühtlase orientatsiooni korral. Igas järgmises kihis pööratakse kihi tasapinnal asuvat direktorit I uuesti väikese nurga all. Seega tekib kolesteerilises vedelkristallis molekulide spiraalne järjestus (joonis 7.20). Need spiraalid võivad olla kas vasak- või parempoolsed. Naaberkihtide vektorite I vaheline nurk α on tavaliselt täispöörde sajandik, s.o. α≈1®. Sel juhul kolesteerilise spiraali kõrgus R on mitu tuhat angströmit ja on võrreldav valguse lainepikkusega spektri nähtavas osas. Nemaatilisi vedelkristalle võib käsitleda kui lõpmatult suure spiraalse sammuga (P→∞) kolesteeriliste vedelkristallide erijuhtu. Molekulide spiraalset järjestust saab hävitada heeliksi teljega risti rakendatud elektri- või magnetväli.
Smektilised vedelkristallid on rohkem järjestatud kui nemaatilised ja kolesteerilised. Need on nagu kahemõõtmelised kristallid. Lisaks molekulide orientatsioonilisele järjestamisele, sarnaselt nemaatika järjestusele, toimub molekulide massikeskmete osaline järjestamine. Sellisel juhul ei asu iga kihi direktor enam kihi tasapinnas, nagu kolesteerika puhul, vaid moodustab sellega teatud nurga.
Sõltuvalt molekulide järjestuse olemusest kihtides jagatakse smektilised vedelkristallid kahte rühma: smektika mittestruktuurse Ja struktuursete kihtidega smektika.
IN mittestruktuursete kihtidega smektilised vedelkristallid kihtides paiknevad molekulide massikeskmed kaootiliselt, nagu vedelikus. Molekulid võivad piki kihti liikuda üsna vabalt, kuid nende massikeskmed asuvad samal tasapinnal. Need tasapinnad, mida nimetatakse smektiliseks, asuvad üksteisest samal kaugusel, mis on ligikaudu võrdne molekuli pikkusega. Joonisel fig. Joonis 7.21a näitab molekulide paigutust sellises smektikas. Joonisel kujutatud smektilise vedelkristalli puhul ühtivad suunaja I ja tasandi normaal n. Teisisõnu on molekulide pikad teljed smektiliste kihtidega risti. Selliseid vedelkristalle nimetatakse smektiks A. Joonisel fig. Joonisel 7.21b on kujutatud mittestruktuursete kihtidega smektikat, mille korral ei ole suunaja suunatud piki normaalkihti, vaid moodustab sellega teatud nurga Sellise molekulide paigutusega vedelkristalle nimetatakse smektideks C. smektiliste vedelkristallide järjestus on keerulisem kui smektikates A ja C. Näiteks on smektiline F, mille järjestuse üksikasju pole veel täielikult uuritud.
IN struktuursete kihtidega smektika meil on juba tegemist kolmemõõtmelise statistilise järjestamisega. Siin asuvad ka molekulide massikeskmed smektilistes kihtides, kuid moodustavad kahemõõtmelise võre. Kuid erinevalt kristallilistest ainetest võivad kihid üksteise suhtes vabalt libiseda (nagu ka teistes smektikates!). Tänu sellele kihtide vabale libisemisele on kõikidel smektitel katsudes seebitaoline tunne. Sellest ka nende nimi (kreeka sõna "smegma" tähendab seepi). Paljudes smektikates on molekulide massikeskmete järjestus sama, mis smektikates B, kuid nurk suunaja I ja normaalse n vahel kihid on nullist erinev. Sel juhul moodustub pseudoheksagonaalne monokliiniline järjestus. Selliseid smektikuid nimetatakse H smektideks. On ka D smektikuid, mis on lähedased kehakeskse võrega kuubilisele struktuurile. Äsja sünteesitud vedelkristallide hulgas on neid, mida ei saa liigitada nemaatikuteks, kolesteroolideks ja smektikuteks. Neid nimetatakse tavaliselt eksootilisteks mesofaasideks. Nende hulka kuuluvad näiteks nn kettakujulised vedelkristallid ehk diskod, mida intensiivselt uuritakse.
