4.2.2. Glasartade och mycket elastiska tillstånd av polymerer
Det glasartade tillståndet är en av formerna av det fasta tillståndet hos amorfa polymerer, som kännetecknas av små elastiska deformationer med höga värden på elasticitetsmodulen E≈2,2·10 3 -5·10 3 MPa. Dessa deformationer är förknippade med en liten förändring i avstånden mellan atomer och bindningsvinklar i huvudkedjan.
Det mycket elastiska tillståndet kännetecknas av stora reversibla deformationer (upp till 600-800%) och låga värden på polymerens elasticitetsmodul (0,2-2 MPa). Sträckning av en polymer under mycket elastisk deformation åtföljs av frigöring av energi i form av värme, medan kontraktion åtföljs av kompression. Elasticitetsmodulen för en deformerbar polymer ökar med ökande temperatur, medan elasticitetsmodulen i glasartat tillstånd minskar. Mycket elastisk deformation uppstår över tiden, eftersom den orsakas av segmentrörelser och därför är en avslappningsmolekylär-kinetisk process.
Arten av den elastiska kraften som uppstår vid deformation av polymerer i glasartade och högelastiska tillstånd diskuteras i avsnitt. 2.2.1. I det första fallet är det förknippat med en förändring i intern energi, i det andra - entropi. Den molekylära mekanismen för entropisk elasticitet i samband med återställandet av de mest sannolika storlekarna av makromolekylära spolar diskuteras i detalj i avsnitt. 2.2.
Det mycket elastiska tillståndet manifesteras tydligast i "tvärbundna" gummin, dvs. sudd I linjära polymerer överlagras irreversibel deformation på reversibel deformation, d.v.s. flöde. Ett mycket elastiskt tillstånd kan observeras i polymerer i olika temperaturområden - från -100 till 200 °C. Den tekniska användningen av högelastiska material är relaterad till deras stötdämpande egenskaper och låga elasticitetsmodul.
När de utsätts för en extern periodisk kraft med hög frekvens kan polymerer som är i ett mycket elastiskt tillstånd omvandlas till ett elastiskt-hårt deformationstillstånd som inte är associerat med "frysning" av rörligheten hos segment (tabell 4.1). Denna typ av glasövergång i kraftfält vid temperaturer över den strukturella glasövergångstemperaturen kallas mekanisk glasövergång. Naturen av detta fenomen diskuterades tidigare i avsnittet. 2.3.4.
Glasövergången av polymerer är en avslappningsprocess. Det är förknippat med avslappning, d.v.s. genom att flytta segment av makromolekyler som innehåller 5-20 atomer i huvudkedjan (beroende på dess flexibilitet). Denna process har en uttalad kooperativ karaktär.
Under glasövergången sker en abrupt förändring av värmekapaciteten, temperaturkoefficienten för volymetrisk expansion och termisk kompressibilitetskoefficient, medan endast en kink observeras i kurvorna för den specifika volymen, entalpin och entropin. Vid T T s andraderivatan av Gibbs-funktionen
förändras abrupt, vilket är ett tecken på en andra ordningens fasövergång. Trots detta är glasövergång inte en fasövergång,
Tabell 4.1 Glasövergångstemperatur, sterisk faktor (flexibilitet) σ och Kuhn-segment av olika klasser av polymerer
|
Kuhn segment, nm | |||
|
Flexibla kedjepolymerer: | |||
|
Polykloropren | |||
|
Polydpmetylsploxan | |||
|
Polyestrar | |||
|
Cis-polyisonren (naturgummi) | |||
|
Polybutadien | |||
|
Alifatiska polyamider | |||
|
Polymetylmetakrylat | |||
|
Paul och metylakryl | |||
|
Polybutylakrylat | |||
|
Polyvinylacetat | |||
|
Polystyren | |||
|
Polyeten | |||
|
Polypropen | |||
|
Polyakrylnitril | |||
|
Polyvinylklorid | |||
|
Stela kedjepolymerer: | |||
|
Tereftalsyra och fenolftaleinpolyarylat | |||
|
Polyamid av tereftalsyra och aniftalein | |||
|
Polyimiddianhydrid 3,3",4,4"-tetrakarboxifenyloxid och anilinfluoren |
eftersom det leder till ett icke-jämviktsmetastabilt tillstånd i systemet. Detta bekräftas av ett antal kinetiska egenskaper:
en monoton och obegränsad minskning av glasövergångstemperaturen med en minskning av kylhastigheten och vice versa;
i motsatt riktning mot förändringen av värmekapaciteten vid glasövergång och en andra ordningens fasövergång (vid glasövergång minskar värmekapaciteten).
Vanligtvis ändras glastemperaturen med cirka 3 °C när kylningshastigheten ändras med en faktor 10, och endast i vissa fall kan den ändras med 10-15 °C. Bartenev föreslog en formel för att beräkna glasövergångstemperaturen vid olika temperaturförändringshastigheter:
där c är materialkonstanten; samuppvärmningshastighet i °C/s.
Teorier om glasövergång. Rörligheten för varje kinetisk enhet bestäms av relaxationstiden t, som, i enlighet med formel (2.93), beror exponentiellt på aktiveringsenergin. Det har visat sig att med sjunkande temperatur ökar aktiveringsenergin för rörelse av segment snabbt, vilket är förknippat med en minskning av polymerens fria volym och en ökning av det kooperativa relaxationssystemet. Under glasövergången når den fria volymen ett minimivärde och segmentens rörelse stannar. Den fria volymen av polymeren Vst bestäms av uttrycket:
där V är den totala volymen, dvs. verklig volym av polymerkroppen; V 3 - upptagen volym lika med volymen av makromolekyler. Den fria volymen är fördelad genom polymeren i form av mikroporer, vars ursprung är associerat med strukturens heterogenitet.
Förändringen i kroppsvolym under uppvärmning kännetecknas av koefficienten
förlängningar. Vid T > T c bestäms förändringen i polymerens volym huvudsakligen av förändringen i den fria volymen; expansionskoefficienten för denna region betecknas som 1. Hos T< Т с свободный объем изменяется в существенно меньшей степени (рис. 4.6), изменение объема полимера в этой области происходит по закону, характерному для твердых кристаллических тел с коэффициентом объемного расширения 2 . Величина ∆= 1 - 2 имеет физический смысл коэффициента температурного расширения свободного объема. Она связана с температурой стеклования полимеров эмпирическим уравнением Бойера-Симхи:
I teorin om Gibbs och Di Marzio betraktas glasövergångsprocessen för en polymer ur perspektivet av systemets termodynamiska tillstånd, bestämt av antalet möjliga konformationer av makromolekylen. Det antas att möjliga sätt att orientera kedjeenheter kan reduceras till två extremfall motsvarande höga ε 1 och låga ε 2 energivärden för konformatorerna. I förhållande till kedjans rotationsisomermodell kan den första tillskrivas ±gauche-isomerer, den andra till transisomerer. Vid T > Tc kännetecknas polymeren av en stor konformationell uppsättning och signifikant molär konformationsentropi SK . När temperaturen sjunker minskar intensiteten i segmentens termiska rörelse, d.v.s. flexibiliteten hos kedjan, därför fryses konformationer som motsvarar stora (ε 1) värden av intern energi och SK minskar. Vid en viss temperatur T = T 2 blir övergången av transkonformationer till "+" eller "-" gauche omöjlig, och den termiska rörelsen av segmenten stannar. Detta betyder att ∆S K = 0, om vi tillämpar Boltzmanns formel för att beräkna konformationsentropin och antar att den termodynamiska sannolikheten är lika med konformationstalet.
Eftersom T2 är den temperatur vid vilken överskottsentropin hos en underkyld vätska (i detta fall en amorf polymer) jämfört med en kristall blir noll, anses glasövergång i Gibbs-Di Marzio-teorin vara en andra ordningens fasövergång. Under glasövergången observeras faktiskt några formella tecken på en sådan övergång - ett hopp i värmekapacitet, en kraftig förändring i volymetrisk expansionskoefficient, etc. Dessutom visades det att under glasövergången, en omfördelning av gauche och transisomerer äger rum, som föreslagits enligt Gibbs-Dee-teorin Marzio. I praktiken visade det sig att T c > T 2 alltid. Därför antog författarna till teorin att T 2 = T c endast vid oändliga polymerkylningshastigheter, när relaxationsfenomen i polymerer reduceras till ett minimum. Men även under detta tillstånd är det felaktigt att identifiera glasövergång med en andra ordningens fasövergång, eftersom glasövergång fixerar ett metastabilt tillstånd, vars entropi vid vilken temperatur som helst är större än entropin i det kristallina tillståndet. Det bör således beaktas att det finns två oberoende övergångar vid T 2 och T c, som korrelerar med varandra. Den termodynamiska teorin om glasövergång utvecklades vidare i Adam och Gibbs verk.
Kinetisk teori om glasövergång. För polära polymerer med starka intermolekylära interaktioner erhålls goda resultat av Zhurkov-teorin, en av de första teorierna om glasövergång. Enligt denna teori är polymerens glasövergång, dvs. upphörandet av termisk rörelse av segment beror på bildandet av ett rumsligt nätverk av svaga intermolekylära kohesiva bindningar - dipol, donator-acceptor (inklusive väte).