1.3. Polarisatsioonimikroskoopia on esimene meetod vedelkristallide uurimiseks, st pildi järgi, mida uurija ristuvate polarisaatorite polariseerivas mikroskoobis vaatleb, saab otsustada, milline mesofaas, mis tüüpi vedelkristallfaas tekib. See on iseloomulik pilt nemaatilisele faasile, mille molekulid moodustavad ainult orientatsioonilise järjestuse. Selline näeb välja smektiline faas. Et anda teile aimu kõige selle skaalast, see tähendab, et see on palju suurem kui molekulaarne skaala: pildi laius on sadu mikroneid, see tähendab, et see on makroskoopiline pilt, palju suurem kui lainepikkus nähtavast valgusest. Ja selliseid pilte analüüsides saab hinnata, milline struktuur seal on. Loomulikult on nende mesofaaside struktuuri ja mõningate struktuuriliste iseärasuste määramiseks olemas täpsemad meetodid – meetodid nagu röntgendifraktsioonanalüüs, mitmesugused spektroskoopia liigid –, mis võimaldab meil mõista, kuidas ja miks molekulid ühel või teisel viisil pakitakse. .
Kolesteeriline mesofaas näeb välja selline - üks tüüpilisi pilte.
Temperatuuri muutumisel täheldatakse murdumise muutust, nii et värvid muutuvad, läheneme üleminekule - ja täheldatakse üleminekut isotroopsele sulale, see tähendab, et kõik on tumenenud, ristuvates polarisaatorites on nähtav tume pilt.
Vedelkristallpolümeerid.
Vedelkristallilised (LC) polümeerid on kõrgmolekulaarsed ühendid, mis on teatud tingimustel (temperatuur, rõhk, kontsentratsioon lahuses) võimelised muutuma LC olekusse. Polümeeride LC olek on tasakaalufaasi olek, mis asub vahepealses asendis amorfse ja kristalse oleku vahel, seetõttu nimetatakse seda sageli ka mesomorfseks või mesofaasiks (kreeka keelest mesos - vaheühend). Mesofaasi iseloomulikud tunnused on orientatsioonilise korra olemasolu makromolekulide (või nende fragmentide) paigutuses ja füüsikaliste omaduste anisotroopsus välismõjude puudumisel. On väga oluline rõhutada, et LC-faas moodustub spontaanselt, samas kui polümeeri orientatsioonijärjekorda saab hõlpsasti esile kutsuda proovi lihtsalt venitades makromolekulide kõrge anisodiameetria (asümmeetria) tõttu.
Kui polümeerid lähevad termilise toime (kuumutamise või jahutamise) tulemusena LC-olekusse või mesofaasi, nimetatakse neid termotroopseteks LC-polümeerideks; kui LC-faas tekib polümeeride lahustamisel teatud lahustites, nimetatakse neid lüotroopseteks LC-polümeerideks.
Esimesed teadlased, kes ennustasid, et polümeerid võivad moodustada mesofaasi, olid V.A. Kargin ja P. Flory.
Loeng 4/1
Teema. Polümeeride füüsikalised olekud. Kristallilised, amorfsed ja vedelkristallilised polümeerid.
Eristama agregaat ja faas polümeeride olekud.
Polümeerid on olemas kahes agregatsiooni olekus: raske Ja vedel Kolmandat agregatsiooni olekut – gaasilist – polümeeride puhul ei eksisteeri, kuna makromolekulide suured suurused põhjustavad väga suuri molekulidevahelise interaktsiooni jõude.
IN raske Agregatsiooniseisundis iseloomustab polümeere molekulide suur pakkimistihedus, teatud kuju ja ruumala olemasolu kehades ning võime neid säilitada. Tahke olek realiseerub, kui molekulidevahelise interaktsiooni energia ületab molekulide soojusliikumise energia.
IN vedel agregatsiooni olekus säilib makromolekulide suur pakkimistihedus. Seda iseloomustab teatud maht, teatud kuju. Kuid sellises olekus on polümeeril vähe vastupidavust selle kuju säilitamisele. Sellepärast
polümeer võtab anuma kuju.
Need eksisteerivad kahes agregatsiooni olekus termoplast polümeerid, mis võivad sulada. Nende hulka kuuluvad paljud lineaarsed ja hargnenud polümeerid - polüetüleen, polüpropüleen, polüamiidid, polütetrafluoroetüleen jne.
Võrk polümeerid, aga ka lineaarsed ja hargnenud polümeerid, mis omandavad kuumutamisel võrgustruktuuri, eksisteerivad ainult aastal tahkes olekus.
Sõltuvalt makromolekulide paigutuse korrapärasuse astmest võib polümeere leida kolmes faasiseisundid: kristalne, vedelkristall Ja amorfne.
Kristalliline seisund on iseloomustatud kaugjärjestus osakeste paigutuses st suurusjärgus sadu ja tuhandeid kordi suurem osakeste endi suurusest.
Vedelkristall olek vaheühend kristalse ja amorfse vahel.
Amorfne iseloomustatakse faasiseisundit sulge järjekord asendis osakesed , st osakeste suurusega võrreldavatel vahemaadel täheldatud järjekord.
Polümeeride kristalne olek
Polümeeride kristalset olekut iseloomustab asjaolu, et makromolekulide ühikud moodustavad kolmemõõtmelise kaugjärjekorraga struktuure. Nende struktuuride suurus ei ületa mitut mikronit; neid tavaliselt nimetatakse kristalliidid . Erinevalt madalmolekulaarsetest ainetest ei kristalliseeru polümeerid kunagi täielikult, koos kristalliitidega säilivad neis amorfsed (korrata struktuuriga) piirkonnad. Seetõttu nimetatakse kristallilises olekus polümeere amorfne-kristalliline või osaliselt kristalne. Kristalliliste piirkondade mahulist sisaldust proovis nimetatakse kristallilisuse aste . Seda kvantifitseeritakse erinevate struktuuritundlike meetoditega. Levinumad neist on: tiheduse mõõtmine, röntgendifraktsiooni meetod, IR-spektroskoopia, NMR. Enamiku polümeeride puhul jääb kristallilisuse aste vahemikku 20–80%, olenevalt makromolekulide struktuurist ja kristalliseerumistingimustest.
Määratakse kristalliitide morfoloogia ja nende agregatsiooni tüüp kristallisatsiooni meetod . Niisiis, aeglasel kristalliseerumisel lahjendatud lahustest madala molekulmassiga lahustites (kontsentratsioon ~ 0,01%) on kristalliitid üksikud korrapärase lihviga plaadid ( lamellid ), mis tekivad makromolekuli „enese peale“ voltimisel (joonis 1).
Joonis 1. Volditud makromolekulide lamellkristalli struktuuri skeem
svarka-info/com
Lamellide paksus on tavaliselt 10-15 nm ja selle määrab volti pikkus ning nende pikkus ja laius võivad varieeruda suurtes piirides. Sel juhul osutub makromolekuli telg plaadi tasapinnaga risti ja plaadi pinnale tekivad silmused (joonis 2). Piirkondade olemasolu tõttu, kuhu kogutakse kokkuvolditavate makromolekulide silmuseid, puudub täielik kristalne järjekord. Isegi üksikute polümeeri üksikkristallide kristallilisusaste on alati alla 100% (polüetüleeni puhul näiteks 80-90%). Polümeeri monokristallide morfoloogia peegeldab nende kristallvõrede sümmeetriat ja paksus sõltub tugevalt kristalliseerumistemperatuurist ja võib mitu korda erineda.
Riis. 2. Polüetüleenkristallitide makromolekulide voldid svarka-info/com
Lamellkristallide degenereerunud vorm on fibrillaarsed kristallid (fibrillid), mida iseloomustab suur pikkuse ja paksuse suhe (joon. 3). Need arenevad tingimustes, mis soodustavad ühe külje eelistatud kasvu, näiteks lahusti kõrge aurustumiskiirus. Fibrillide paksus on tavaliselt 10–20 nm ja pikkus ulatub mitme mikronini.