Energin för intermolekylär interaktion beror lite på temperaturen, medan energin för termisk rörelse hos enheter är proportionell mot kT. När temperaturen sjunker minskar energin för termisk rörelse och när den visar sig vara otillräcklig för att övervinna krafterna från intermolekylär interaktion bildas ett nätverk av intermolekylära bindningar, d.v.s. glasövergång I det här fallet, för övergången till ett glasartat tillstånd, är det tillräckligt att "frysa" rörligheten för Kuhn-segmenten, medan rörelsen av andra strukturella element - länkar, laterala substituenter - bevaras.
Bildandet av intermolekylära bindningar under övergången till ett glasartat tillstånd för ett antal polära polymerer - polyamider, polyvinylalkohol, gelatin - har bevisats genom IR-spektroskopi. I enlighet med Zhurkovs teori, med ökande polaritet hos polymeren och följaktligen kedjestyvhet, ökar värdet på glasövergångstemperaturen (Fig. 4.7).
Blockering av de polära grupperna av polymerer genom att införa små tillsatser av föreningar med låg molekylvikt leder till en minskning av intermakromolekylär interaktion och följaktligen glasövergångstemperaturen. Experimentella data bekräftar denna position.
Baserat på det föregående är det uppenbart att glasövergångstemperaturen i första hand kommer att bero på de faktorer som bestämmer kedjans flexibilitet och möjligheten till konformationsövergångar. Kedjans flexibilitet bestäms av typen av bindningar i huvudkedjan, såväl som volymen och polariteten hos substituenterna på denna kedja. Det är till exempel känt att införandet av eterbindningar i en kedja ökar dess flexibilitet och amidgrupper - minskar den. I enlighet med detta minskar i det första fallet glasövergångstemperaturen, i det andra ökar den (se tabell 4.1). En ställföreträdares inflytande yttrar sig oftast på följande sätt:
så kallade icke-deformerbara bulksubstituenter ökar glasövergångstemperaturen, till exempel för polystyren och polyvinylnaftalen är den 100 °C respektive 211 °C;
flexibla sidogrupper sänker glasövergångstemperaturen, till exempel har polymetylakrylat och polybutylakrylat en glasövergångstemperatur på 2°C respektive -40°C;
En ökning av substituentens polaritet leder till en minskning av kedjans flexibilitet på grund av begränsningen av dess rotationsfrihet och, som en konsekvens, till en ökning av glasövergångstemperaturen.
Såsom nämnts ovan, i området med låga molekylviktsvärden, påverkar det senare glasövergångstemperaturen för polymeren. Detta förklaras av en ökning av den fria volymen av polymeren som innehåller korta kedjor, eftersom deras ändar förhindrar tät packning av makromolekyler. Överskottet av den fria volymen av en polymer med låg molekylvikt leder till det faktum att konformationsövergångar av makromolekyler kan ske vid lägre temperaturer jämfört med en polymer med högre molekylvikt.
När det gäller tvärbundna polymerer uppstår det motsatta fenomenet - tvärbindning "för samman" makromolekylerna, vilket leder till en minskning av fri volym och en ökning av glasövergångstemperaturen för den "tvärbundna" polymeren jämfört med den linjära.
| " |
Olenta-företaget säljer ett stort utbud av polymermaterial. Vi har alltid högkvalitativa termoplaster tillgängliga, inklusive flytande kristallpolymerer. Anställda som arbetar på Olenta har högre specialiserad utbildning och har en utmärkt förståelse för polymertillverkningens egenheter. Hos oss kan du alltid få råd och eventuell hjälp gällande materialval och organisation av den tekniska processen.
Flytande kristallina polymerer har mycket hög styvhet och styrka. De producerar inte blixt vid gjutning. Rekommenderas för precisionsgjutning. De har utmärkt dimensionsstabilitet. Kännetecknas av mycket korta nedkylningstider. De kännetecknas av extremt låg fogstyrka. Här hittar du flytande kristallpolymer från Toray. Materialet tillverkas på en fabrik i Japan.
Flytande kristallpolymer tillverkad av Toray
| Fyllning | varumärke | Beskrivning | Ansökan |
| Glasfyllning | Höghållfast polymer, 35% glasfylld | Mikroelektronik |
|
| Kort glas | Högflödespolymer, 35% glasfylld | Mikroelektronik |
|
| Kort glas och mineraler | Superhögflytande polymer, 30% glasfylld | Mikroelektronik |
|
| Antistatisk polymer, 50% fyllning | Mikroelektronik |
||
| Glas och mineraler | Låg skevhet, 50% fyllning | Mikroelektronik |
|
| Mineraler | Låg skevhet, 30% fyllning | Mikroelektronik |
Funktioner hos flytande kristallpolymerer
Till skillnad från traditionella polymerföreningar har dessa material ett antal särskiljande egenskaper. Flytande kristallina polymerer är högmolekylära föreningar som kan förändra sitt tillstånd under påverkan av yttre förhållanden. På grund av flexibla molekylära bindningar kan en kedja av makromolekyler ändra sin form över ett brett spektrum och bilda en stabil och hållbar kristallin struktur.
Dessa polymerer bibehåller stabila hållfasthetsegenskaper upp till smältpunkten. De har mycket hög kemisk resistans och dielektriska egenskaper.
Flytande kristallpolymerer används i stor utsträckning vid tillverkning av elektroniska komponenter, mikrovågsbeständiga köksredskap och medicinska instrument.
Om företaget OLENTA
Vårt företag har ett antal fördelar:
- rimliga priser;
- specialister med lång erfarenhet;
- strikt efterlevnad av deadlines och avtal;
- ett brett utbud av strukturella plaster;
- samarbete med de största polymertillverkarna.
OLENTA levererar flytande kristallpolymerer exklusivt från pålitliga tillverkare. Detta fungerar inte bara som en garanti för oklanderlig kvalitet, utan minimerar också alla risker i samband med försörjningsavbrott eller felaktigt fullgörande av förpliktelser.
Vi publicerar en utskrift av en föreläsning av en senior forskare vid institutionen för makromolekylära föreningar vid fakulteten för kemi vid Moscow State University, docent, doktor i kemiska vetenskaper, pristagare av Ryska federationens presidentpris för unga forskare för 2009 , Alexey Bobrovsky, given den 2 december 2010 på Polytechnic Museum som en del av projektet "Public Lectures Polit. RU".
Se även:
Föreläsningstext. Del 1
God kväll! Jag skulle vilja göra några ändringar i regelverket: föreläsningen består av två delar: först flytande kristaller, sedan flytande kristallpolymerer, så jag skulle vilja föreslå att du ställer några frågor efter den första delen. Det blir lättare.
Jag skulle vilja säga att huvuduppgiften som jag ställde upp för mig själv i förberedelserna för denna föreläsning inte så mycket är att ladda dig med ett överflöd av information om flytande kristaller och deras användning, utan att på något sätt intressera dig för flytande kristaller, att ge dig några inledande begrepp: vad de är och visar hur vackra och intressanta de är, inte ur en utilitaristisk synvinkel (där de kan användas), utan ur vetenskapens och konstens synvinkel (hur vackra de är i sig själva). Plan för min rapport.
Först och främst kommer jag att berätta när och hur det flytande kristallina tillståndet upptäcktes, vad som gör flytande kristaller unika jämfört med andra objekt, och i den andra delen av min rapport kommer jag att prata om flytande kristallina polymerer och varför de är intressanta och underbara .
Alla vet att i de flesta ämnen bildar molekylerna ett kristallint tillstånd, molekylerna bildar ett tredimensionellt kristallgitter, ordnat i tre dimensioner, och vid upphettning till en viss temperatur observeras en fasövergång från ett tredimensionellt ordnat tillstånd till ett oordnat flytande tillstånd, och med ytterligare uppvärmning - till ett gasformigt tillstånd . Det visade sig att det finns några mellanfaser som har det aggregerade tillståndet av en vätska, men som ändå har en viss ordning: inte tredimensionell, utan tvådimensionell eller någon annan degenererad ordning. Jag ska nu förklara vad vi pratar om.
Den första rapporten om ett ovanligt tillstånd av materia - det flytande kristallina tillståndet av materia, även om denna term inte existerade vid den tiden - ägde rum 1888. Enligt vissa andra uppgifter registrerades ett sådant ovanligt tillstånd av ämnet 1850, men det är allmänt accepterat att Friedrich Reinitzer, en österrikisk vetenskapsman, 1888 undersökte ämnet kolesterylbensoat - ett derivat av kolesterol - och upptäckte att när det värmdes till 145° förvandlas den kristallina fasen (vitt pulver) till en märklig grumlig vätska och vid ytterligare uppvärmning till 179° observeras en övergång till en vanlig transparent vätska. Han försökte rena detta ämne, eftersom han inte var säker på att han hade rent kolesterylbensoat, men ändå reproducerades dessa två fasövergångar. Han skickade ett prov av detta ämne till sin vän fysikern Otto von Lehmann. Lehman studerade vanliga kristaller, inklusive plastkristaller, som är mjuka vid beröring och skiljer sig från vanliga hårda kristaller. Den huvudsakliga studiemetoden var optisk polarisationsmikroskopi - ett mikroskop där ljus passerar genom en polarisator, passerar genom ett ämne och sedan genom en analysator - genom ett tunt lager av ämne. När kristaller av ett visst ämne placeras mellan polarisatorn och analysatorn kan man se texturer – karakteristiska bilder för olika kristallina ämnen – och på så sätt studera kristallernas optiska egenskaper. Det visade sig att Otto von Lehmann hjälpte honom att förstå vad som var orsaken till mellantillståndet, villfarelsen. Otto von Lehmann var allvarligt övertygad om att alla egenskaper hos kristallina ämnen, kristaller, enbart beror på formen på molekylerna, det vill säga att det inte spelar någon roll hur de är placerade i denna kristall, molekylernas form är viktig. Och i fallet med flytande kristaller hade han rätt - formen på molekylerna avgör förmågan att bilda en flytande kristallin fas (främst formen på molekylerna). Här skulle jag vilja prata om de viktigaste historiska stadierna i studiet av flytande kristaller, de viktigaste enligt min mening.