Riis. 3. b - mikrofibrill; c - fibrill. Elektronide difraktsioonimustri skaneerimine.. www. ntmdt. ru
Kristallplaadid esindavad lahusest kristalliseerumise lihtsaimat vormi. Kristalliseerumiskiiruse suurenemine või lahuse kontsentratsiooni suurenemine toob kaasa keerukamate struktuuride ilmnemise: "kaksikute" spiraalsed moodustised (kaks plaati, mis on ühendatud piki kristallograafilist tasapinda), samuti mitmesugused dendriitvormid, sealhulgas suur hulk plaate, spiraalsed terrassid, "kaksikud" ja teised. Kontsentratsiooni edasise suurenemisega sferuliidid . Sferuliidid tekivad ka polümeeride kristalliseerumisel sulanditest. See on kõige levinum ja levinum kristalsete moodustiste vorm polümeerides.
IN sferuliidid lamellid lahknevad radiaalselt ühistest keskpunktidest (joon. 4). Elektronmikroskoopia uuringud näitavad, et sferuliitide fibrill koosneb paljudest lamellidest, mis on üksteise peale laotud ja keerdunud ümber sferuliidi raadiuse. Vaadeldakse mitme mikroni kuni mitme cm läbimõõduga sferuliite.Kolmemõõtmelised sferuliitid tekivad plokkproovides ja kahemõõtmelised lamedad õhukeste kiledena. Eeldatakse, et plokkproovide kristalliitides on osa makromolekulist volditud konformatsiooniga ja teine osa läheb kristalliidist kristalliidiks, ühendades need omavahel. Need "mööduvad" ahelad ja voltimispiirkonnad moodustavad sferuliitide amorfse osa.
Riis. 4. Polüetüleensebatsaadi rõngassferuliidid
Olenevalt kristalliseerumistingimustest võib moodustuda sama polümeer sferuliidid erinevat tüüpi ( radiaalne, rõngakujuline ) (joonis 5). Madalatel ülejahutusastmetel tekivad tavaliselt ringikujulised sferuliitid, kõrgel aga radiaalsed sferuliitid. Näiteks on polüpropüleensferuliitidel erinevad optilised omadused ja isegi erinevad sulamistemperatuurid olenevalt kristallilisest modifikatsioonist, milles polümeer kristalliseerub. Monokliinilise rakuga polüpropüleensferuliidid võivad omakorda olla kas positiivsed või negatiivsed. Sferuliiti nimetatakse positiivseks, kui selle kahekordne murdumine on suurem kui null. Kui see on väiksem kui null, on sferuliit negatiivne.
Joonis 5. Sferuliitide tüübid: a - radiaalne, b - rõngas.
Sulamise kristalliseerumine sulamistemperatuurile lähedasel temperatuuril (ülejahutus mitte üle 1˚C) toimub väga aeglaselt ja viib sirgendatud ahelatest üles ehitatud kõige täiuslikumate kristallstruktuuride moodustumiseni. Sirgendatud ahelatega kristalliseerumise mehhanismi realiseeritakse praktikas harva. Selleks tuleb samaaegselt sulandi jahutamisega rakendada suuri pingeid.
Enamik polümeere kristalliseerub sferuliitidena. Kuid mõnel juhul leidub plokkpolümeeris ainult lamellkristallide rühmi. Samuti leiti üksikute kristallide ja sferuliitide vahepealseid struktuurimoodustisi. Sageli on need struktuurid lihvitud ja suured - kuni kümneid mikroneid. Siiani pole selgunud, kas vahestruktuure on teatud arv või erinevad morfoloogilised vormid muutuvad pidevalt üksteiseks.
Polümeeride amorfne olek
Amorfne polümeeridel puudub kristalne struktuur. Seda polümeeride olekut iseloomustavad:
· kolmemõõtmelise kaugjärjestuse puudumine makromolekulide paigutuses,
· lühiajaline järjestus makromolekulide ühikute või segmentide paigutuses, kaob kiiresti üksteisest eemaldudes.