1888 skrev Reinitzer att det finns kristaller vars mjukhet är sådan att de kan kallas flytande, sedan skrev Lehmann en artikel om flödande kristaller, faktiskt myntade han termen flytande kristaller. En viktig historisk episod: på 20-30-talet studerade den sovjetiske fysikern Fredericks inverkan av olika magnetiska och elektriska fält på de optiska egenskaperna hos flytande kristaller, och han upptäckte en viktig sak att orienteringen av molekyler i flytande kristaller mycket lätt förändras under påverkan av yttre fält, och dessa fält är mycket svaga och förändras mycket snabbt. Sedan slutet av 60-talet började en boom i studiet av flytande kristallsystem och flytande kristallfaser, och det är förknippat med det faktum att de lärde sig att använda dem. Först, för informationsdisplaysystem i vanliga elektroniska digitala klockor, sedan i miniräknare, och med tillkomsten av datorteknik, blev det klart att flytande kristaller aktivt kan användas för tillverkning av displayer. Naturligtvis har ett sådant teknologiskt språng stimulerat studiet av flytande kristaller ur grundvetenskapens synvinkel, men jag skulle vilja påpeka hur stort tidsgapet är mellan vetenskapliga upptäckter relaterade till flytande kristaller. Faktum är att folk var intresserade av dem av nyfikenhet, det fanns inget utilitaristiskt intresse, ingen visste hur man använde dem, och dessutom var relativitetsteorin mycket mer intressant under de åren (20-30-talet). Förresten, Fredericks var populariseraren av relativitetsteorin i Sovjetunionen, sedan förtrycktes han och dog i lägren. Faktum är att 80 år gick efter upptäckten av flytande kristaller tills de lärde sig att använda dem. Jag ger ofta det här exemplet när jag pratar om särdragen med vetenskapsfinansiering.
Jag skulle vilja uppehålla mig vid huvudtyperna av flytande kristallin fas. Hur fungerar mesofasen, nämligen den flytande kristallina fasen?
Vanligtvis bildas den flytande kristallina fasen av molekyler som har en stav- eller skivformad form, det vill säga de har formanisometri, främst stavar eller skivor. Du kan föreställa dig ett bra experiment som är lätt att sätta upp: om du slumpmässigt häller pinnar i en låda och skakar den, kommer du som ett resultat av denna skakning att märka att pinnarna själva är staplade parallellt, vilket är hur den enklaste nematiska fas är ordnad. Det finns orienteringsordning längs en viss riktning, men molekylernas masscentrum är oordnat. Det finns mycket mer komplexa faser, till exempel av smektisk typ, när masscentrum är i plan, det vill säga sådana skiktade faser. Den kolesteriska fasen är mycket intressant: dess lokala ordning är densamma som den för den nematiska, det finns en orienteringsordning, men på ett avstånd av hundratals nanometer bildas en spiralformad struktur med en viss vridningsriktning, och utseendet på denna fas beror på det faktum att molekylerna är kirala, det vill säga det är nödvändigt med molekylär kiralitet (jag kommer att förklara vad detta är senare) för att bilda en sådan spiralformad vridning. Denna fas har också intressanta egenskaper, som den nematiska, och kan också hitta en viss tillämpning. Faserna jag pratade om är de enklaste. Det finns så kallade blå faser.
Jag kommer att uppehålla mig lite vid dem när jag pratar om polymerer, det här är lite relaterat till mitt arbete. Här indikerar dessa linjer orienteringsriktningen för molekylerna, och det huvudsakliga strukturella elementet i sådana faser är sådana cylindrar där orienteringen av molekylernas långa axlar på ett smart sätt ändras, det vill säga i mitten av denna cylinder är orienteringen längs cylinderns axel, och när den rör sig bort till periferin, observeras en rotation. Dessa faser är mycket intressanta ur struktursynpunkt, mycket vackra i ett polariserande mikroskop, och det är viktigt att notera att i fallet med flytande kristaller med låg molekylvikt existerar dessa faser i några tiondelar av en grad, i bästa fall en 2 -3° temperaturområde, och i fallet med polymerer lyckades jag fånga dessa intressanta strukturer, och jag kommer att berätta om det senare. Lite kemi. Hur ser strukturen hos flytande kristallmolekyler ut?
Vanligtvis finns det en aromatisk del av 2-3 bensenringar, ibland kan det finnas två aromatiska ringar kopplade direkt, det kan finnas en länkande del. Det är viktigt att detta fragment är långsträckt, det vill säga dess längd är större än dess bredd, och att det är ganska styvt, och att rotation runt en lång axel är möjlig, men under denna rotation förblir formen långsträckt. Detta är mycket viktigt för att den flytande kristallfasen ska bildas. Närvaron av flexibla svansar i molekylen är viktig - dessa är olika alkylsvansar, och närvaron av olika polära substituenter är viktig. Detta är viktigt för applikationen, och det skapar dipolmoment och förmågan att omorientera sig i yttre fält, det vill säga denna molekyl består av två huvuddelar: ett mesogent fragment med någon substituent (polär eller opolär) och en flexibel svans som kan böjas. Varför behövs det? Det fungerar som en intern mjukgörare, för om man tar stela molekyler kommer de att kristallisera – de kommer att bilda en tredimensionell kristall utan några mesofaser, utan flytande kristallina faser, och den flexibla svansen hjälper ofta till att en mellanfas bildas mellan kristallerna och en vanlig isotrop vätska. En annan typ av molekyler är skivformade molekyler. Här är den allmänna strukturen för sådana skivor, som också kan bilda mesafaser, men de har en helt annan struktur än faser baserade på långsträckta molekyler. Jag skulle vilja betona för dig hur vackra flytande kristaller är under ett polariserande mikroskop.
Polarisationsmikroskopi är den första metoden för att studera flytande kristaller, det vill säga från bilden som observeras av en forskare i ett polariserande mikroskop av korsade polarisatorer, kan man bedöma vilken typ av mesofas, vilken typ av flytande kristallin fas som bildas. Detta är den karakteristiska bilden för den nematiska fasen, vars molekyler endast bildar en orienteringsordning. Så här ser den smektiska fasen ut. För att ge dig en uppfattning om skalan av allt detta, det vill säga den är mycket större än den molekylära skalan: bildens bredd är hundratals mikron, det vill säga det är en makroskopisk bild, mycket större än våglängden av synligt ljus. Och genom att analysera sådana bilder kan man bedöma vad det är för struktur. Naturligtvis finns det mer exakta metoder för att bestämma strukturen och vissa strukturella egenskaper hos dessa mesofaser - metoder som röntgendiffraktionsanalys, olika typer av spektroskopi - detta gör att vi kan förstå hur och varför molekylerna packas på ett eller annat sätt .
En annan typ av bild är en koncentrerad lösning av korta DNA-fragment (vattenlösning) - en sådan bild erhölls vid University of Colorado. Generellt sett är vikten och egenskaperna hos bildandet av flytande kristallina faser i biologiska objekt ett ämne för en separat stor diskussion, och jag är ingen expert på detta, men jag kan säga att många polymerer av biologisk natur kan producera en vätska kristallin fas, men detta är vanligtvis en lyotrop flytande kristallin fas, det vill säga Det är viktigt att ett lösningsmedel, såsom vatten, finns närvarande för att denna flytande kristallina fas ska bildas. Det här är bilderna jag fick.
Så här ser den kolesteriska mesofasen ut - en av de typiska bilderna. Jag skulle vilja visa hur vackra fasövergångar ser ut: när temperaturen ändras kan vi observera en fasövergång.
När temperaturen ändras observeras en förändring i brytningen, så färgerna ändras, vi närmar oss övergången - och en övergång till en isotrop smälta observeras, det vill säga allt har mörknat, en mörk bild är synlig i de korsade polarisatorerna.
I ett annat fall är det lite mer komplicerat: först är en mörk bild synlig, men naturen lurar oss, molekylerna är helt enkelt orienterade så att de ser ut som en isotrop smälta, men det fanns en flytande kristallin fas. Här är övergången till en annan flytande kristallin fas - vid kylning, mer ordnade förändringar i orientering. Den röda färgen är associerad med en spiralformad struktur med en viss stigning på helixen, och stigningen på helixen ändras, helixen vrider sig, så det blir en förändring i färgerna. Olika disklinationer är synliga, det vill säga spiralen vrider sig, och nu kommer vid någon tidpunkt kristallisering av detta prov att observeras, allt detta kommer att bli blått. Jag visar detta genom att ett av mina personliga motiv för att studera till exempel flytande kristaller är deras skönhet, jag tittar på dem med nöje genom ett mikroskop, jag har lyckan att göra detta varje dag, och det estetiska intresset stöds av vetenskapligt intresse. Nu blir det kristallisering, allt sker i realtid. Jag har inga klockor och visselpipor, det är en vanlig tvålkopp monterad på ett mikroskop, så kvaliteten är lagom. Här växer sfäruliterna av denna förening. Denna förening syntetiserades åt oss av kemister i Tjeckien. (Vi syntetiserar också LCD-föreningar själva.) Lite behöver sägas om varför de används i stor utsträckning.
Var och en av oss bär med oss en liten mängd flytande kristaller, eftersom alla mobiltelefonskärmar är baserade på flytande kristaller, för att inte tala om datorskärmar, bildskärmar, tv-skärmar och allvarlig konkurrens från plasmaskärmar och LED-skärmar i allmänhet - då, som så vitt jag vet (jag är ingen expert på detta), nej. Flytande kristaller är stabila och kräver inte mycket spänning för att byta bilden - detta är mycket viktigt. En viktig kombination observeras i flytande kristaller, den så kallade anisotropin av egenskaper, det vill säga olikheten mellan egenskaper i olika riktningar i mediet, deras låga viskositet, med andra ord, fluiditet, det är möjligt att skapa någon form av optisk enhet som skulle växla och reagera med en karakteristisk kopplingstid millisekunder eller till och med mikrosekunder är när ögat inte märker hastigheten på denna förändring, vilket är anledningen till att förekomsten av LCD-skärmar och TV-skärmar är möjliga, och mycket hög känslighet för externa fält. Dessa effekter upptäcktes före Fredericks, men studerades av honom, och orienteringsövergången som jag kommer att tala om nu kallas Fredericks övergång. Hur fungerar en enkel digital urtavla, och varför används flytande kristaller så ofta?
Enheten ser ut så här: det finns ett lager av flytande kristall; pinnarna representerar orienteringsriktningen i flytande kristallmolekylen, naturligtvis är de inte skalenliga, de är mycket mindre än resten av designelementen, det finns två polarisatorer, de är korsade på ett sådant sätt att om det inte fanns någon flytande kristallskikt, skulle ljus inte passera genom dem. Det finns glassubstrat på vilka ett tunt ledande skikt appliceras så att ett elektriskt fält kan appliceras; Det finns också ett sådant knepigt lager som orienterar flytande kristallmolekylerna på ett visst sätt, och orienteringen är inställd på ett sådant sätt att på det översta substratet är molekylerna orienterade i en riktning och på det andra substratet - i den vinkelräta riktningen det vill säga en vridningsorientering av flytande kristallmolekylerna är organiserad, så att ljuset, när det faller på en polarisator, polariseras - det går in i ett flytande kristallint medium och dess polariseringsplan roterar efter vätskans orientering kristallmolekyl - dessa är egenskaperna hos flytande kristallmolekyler. Och följaktligen, på grund av det faktum att det roterar 90° i plan polarisation, passerar ljus genom denna geometri lugnt, och om ett elektriskt fält appliceras, ställer molekylerna upp sig längs det elektriska fältet, och därför ändrar inte polariserat ljus sin polarisation och kan inte passera genom en annan polarisator. Så här ser en mörk bild ut. I verkligheten används en spegel på ett armbandsur och segment kan göras som gör att man kan visualisera någon bild. Detta är det enklaste schemat, naturligtvis, monitorer med flytande kristaller är mycket mer komplexa strukturer, flerskiktiga, skikten är vanligtvis mycket tunna - från tiotals nanometer till mikron - men principen är i princip densamma, och denna övergång är när Orienteringen av molekylerna ändras längs det elektriska eller magnetiska fältet (monitorer använder ett elektriskt fält eftersom det är lättare) kallas Fredericks-övergången (effekt) och används aktivt i alla sådana enheter. Den första prototypen är en nematisk display i urtavlan.
Och det här är en bild som illustrerar hur litet ett elektriskt fält som behövs för att omorientera en flytande kristallmolekyl. I själva verket är detta en galvanisk cell som består av två potatisar som en elektrolyt, det vill säga en mycket liten spänning i området 1V krävs för en sådan omorientering, vilket är anledningen till att dessa ämnen används så mycket. En annan applikation, och vi pratar om kolesteriska flytande kristaller, som jag kommer att prata om mer i detalj, beror på det faktum att de kan ändra färg beroende på temperatur.
Detta beror på spiralens olika stigning och det är möjligt att visualisera till exempel temperaturfördelningen. Jag har pratat färdigt om flytande kristaller med små molekyler och är redo att lyssna på dina frågor om dem innan jag går vidare till flytande polymerkristaller.
Diskussion av föreläsningen. Del 1
Tatyana Sukhanova, Institutet för bioorganisk kemi: Svara på amatörens fråga: inom vilket område ändras färgen på flytande kristaller, och hur beror detta på deras struktur?
Alexey Bobrovsky: Vi pratar om kolesteriska flytande kristaller. Här ändras färgen beroende på kolesterisk helixs stigning. Det finns kolesteriska ämnen som selektivt reflekterar ljus i UV-området, respektive det osynliga området, och det finns kolesteriska ämnen som selektivt reflekterar ljus på grund av denna periodicitet i det infraröda området, det vill säga vi talar om mikron, tiotals mikron och i fallet med färgbilder, som jag visade det i polariserad optisk mikroskopi, är det mer komplicerat där, och färgen beror på det faktum att polariserat ljus, polarisationsplanet i en flytande kristall, roterar annorlunda, och detta beror på våglängd. Det finns ett komplext urval av färger, och hela det synliga området täcks, det vill säga du kan försöka få en mängd olika färger.
Boris Dolgin: Kan du berätta lite mer om livet?
Alexey Bobrovsky: Om livet? Specifikt om flytande kristallers roll i biologin?
Boris Dolgin: Ja.
Alexey Bobrovsky: Tyvärr är detta inte alls mitt ämne. Jag ger dig en länk till boken i slutet. Först och främst, när de pratar om kopplingen av flytande kristaller i biologi, pratar de om hur de kan användas inom medicin - det finns många olika alternativ. I lipidcellmembran inträffar det flytande kristallina tillståndet vid rimliga biologiska temperaturer.
Boris Dolgin: Och det här är inte alls en artefakt, och det här är ytterligare forskning.
Alexey Bobrovsky: Ja. Det verkar för mig som att det flytande kristallina tillståndets roll fortfarande inte är riktigt känt, och ibland finns det bevis för att DNA i en cell kan existera i ett flytande kristallint tillstånd, men detta är ett ämne för framtida forskning. Detta är inte mitt vetenskapsområde. Jag är mer intresserad av flytande kristallina syntetiska polymerer, som jag kommer att prata om ytterligare.
Boris Dolgin: Är LCD-polymerer helt konstgjorda?
Alexey Bobrovsky: Ja, mestadels är allt konstgjort. Färgningen av till exempel vissa skalbaggar och fjärilar beror på sådana naturliga inte flytande kristaller, utan ett fruset flytande kristallint tillstånd på grund av kitinösa biologiska polymerer. Så här kom evolutionen fram att färgning inte beror på pigment, utan på polymerernas listiga struktur.
Mikhail Potanin: Jag har en fråga om den magnetiska känsligheten hos flytande kristaller. Hur känsliga är de för jordens magnetfält? Är det möjligt att göra kompasser med dem?
Alexey Bobrovsky: Nej det kan du inte. Tyvärr är detta vad som hände. Vad bestämmer flytande kristallers känslighet? Det finns begreppet diamagnetisk känslighet och dielektrisk konstant, och i fallet med ett elektriskt fält är allt mycket bekvämare och bättre, det vill säga det räcker att faktiskt applicera 1 V på en sådan flytande kristallcell - och allt kommer att omorienteras , och i fallet med ett magnetfält talar vi om tesla - sådana fältstyrkor är ojämförligt högre än styrkan på jordens magnetfält,
Lev Moskovkin: Jag kanske har en helt amatörmässig fråga. Föreläsningen är absolut charmig, den estetiska tillfredsställelsen är stor, men själva presentationen är mindre så. Bilderna du visade liknar kärnan - de är också estetiskt aktiva - och Jabotinsky-reaktionen, även om dina bilder inte är cykliska. Tack.
Alexey Bobrovsky: Jag är inte redo att svara på den här frågan. Detta måste tittas på i litteraturen. I polymerer och flytande kristaller finns en teori om "skalning", det vill säga självlikhet. Jag har svårt att svara på denna fråga, jag är inte kompetent i detta ämne.
Natalia: Nu delas Nobelpriser ut till ryska forskare. Enligt din åsikt kunde Fredericks, om han hade förblivit vid liv, ha fått denna utmärkelse? I allmänhet, fick någon av forskarna som arbetade med detta ämne ett Nobelpris?
Alexey Bobrovsky: Jag tror, naturligtvis, Fredericks skulle vara den första kandidaten. Han dog i ett läger under kriget. Om han hade levt till 1968-1970 skulle han ha varit den första kandidaten till Nobelpriset – det är ganska uppenbart. Fortfarande en stor fysiker, men belönades inte (vi pratar om våra forskare), - Tsvetkov är grundaren av fysikerskolan i St. Petersburg, tyvärr föll den sönder i en eller annan grad. Frågan om vem som fick Nobelpriset för flytande kristaller övervägdes eller studerades inte specifikt, men enligt min mening var det bara Paul de Gennes som fick Nobelpriset för polymerer och flytande kristaller.