Polümeerimolekulid näivad moodustavat “parvesid”, mille eluiga on polümeeride tohutu viskoossuse ja molekulide suure suuruse tõttu väga pikk. Seetõttu jäävad sellised sülemid mõnel juhul praktiliselt muutumatuks. IN amorfne on ka heas korras polümeeri lahused Ja polümeertarretised .
Amorfsed polümeerid on ühefaasilised ja ehitatud pakkidesse kogutud ahela molekulidest. Pakid on konstruktsioonielemendid ja võivad naaberelementide suhtes liikuda. Mõnest amorfsest polümeerist saab valmistada kerake Gloobulid koosnevad ühest või mitmest sfäärilisteks osakesteks rullitud makromolekulist (joonis 6). Makromolekulide palliks voltimise võimaluse määrab nende suur paindlikkus ja molekulisiseste interaktsioonijõudude ülekaal molekulidevaheliste interaktsioonijõudude üle.
Joonis 6. Hemoglobiini globulaarne vorm, mis sisaldab nelja rauakompleksi molekuli
www. krugosvet. ru
Amorfsed polümeerid võivad sõltuvalt temperatuurist olla kolmes olekus, mis erinevad soojusliikumise olemuse poolest: klaasjas, väga elastne Ja viskoosne. Polümeeri asukoha staadium on määratud selle struktuuri muutumise ja lineaarsete polümeeride makromolekulide vahelise adhesioonijõududega.
Kell madalad temperatuurid amorfseid polümeere leidub klaasjas tingimus. Molekulaarsed segmendid ei oma liikuvust ja polümeer käitub amorfses olekus nagu tavaline tahke aine. Selles olekus materjal habras . Nimetatakse üleminekut ülielastsest olekust klaasjas olekusse, kus temperatuur langeb klaasi üleminek , ja sellise ülemineku temperatuur on klaasistumistemperatuur .
Väga elastne tekib seisund, mida iseloomustab polümeeri võime kergesti venitada ja kahaneda üsna kõrgetel temperatuuridel , kui soojusliikumise energia muutub piisavaks molekuli segmentide liikumise tekitamiseks, kuid mitte veel piisavaks molekuli kui terviku liikuma panemiseks. Väga elastses olekus on polümeeridel suhteliselt väikeste mehaaniliste pingete korral väga suur elastne deformatsioon . Näiteks võivad kummid venida peaaegu 10 korda.
IN viskoosne olekus, ei saa liikuda mitte ainult segmendid, vaid ka kogu makromolekul. Polümeerid omandavad voolamisvõime, kuid erinevalt tavalistest vedelikest kaasneb nende voolamisega alati väga elastse deformatsiooni tekkimine. Sellises olekus materjal väikeste jõudude mõjul eksponeerib pöördumatu plastiline deformatsioon , mida saab kasutada selle tehnoloogiliseks töötlemiseks.
Makromolekulide lineaarse struktuuriga polümeerid on amorfses olekus elastsed-viskoossed kehad ja tugeva ruumilise struktuuri moodustumisel viskoelastsed kehad.
Igasugune välismõju, mis mõjutab osakeste liikuvust amorfsetes kehades (temperatuuri, rõhu muutused), mõjutab füüsikalisi omadusi (materjali dielektrilised omadused, gaasi läbilaskvus).
Polümeeride vedelkristalliline olek
Vedelkristallid on ebatavalised ained. Need ühendavad vedelikele ja tahketele ainetele omased omadused, mis kajastuvad nimes. Vedelikest võtsid nad voolavuse, see tähendab võime võtta anuma kuju, millesse need valatakse. Tahketest kristalsetest kehadest - anisotroopia omadused . Viimast seletatakse vedelkristallide struktuuriga - neis olevad molekulid on paigutatud mitte kaootiliselt, vaid korrapäraselt. Kuid mitte nii range kui tahkete kristallide puhul
Mitte kõik ühendid ei lähe vedelkristalliliseks olekuks, vaid ainult need, mille molekulidel on märkimisväärne anisomeetria (pulkade või ketaste kuju). Sõltuvalt molekulide pakendist eristatakse neid kolme tüüpi struktuure vedelkristallid - smektik , nemaatiline Ja kolesterool .