Boris Dolgin: Är modet för att studera flytande kristaller borta för alltid?
Alexey Bobrovsky: Ja, självklart finns det ingen spänning längre, för mycket är redan klart med den enklaste mesofasen (nematisk flytande kristallin fas), och det är klart att det är det mest optimala för användning. Det finns fortfarande ett visst intresse för mer komplexa faser, eftersom vissa fördelar kan erhållas jämfört med den väl studerade, men antalet publikationer om det flytande kristallina tillståndet minskar.
Boris Dolgin: Det vill säga, du ser inga kvalitativa språng i förståelsen, inga zoner där det skulle finnas ett globalt mysterium.
Alexey Bobrovsky: Jag tror att det är bättre att inte göra förutsägelser, för allt kan hända. Vetenskapen utvecklas inte alltid konsekvent. Ibland blir det konstiga hopp, så jag åtar mig inte att göra några förutsägelser.
Konstantin Ivanovich: Jag skulle vilja veta hur säkra de är för människors liv.
Alexey Bobrovsky: Människor som tillverkar LCD-skärmar genomgår säkerhetstester. Om du dricker en liter flytande kristall kommer du förmodligen att känna dig illamående, men eftersom milligram används är det ingen allvarlig fara. Detta är mycket säkrare än trasigt, läckande kvicksilver från en termometer. Detta är helt ojämförligt i skada. Forskning pågår nu om återvinning av flytande kristaller. Jag har hört en rapport där detta problem tas på allvar, att det redan finns en stor mängd skrot och hur det kan återvinnas, men problemen för miljön är minimala. De är säkra.
Boris Dolgin: Det var en väldigt intressant sak på slutet. Om du tänker dig en begagnad LCD-skärm och så vidare. Vad händer med honom härnäst, vad händer? Hur kasseras det - eller kasseras det inte, eller sönderfaller det på något sätt, eller finns det kvar?
Alexey Bobrovsky: Jag tror att flytande kristallmolekyler är det första som kommer att sönderfalla under yttre påverkan.
Boris Dolgin: Så det finns ingen speciell specificitet här?
Alexey Bobrovsky: Självklart inte. Jag tror att problemen där med att återvinna plast och polymerer är mycket mer komplicerade.
Oleg: Snälla berätta för mig vad som bestämmer temperaturintervallet för flytande kristallina faser? Som ni vet fungerar alla moderna displayer över ett mycket brett temperaturområde. Hur uppnåddes detta, och av vilka egenskaper och struktur hos materien bestäms de?
Alexey Bobrovsky: Bra fråga. Faktum är att vanliga föreningar, de flesta organiska föreningar som syntetiseras individuellt, har sådana temperaturer som jag visade, kolesterylbensoat smälter vid 140°, sedan isotrop sönderdelning 170°. Det finns enskilda ämnen som har låg smältpunkt, runt rumstemperatur, och omvandlas till en vanlig isotrop vätska runt 50°, men för att förverkliga ett så brett temperaturområde, ner till minusgrader, behövde blandningar göras. Konventionella blandade sammansättningar av olika ämnen, när de blandas, reduceras deras smältpunkt kraftigt. Ett sådant knep. Vanligtvis är dessa homologa serier, det som används i displayer är ett bifenylderivat, där det inte finns något X och en nitrilsubstituent, och svansar av olika längd tas som alkylsvansar, och en blandning av 5-7 komponenter gör det möjligt att sänka smältpunkten under 0°, medan man lämnar klarningstemperaturen, det vill säga övergången av den flytande kristallina till den isotropa fasen, över 60° - detta är ett sådant trick.
Föreläsningstext. Del 2
Först och främst skulle jag vilja säga vad polymerer är.
Polymerer är föreningar som erhålls genom upprepad upprepning, det vill säga kemisk bindning av identiska enheter - i det enklaste fallet identiska, som i fallet med polyeten, dessa är CH 2-enheter kopplade till varandra i en enda kedja. Naturligtvis finns det mer komplexa molekyler, till och med DNA-molekyler, vars struktur inte upprepas och är organiserad på ett mycket komplext sätt.
Huvudtyperna av polymertopologi: de enklaste molekylerna är linjärkedjemolekyler, det finns grenade, kamformade polymerer. Kamformade polymerer har spelat en viktig roll vid framställningen av flytande kristallina polymerer. Stjärnformade, ringbundna polycatenaner är en mängd olika molekylära former. När forskningen om det flytande kristallina tillståndet var i full gång, när flytande kristaller studerades, uppstod en idé: är det möjligt att kombinera de unika optiska egenskaperna hos flytande kristaller med de goda mekaniska egenskaperna hos polymerer - förmågan att bilda beläggningar, filmer , och några produkter? Och vad som kom att tänka på 1974 (det fanns den första publikationen) - i slutet av 60-talet - början av 70-talet började de föreslå olika tillvägagångssätt för produktion av flytande kristallina polymerer.
Ett tillvägagångssätt är att fästa stavformade, pinnformade molekyler till en linjär makromolekyl, men det visade sig att sådana polymerer inte bildar en flytande kristallin fas – de är vanliga sköra glas, som vid uppvärmning börjar sönderdelas och inte ger någonting . Sedan, parallellt, i två laboratorier (jag kommer att prata om detta mer i detalj senare), föreslogs ett tillvägagångssätt för att fästa sådana stavformade molekyler till huvudpolymerkedjan genom flexibla distanser - eller avkopplingar, på ryska. Och sedan visar sig följande: det finns en liten autonomi mellan huvudpolymerkedjan, den fortsätter i stort sett oberoende, och beteendet hos stavformade molekyler, det vill säga huvudpolymerkedjan stör inte bildandet av den stavformade fragment av den flytande kristallina fasen.
Detta tillvägagångssätt visade sig vara mycket fruktbart, och parallellt, i två laboratorier - i laboratoriet för Nikolai Alfredovich Plate i Sovjetunionen och i Ringsdorf-laboratoriet - föreslogs ett sådant tillvägagångssätt oberoende av varandra, och jag är glad att arbeta nu i Laboratoriet för Valery Petrovich Shibaev vid fakulteten för kemi vid Moscow State University, det vill säga jag arbetar i laboratoriet där allt detta uppfanns. Naturligtvis fanns det tvister om prioriteringar, men allt detta är oviktigt.
Huvudtyper av flytande kristallpolymerer. Jag kommer inte att prata om sådana huvudkedjor eller huvudgrupperna i huvudpolymerkedjan (detta är en typ av sådana polymerer), jag kommer främst att prata om kamformade flytande kristallina polymerer, där de stavformade fragmenten är anslutna till huvudkedja genom en flexibel alifatisk frikoppling.
En viktig fördel med tillvägagångssättet för att skapa flytande kristallina polymerer ur syntessynpunkt och kombination av olika egenskaper är möjligheten att erhålla homopolymerer. Det vill säga, man tar en monomer som kan bilda en kedjemolekyl, till exempel på grund av en dubbelbindning, schematiskt avbildad här, och man kan få en homopolymer, det vill säga en polymer vars molekyler består av identiska stavformade fragment , eller så kan du göra sampolymerer genom att kombinera två olika fragment - de kan båda bilda en mesofas, eller så kan de kombinera icke-mesogena fragment med mesogena fragment, och det visar sig att vi har förmågan att kemiskt tvinga olika komponenter att vara i samma polymersystem. Med andra ord, om vi försökte blanda en sådan monomer med en sådan monomer utan kemisk bindning, skulle de ge två separata faser, och genom att kemiskt binda dem tvingar vi dem att vara i samma system, och sedan ska jag visa varför detta är bra.
En viktig fördel och skillnad mellan polymera flytande kristaller och lågmolekylära flytande kristaller är möjligheten att bilda ett glasartat tillstånd. Om man tittar på temperaturskalan: vi har en isotrop fas vid höga temperaturer, när temperaturen sjunker bildas en flytande kristallin fas (under dessa förhållanden ser polymeren ut som en mycket trögflytande vätska), och när den kyls, en övergång till en glasartat tillstånd observeras. Denna temperatur ligger vanligtvis nära eller något över rumstemperatur, men detta beror på den kemiska strukturen. Således, till skillnad från föreningar med låg molekylvikt, som antingen är flytande eller går in i ett kristallint tillstånd, förändras strukturen. När det gäller polymerer visar sig denna struktur vara frusen i ett glasartat tillstånd, vilket kan bestå i årtionden, och detta är viktigt ur tillämpningssynpunkt, till exempel för att registrera lagring av information, vi kan ändra struktur och orientering av molekylen, fragment av molekylen och frysa dem vid rumstemperatur. Detta är en viktig skillnad och fördel med polymerer från föreningar med låg molekylvikt. Vad mer är polymerer bra för?
Den här videon visar en flytande kristallelastomer, det vill säga den känns som ett gummiband som drar ihop sig när det värms upp och expanderar när det kyls. Detta arbete är hämtat från Internet. Detta är inte mitt verk, här är en accelererad bild, det vill säga i verkligheten, tyvärr, observeras denna övergång inom tiotals minuter. Varför händer det här? Vad är en flytande kristallelastomer, som har en ganska låg glasövergångstemperatur, det vill säga den är i ett elastiskt tillstånd vid rumstemperatur, men makromolekylerna är tvärbundna, och om vi syntetiserar en film i den flytande kristallina fasen, då polymerkedjan upprepar en aning orienteringen av de mesogena grupperna, och om vi värmer den, går de mesogena grupperna in i ett oordnat tillstånd och överför därför de viktigaste polymerkedjorna till ett oordnat tillstånd, och anisometrin hos makromolekylära spolar ändras. Detta leder till det faktum att vid uppvärmning, under övergången från mesofasen till den isotropiska fasen, observeras en förändring i provets geometriska dimensioner på grund av en förändring i formen på polymerspolarna. I fallet med flytande kristaller med låg molekylvikt kan detta inte observeras. Två grupper i Tyskland - Finkelman, Zentel - och andra grupper arbetade mycket med dessa saker. Detsamma kan observeras under påverkan av ljus.
Det finns många arbeten på fotokroma polymerer som innehåller ett azobensenfragment - två bensenringar kopplade till varandra med en NN-dubbelbindning. Vad händer när sådana molekylära fragment exponeras för ljus? Den så kallade trans-cis-isomeriseringen observeras, och det stavformade fragmentet, när det bestrålas med ljus, förvandlas till en avfasad krökt cis-form, ett böjt fragment. Detta leder också till att ordningen i systemet minskar kraftigt, och precis som vi såg tidigare under uppvärmning, även under bestrålning sker en minskning av de geometriska dimensionerna, en förändring av filmens form, i detta fall observerade vi en minskning.
Olika typer av böjningsdeformationer kan realiseras under bestrålning, det vill säga när den bestrålas med UV-ljus kan en sådan böjning av filmen realiseras. När den exponeras för synligt ljus observeras omvänd cis-trans-isomerisering och denna film expanderar. Alla möjliga alternativ är möjliga - det kan bero på polariseringen av det infallande ljuset. Jag pratar om detta eftersom detta nu är ett ganska populärt område för forskning om flytande kristallina polymerer. De lyckas till och med tillverka vissa enheter baserat på detta, men än så länge är övergångstiderna tyvärr ganska långa, det vill säga hastigheten är låg, och därför är det omöjligt att prata om någon specifik användning, men ändå är dessa sådana artificiellt skapade muskler, som verkar, arbetar när temperaturen ändras eller när de utsätts för ljus med olika våglängder. Nu skulle jag vilja berätta lite om mitt arbete direkt.
Vad är uppgiften för mitt arbete, vårt laboratorium. Jag har redan talat om fördelarna med sampolymerisation, möjligheten att kombinera helt olika fragment i ett polymermaterial, och huvuduppgiften, det huvudsakliga tillvägagångssättet för att skapa så olika multifunktionella flytande kristallina polymerer är sampolymeriseringen av en mängd olika funktionella monomerer, som kan vara mesogen, det vill säga ansvarig för bildandet av flytande kristallina polymerer faser, kirala (jag kommer att prata om kiralitet senare), fotokrom, det vill säga de kan förändras under inverkan av ljus, elektroaktiva, som bär en stor dipolmoment och kan omorienteras under påverkan av ett fält, olika slags funktionella grupper som till exempel kan samverka med metalljoner och förändringar i materialet är möjliga. Och det här är en sådan hypotetisk kamformad makromolekyl som ritas här, men i verkligheten får vi dubbla eller ternära sampolymerer som innehåller olika kombinationer av fragment, och följaktligen kan vi ändra de optiska och andra egenskaperna hos dessa material med olika influenser, till exempel , ljus och ett elektriskt fält. Ett sådant exempel på en kombination av kiralitet och fotokromicitet.
Jag har redan talat om den kolesteriska mesofasen - faktum är att en spiralformad molekylstruktur bildas med en viss helixstigning, och sådana system har selektiv reflektion av ljus på grund av sådan periodicitet. Detta är ett schematiskt diagram av en filmsektion: en viss helixstigning, och faktum är att selektiv reflektion är linjärt relaterad till helixstigningen - proportionell mot helixstigningen, det vill säga genom att ändra helixstigningen på ett eller annat sätt, vi kan ändra färgen på filmen, våglängden för den selektiva reflektionen. Vad orsakar en sådan struktur med en viss grad av vridning? För att en sådan struktur ska bildas måste kirala fragment införas i den nematiska fasen.
Molekylär kiralitet är egenskapen hos molekyler att vara oförenliga med sin spegelbild. Det enklaste kirala fragmentet vi har framför oss är våra två handflator. De är ungefär spegelbilder av varandra och är inte på något sätt jämförbara. Molekylär kiralitet introducerar i ett nematiskt system förmågan att vrida och bilda en helix. Det måste sägas att det fortfarande inte finns någon tydlig, välförklarande teori om spiralvridning, men den observeras ändå.
Det finns en viktig parameter, jag kommer inte att uppehålla mig vid den, - det här är vridningskraften, och det visade sig att vridningskraften - förmågan hos kirala fragment att bilda en spiralformad struktur - starkt beror på de kirala fragmentens geometri.
Vi har erhållit kiral-fotokroma sampolymerer som innehåller ett mesogent fragment (visat som en blå sticka) - det är ansvarigt för bildandet av en nematisk flytande kristallin fas. Sampolymerer med kiral-fotokroma fragment har erhållits, som å ena sidan innehåller en kiral molekyl (grupp) och å andra sidan ett fragment som kan fotoisomerisera, det vill säga ändra geometri under inverkan av ljus, och genom att bestråla sådana molekyler inducerar vi trans-cis-isomerisering, vi ändrar strukturen hos det kirala fotokroma fragmentet och - som ett resultat - dess förmåga att inducera effektiviteten av att inducera kolesterisk helix, det vill säga på detta sätt kan vi, till exempel, varva ner den kolesteriska helixen under påverkan av ljus, vi kan göra detta reversibelt eller irreversibelt. Hur ser ett experiment ut, vad kan vi genomföra?
Vi har en sektion av en kolesterisk film av en kolesterisk polymer. Vi kan bestråla den med en mask och lokalt inducera isomerisering; under isomerisering förändras strukturen hos de kirala fragmenten, deras vridningsförmåga minskar och lokal avlindning av helixen observeras, och eftersom avlindning av helixen observeras, vi kan ändra våglängden för den selektiva reflektionen av färg, det vill säga färgfilmerna.
Proverna som erhölls i vårt laboratorium är polymerprover som bestrålas genom en mask. Vi kan spela in olika typer av bilder på sådana filmer. Detta kan vara av tillämpat intresse, men jag skulle vilja påpeka att huvudfokus för vårt arbete är att studera inverkan av strukturen hos sådana system på molekylär design, på syntesen av sådana polymerer och på egenskaperna hos sådana system. . Dessutom har vi lärt oss att inte bara styra ljus, våglängden för selektiv reflektion, utan också att styra elektricitet. Till exempel kan vi spela in någon sorts färgbild och sedan, genom att applicera ett elektriskt fält, på något sätt ändra det. På grund av mångsidigheten hos sådana material. Sådana övergångar - avlindning-vridning av spiralen - kan vara reversibla.
Det beror på den specifika kemiska strukturen. Till exempel kan vi få våglängden för selektiv reflektion (i själva verket färgning) att bero på antalet inspelnings-raderingscykler, det vill säga när vi bestrålas med ultraviolett ljus lindar vi upp spiralen och filmen blir från grön till röd , och sedan kan vi värma den till en temperatur på 60° och inducera omvänd vridning. På så sätt kan du implementera många loopar. Avslutningsvis skulle jag vilja återkomma lite till den estetiska aspekten av flytande kristaller och flytande kristallpolymerer.
Jag visade och pratade lite om den blå fasen - en komplex, mycket intressant struktur, de studeras fortfarande, nanopartiklar introduceras där och de ser vad som förändras där, och i flytande kristaller med låg molekylvikt finns denna fas i vissa bråkdelar av grader (2°-3°, men inte mer), de är mycket instabila. Det räcker att trycka på provet lite - och denna vackra konsistens, ett exempel på det visas här, förstörs, och i polymerer 1994-1995, genom att värma upp under lång tid, bränna filmer vid vissa temperaturer, kunde jag att se så vackra texturer av kolesteriska blå faser, och jag klarade mig utan några knep (utan att använda flytande kväve) bara kyla dessa filmer och observera dessa texturer. Nyligen hittade jag dessa prover. 15 år har gått - och dessa texturer har förblivit absolut oförändrade, det vill säga den listiga strukturen i de blå faserna, som vissa gamla insekter i bärnsten, har förblivit fixerade i mer än 10 år.
Detta är naturligtvis bekvämt ur forskningssynpunkt. Vi kan lägga detta i ett atomkraftmikroskop och studera delar av sådana filmer - det är bekvämt och vackert. Det var allt för mig. Jag skulle vilja hänvisa till litteraturen.
Den första boken av Sonin Anatoly Stepanovich, jag läste den för mer än 20 år sedan, 1980, från förlaget "Centaur and Nature", sedan, medan jag fortfarande var skolbarn, blev jag intresserad av flytande kristaller, och det hände så att Anatoly Stepanovich Sonin var en recensent av min avhandling. En mer modern publikation är artikeln av min vetenskapliga handledare Valery Petrovich Shibaev "Flytande kristaller i livets kemi." Det finns en enorm mängd litteratur på engelska; om du har intresse och lust kan du hitta mycket själv. Till exempel Dierkings bok "Textures of Liquid Crystals". Jag hittade nyligen en bok som fokuserar på användningen av flytande kristaller inom biomedicin, det vill säga om någon är intresserad av just denna aspekt rekommenderar jag den. Det finns ett e-postmeddelande för kommunikation, jag svarar alltid gärna på dina frågor och kanske skickar några artiklar till dig om det finns ett sådant intresse. Tack för din uppmärksamhet.