Smektikud, ehk kõige lähedasem tavalistele kristallidele. Neis olevad molekulid on pakitud kihtidesse ja nende massikeskmed on fikseeritud (joonis 7). IN nematika Vastupidi, molekulide massikeskmed paiknevad kaootiliselt, kuid nende molekulide, tavaliselt vardakujulised, teljed on üksteisega paralleelsed (joonis 8). Sel juhul iseloomustab neid orientatsiooniline kord.
Kolmandat tüüpi vedelkristallide kõige keerulisem struktuur on kolesterool. Kolesteerikute moodustamiseks on vaja nn kiraalseid molekule, mis ei sobi kokku nende peegelpildiga.
Riis. 7. Vedelkristalli skemaatiline kujutis smektilises faasis
http://dic. Akadeemiline. ru/
https://pandia.ru/text/80/219/images/image009_79.jpg" alt="Joon. 1. Pildil on kolesteerilises faasis direktori 180° pöörlemine. Vastav kaugus on pooltsükkel, p /2." width="178" height="146">!}
Joonis 9. Kolesteerilise vedelkristalli skemaatiline illustratsioon
dic. Akadeemiline. ru
Sellisesse polümeeriahelasse võib sisestada ka teisi funktsionaalrühmi, näiteks fotokroomne valgusega juhitavad rühmad või elektroaktiivne elektrivälja mõjul orienteeritud rühmad.
Vedelkristallid ise on viskoossed vedelikud ainult kitsas temperatuurivahemikus. Seetõttu on neil oma erilised omadused ainult selles temperatuurivahemikus. Vedelkristallilised polümeerid, erinevalt vedelkristallidest, säilitavad jahutamisel nii vedelkristallilise faasi struktuuri kui ka omadused. See tähendab, et tahkes aines on võimalik fikseerida tundlikku vedelkristallstruktuuri, kaotamata näiteks selle ainulaadseid optilisi omadusi.
Kolesteroolid reageerivad kergesti temperatuuridele. Mõned muudavad värvi väga kiiresti väga väikese temperatuurimuutusega – saate neid kasutada ainulaadsete loomiseks termokaamerad , või temperatuuri indikaatorid. Näiteks kiiritades laseriga sellise materjali pinda, saab uurida selle kiire intensiivsuse jaotust. Kolesteerilistest polümeeridest valmistatud katteid saab kasutada õhusõidukite katsetamiseks tuuletunnelis, kuna temperatuurijaotus näitab selgelt, millistes kohtades on õhusõiduki ümber rohkem turbulentsi ja millistes laminaarne õhuvool.
Üks huvitavamaid näiteid polümeerkolesterooli kasutamisest on valmistamine valgusega juhitavad filmid . Kui polümeeri ahelasse sisestatakse fotokroomse rühmaga monomeer, mille kuju teatud lainepikkusega valgusega kokkupuutel muutub, siis saab kolesteeriumi struktuuris spiraali sammu muuta. Teisisõnu, materjali valgusega kiiritades saate muuta selle värvi. Saadud materjali seda omadust saab kasutada värviteabe salvestamiseks ja salvestamiseks holograafia Ja kuvamistehnoloogia .
Kuid spiraali sammu saab muuta mitte ainult valguse ja temperatuurimuutuste mõjul (nagu termokaamerates), vaid ka elektri- ja magnetväljade mõjul. Selleks on vaja sisse viia elektroaktiivsed või magnetiliselt aktiivne rühmad. Kokkupuude elektri- või magnetväljaga viib vedelkristallmolekulide orientatsiooni ja moonutamiseni ning seejärel kolesteerilise spiraali täieliku lahtikeeramiseni.
Vedelkristalliliste polümeeride uurimine, mis on palju nooremad kui madala molekulmassiga vedelkristallid, paljastavad palju rohkem tundmatuid aspekte nende füüsikalis-keemilises käitumises.