Diskussion av föreläsningen. Del 2
Alexey Bobrovsky: Det var nödvändigt att visa någon specifik kemi. Detta är min underlåtenhet. Nej, detta är en organisk syntes i flera steg. Vissa enkla ämnen tas, i kolvar liknar det ett kemiskt kök, molekyler under sådana reaktioner kombineras till mer komplexa ämnen, de isoleras i nästan varje steg, de analyseras på något sätt, överensstämmelsen mellan strukturen som vi vill erhålla är etablerad med de där spektrala data som instrument ger oss så att vi kan vara säkra på att detta är ämnet vi behöver. Detta är en ganska komplex sekventiell syntes. Naturligtvis kräver flytande kristallina polymerer ännu mer arbetsintensiv syntes att erhålla. Det ser ut som att olika vita pulver gör orange pulver. En flytande kristallin polymer ser ut som ett gummiband, eller så är det en fast sintrad substans, men om du värmer upp den och gör en tunn film (detta är möjligt när det värms upp), så ger detta konstiga ämne vackra bilder i ett mikroskop.
Boris Dolgin: Jag har en fråga, kanske från ett annat område, faktiskt, kanske först Lev, sedan jag, för att inte distrahera från faktadelen.
Lev Moskovkin: Du fascinerade mig verkligen med dagens föreläsning, för mig är detta upptäckten av något nytt. Frågorna är enkla: hur stark är muskelstyrkan? Vad fungerar det på? Och av okunnighet, vad är textur, hur skiljer den sig från struktur? Efter din föreläsning verkar det som att allt som är strukturerat i livet, allt tack vare flytande kristaller, också till stor del regleras av ljus och en svag impuls. Tack så mycket.
Alexey Bobrovsky: Naturligtvis kan man inte säga att allt regleras av flytande kristaller, så är det naturligtvis inte. Det finns olika former av självorganisering av materia, och det flytande kristallina tillståndet är bara en av dessa former av självorganisering. Hur starka är polymermuskler? Jag känner inte till de kvantitativa egenskaperna jämfört med befintliga järnbaserade apparater, grovt sett är de förstås inte så starka, men jag vill säga att moderna kroppsrustningar till exempel innehåller Kivlar-materialet – en fiber som har en flytande kristallin struktur huvudkedjetyp, en polymer med mesogena grupper i huvudkedjan. I processen för att erhålla denna fiber sträcks makromolekyler längs ritningsriktningen och mycket hög styrka tillhandahålls, detta möjliggör tillverkning av starka fibrer för kroppsrustningar, ställdon eller muskler, i utvecklingsstadiet, men krafterna kan uppnås där mycket svag. Skillnaden mellan struktur och struktur. Texture är ett begrepp som används av människor som sysslar med mattor, design av saker, vissa visuella saker, konstnärlig design, det vill säga att det i första hand är en look. Det är tur att texturen av flytande kristaller, det vill säga en karakteristisk bild, hjälper mycket för att bestämma strukturen för en flytande kristall, men det här är i själva verket olika koncept.
Oleg Gromov, : Du sa att det finns polymera flytande kristallstrukturer som har en fotokrom effekt och elektrisk och magnetisk känslighet. Frågan är denna. Det är också känt inom mineralogin att Chukhrov beskrev flytande kristallina formationer av oorganisk sammansättning på 50-talet, och det är känt att oorganiska polymerer existerar; därför är frågan: existerar oorganiska flytande kristallina polymerer, och i så fall är det möjligt för dem att utföra dessa funktioner och hur implementeras de i det här fallet?
Alexey Bobrovsky: Svaret är mer troligt nej än ja. Organisk kemi, kolets egenskap att bilda en mängd olika föreningar, har gjort det möjligt att utföra en kolossal design av olika typer av lågmolekylära flytande kristaller, polymerföreningar, och i allmänhet är det därför vi kan prata om några sorts mångfald. Dessa är hundratusentals polymerämnen med låg molekylvikt som kan bilda en flytande kristallin fas. När det gäller oorganiska sådana vet jag inte om polymerer, det enda som kommer att tänka på är några suspensioner av vanadinoxid, som också verkar vara polymerer, och deras strukturer är vanligtvis inte exakt fastställda, och detta är vid forskningsstadiet. Detta har visat sig vara lite utanför vetenskapens mainstream, där alla arbetar med utformningen av organiska konventionella flytande kristaller, och det kan faktiskt finnas formationer av lyotropa flytande kristallfaser, när fasen inte induceras av en förändring i temperatur, men främst genom närvaron av ett lösningsmedel, det vill säga dessa är vanligtvis nanokristaller som nödvändigtvis är förlängda, som på grund av lösningsmedlet kan bilda en orienteringsordning. Speciellt framställd vanadinoxid ger detta. Jag kanske inte känner till andra exempel. Jag vet att det finns flera sådana exempel, men att säga att det här är en polymer är inte helt korrekt.
Oleg Gromov, Institutet för biokemi och analytisk kemi vid Ryska vetenskapsakademin: Hur ska vi då betrakta de flytande kristallina formationerna som upptäcktes av Chukhrov och andra på 50-talet?
Alexey Bobrovsky: Jag är inte medveten om, tyvärr är det här området långt ifrån mig. Så vitt jag vet verkar det för mig som om det verkligen är omöjligt att prata specifikt om det flytande kristallina tillståndet, eftersom ordet "vätska", för att vara ärlig, inte är tillämpligt på polymerer som är i ett glasartat tillstånd. Det är felaktigt att säga att detta är en flytande kristallin fas; det är korrekt att säga "fryst flytande kristallin fas". Förmodligen är likhet, degenererad ordning, när det inte finns någon tredimensionell ordning, men det finns en tvådimensionell ordning, förmodligen ett allmänt fenomen, och om man letar kan man hitta många ställen. Om du skickar länkar till sådana verk till min e-post så är jag mycket tacksam.
Boris Dolgin: Det är väldigt bra när vi lyckas bli ännu en plattform där forskare från olika specialiteter kan hålla kontakten.
Alexey Bobrovsky: Det är toppen
Röst från publiken: Ännu en amatörmässig fråga. Du sa att fotokroma flytande kristallpolymerer har en relativt låg svarsfrekvens på förändringar i miljön. Vad är deras ungefärliga hastighet?
Alexey Bobrovsky: Vi pratar om svar inom några minuter. När det gäller stark ljusexponering av mycket tunna filmer, uppnår människor en andra respons, men än så länge är allt långsamt. Det finns ett sådant problem. Det finns effekter som är relaterade till något annat (jag pratade inte om detta): vi har en polymerfilm, och det finns fotokromiska fragment i den, och vi kan utsättas för polariserat ljus med tillräcklig intensitet, och detta ljus kan orsaka rotationsdiffusion, det vill säga rotationen av dessa molekyler vinkelrätt mot polarisationsplanet - det finns en sådan effekt, den upptäcktes först för länge sedan, nu studeras den också, och jag gör också detta. Med en tillräckligt hög ljusintensitet kan effekter observeras inom millisekunder, men vanligtvis är detta inte förknippat med en förändring i filmens geometri, det är internt, först och främst, de optiska egenskaperna förändras.
Alexey Bobrovsky: Det gjordes ett försök att göra material för att registrera information, och det fanns en sådan utveckling, men så vitt jag vet kan sådana material inte konkurrera med befintlig magnetisk inspelning och andra oorganiska material, så på något sätt dog intresset ut i denna riktning, men detta betyder inte att det inte kommer att återupptas igen.
Boris Dolgin: Uppkomsten av, säg, nya krav på grund av något.
Alexey Bobrovsky: Den utilitaristiska sidan av saken intresserar mig inte så mycket.
Boris Dolgin: Min fråga är delvis relaterad till det, men inte om hur det kan användas, det är lite organisatoriskt utilitaristiskt. Inom det område som man jobbar inom på sin avdelning och så vidare har man som sagt gemensamma projekt, beställningar från vissa verksamhetsstrukturer osv. Hur är interaktionen generellt uppbyggd inom detta område: den egentlige forskaren, relativt sett, en uppfinnare/ingenjör eller uppfinnare, och sedan en ingenjör, kanske olika ämnen, sedan, relativt sett, någon slags entreprenör som förstår vad man ska göra med det, kanske, men detta är osannolikt, en investerare som är redo att ge pengar till en entreprenör så att han kan genomföra detta, som de säger nu, innovativa projekt? Hur är den här kedjan uppbyggd i din omgivning till den grad att du på något sätt kom i kontakt med den?
Alexey Bobrovsky: Det finns ingen sådan kedja ännu, och om det kommer att finnas en är okänt. I princip är den ideala finansieringsformen densamma som konventionell grundvetenskap. Om vi tar den ryska stiftelsen för grundforskning och allt det som grund, som har diskuterats många gånger, för personligen skulle jag inte vilja göra något så tillämpat, en order.
Boris Dolgin: Det är därför jag pratar om olika ämnen och jag säger inte i något fall att en vetenskapsman måste vara ingenjör, entreprenör och så vidare. Jag pratar om olika ämnen, om hur interaktion kan läggas upp, hur interaktion kanske redan fungerar.
Alexey Bobrovsky: Vi har olika erbjudanden utifrån, men dessa är främst företag från Taiwan, Korea och Asien, för olika typer av arbete relaterat till användningen av flytande kristallpolymerer för olika displayapplikationer. Vi hade ett gemensamt projekt med Philips, Merck och andra, men detta är inom ramen för ett gemensamt projekt - vi gör en del av en del forskningsarbete, och en sådan intellektuell produktion eller produktion i form av polymerprover har antingen en fortsättning eller gör det inte utan slutar oftast med ett meningsutbyte, någon form av vetenskaplig utveckling, men detta har ännu inte nått någon tillämpning. Allvarligt - det är omöjligt att säga.
Boris Dolgin: Du får en order på någon form av forskning, utveckling av något alternativ, någon idé.
Alexey Bobrovsky: I allmänhet, ja, detta händer, men jag gillar inte den här formen av arbete (min personliga känsla). Vad som än kom in i mitt huvud gör jag det efter bästa förmåga, och inte för att någon sa: "Gör en sådan och en film med sådana egenskaper." Jag är inte intresserad.
Boris Dolgin: Föreställ dig en person som är intresserad av detta. Hur kunde han, han, som är intresserad av att förfina dina allmänna vetenskapliga idéer som du fått från ditt altruistiska, strikt vetenskapliga intresse, hur skulle han kunna interagera med dig på ett sätt som verkligen skulle vara intressant för er båda? Vad är det här organisationsschemat?
Alexey Bobrovsky: Jag har svårt att svara.
Boris Dolgin: Allmänna seminarier? Vad kan detta vara? Det finns inga sådana försök - vissa ingenjörer?..
Alexey Bobrovsky: Inom ramen för ett gemensamt projekt kan allt förverkligas. Någon form av interaktion är fullt möjlig, men jag förstod nog inte riktigt frågan, vad är problemet?
Boris Dolgin: Än så länge är problemet bristen på interaktion mellan olika typer av strukturer. Det sätter press på dig som vetenskapsman, eller så sätter det press på dig att göra saker som du kanske inte vill göra. Det här är problemet.
Alexey Bobrovsky: Detta är ett problem med kolossal underfinansiering
Boris Dolgin: Föreställ dig att det kommer att finnas ytterligare finansiering, men detta kommer inte att eliminera behovet av teknisk utveckling. Hur kan du gå från dig till tekniken på ett sätt som tillfredsställer dig?
Alexey Bobrovsky: Faktum är att modern vetenskap är ganska öppen, och det jag gör publicerar jag - och ju förr desto bättre.
Boris Dolgin: Så du är redo att dela resultaten, hoppas att de som har smak kan dra nytta av det?
Alexey Bobrovsky: Om någon läser min artikel och har någon idé är jag bara tacksam. Om en konkret utveckling kommer ut ur denna publikation kommer det att finnas patent, pengar, för guds skull. I den här formen skulle jag vara glad, men tyvärr visar det sig i verkligheten att allt existerar parallellt, det finns ingen sådan utväg. Vetenskapens historia visar att det ofta finns en fördröjning i specifik tillämpning efter någon grundläggande upptäckt - stor som liten.
Boris Dolgin: Eller efter att någon begäran uppstår.
Alexey Bobrovsky: Eller så.
Lev Moskovkin: Jag har en lite provocerande fråga. Ämnet som Boris tog upp är väldigt viktigt. Finns det någon påverkan av ett visst sätt här (det hördes vid en av föreläsningarna om sociologi)? Du sa att det inte är på modet att arbeta med flytande kristaller nu. Detta betyder inte att eftersom de inte är engagerade i dem, då de inte behövs, kanske detta intresse kommer tillbaka, och viktigast av allt...
Boris Dolgin: Det vill säga, Lev återför oss till frågan om modemekanismerna inom vetenskapen som i ett visst vetenskapssamhälle.
Lev Moskovkin: Faktum är att Tjajkovskij också talade om detta, mode där är extremt starkt inom alla vetenskaper. Andra frågan: Jag vet väl hur man valde auktoriteter inom vetenskapen som visste hur man generaliserar. Du kan publicera ditt material hur mycket du vill, personligen stöter jag aldrig på det, för mig är detta ett helt lager som jag helt enkelt inte kände till. Sammanfatta på ett sådant sätt att du förstår värdet av detta för att förstå samma liv, för att förstå vad vi mer kan göra. Tack.
Boris Dolgin: Jag förstod inte den andra frågan, men låt oss ta itu med den första för nu - om mode inom vetenskapen. Vad är mekanismen för att detta inte är på modet nu, finns det någon fara med detta?
Alexey Bobrovsky: Jag ser ingen fara. Det är uppenbart att frågor relaterade till finansiering är viktiga, men ändå förefaller det mig att vetenskapen på många sätt nu vilar på specifika personer som har specifika personliga intressen, intresse för den eller den frågan. Det är tydligt att förhållandena dikterar vissa begränsningar, men specifika personers aktivitet leder till att ett visst område utvecklas, allt eftersom allt utvecklas. Trots att det sägs mycket om att vetenskapen har blivit kollektiv. Nu finns det faktiskt stora projekt, ibland ganska framgångsrika, men ändå är individens roll i vetenskapens historia enorm även nu. Personliga tycke och intressen spelar en viktig roll. Det är tydligt att, precis som i fallet med flytande kristaller, fungerade en sådan utveckling inom elektronik som en stor drivkraft för utvecklingen av flytande kristallforskning, när de insåg att flytande kristaller kunde användas och tjäna pengar på det, naturligtvis, mycket pengar gick till forskning. Det är klart att ett sådant samband...
Boris Dolgin: Feedback från näringslivet och vetenskapen.
Alexey Bobrovsky: ...detta är en av kännetecknen för modern vetenskap, när en order kommer från människor som tjänar pengar och producerar en produkt - och då finansieras forskningen, och följaktligen sker en tyngdpunktsförskjutning från det som är intressant till vad som är lönsamt. Det här har sina för- och nackdelar, men det är så det är. Faktiskt, nu har intresset för flytande kristaller gradvis torkat ut, eftersom allt som kunde extraheras redan produceras, och allt återstår att förbättra. Jag vet inte, jag har aldrig på allvar tänkt på det, ändå finns det olika typer av skärmapplikationer, inom optoelektronik, applikationer av flytande kristaller (folk arbetar med detta), som sensorer, till den grad att arbetet pågår om möjligheten att använda flytande kristaller som biologiska sensormolekyler. Så generellt tror jag att intresset helt enkelt inte kommer att torka ut, dessutom är en stor forskningsvåg förknippad med att pengar började ges till nano. I princip, trots att det är ett så populärt sätt att infoga nanopartiklar i flytande kristaller, finns det ett stort antal verk, men bland dem finns det bra intressanta verk relaterade till detta ämne, det vill säga vad som händer med nanoobjekt när de gå in i ett flytande kristallint medium vilka effekter som uppstår. Jag tror att utveckling är möjlig när det gäller att erhålla alla möjliga olika komplexa enheter, vilket är förknippat med uppkomsten av metamaterial som har mycket intressanta optiska egenskaper - det här är ovanliga strukturer som är gjorda på olika sätt i kombination med flytande kristaller, uppkomsten nya optiska effekter och nya tillämpningar är möjliga. Jag granskar för närvarande artiklar i tidskriften Liquid Crystals, och deras nivå sjunker, och antalet bra artiklar minskar, men detta betyder inte att allt är dåligt, och vetenskapen om flytande kristaller kommer inte att dö, eftersom det är en mycket intressant objekt. Minskningen i intresse ser inte ut som en katastrof för mig.
Boris Dolgin: Här går vi sakta vidare till den andra frågan som Leo ställde oss. Om någon fundamentalt ny teori föds på grundval av den befintliga, som lovar något plus för flytande kristaller, kommer uppenbarligen intresset att öka omedelbart.
Alexey Bobrovsky: Det är möjligt att detta kommer att hända.
Boris Dolgin: Så vitt jag förstår frågan är det detta vi pratar om: det finns intravetenskapliga texter som gradvis förändrar något i förståelsen, det finns innovativa texter som förändras radikalt, men samtidigt ett slags gränssnitt mellan specialister och samhället, kanske består av samma vetenskapsmän, men från andra områden finns det några generaliserande verk som förklarar för oss, som om de löder dessa bitar till någon slags allmän bild. Som jag förstår det talade Lev till oss om detta och frågade hur det är valt, och vem skriver dessa generaliserande verk?
Alexey Bobrovsky: Det finns ett sådant koncept - vetenskaplig journalistik, som inte är särskilt utvecklat i vårt land, men det finns över hela världen, och jag kan föreställa mig hur väl det är utvecklat där, och trots det, det finns också här. Den aktuella offentliga föreläsningen tyder också på detta
Boris Dolgin: Det kan inte sägas att någon medvetet stänger arbetets omfattning.
Alexey Bobrovsky: Nej, ingen döljer någonting, tvärtom, alla normala vetenskapsmän gör sitt bästa för att visa världen vad de har gjort: så snabbt som möjligt och så tillgängligt som möjligt efter bästa förmåga. Det är klart att någon kan berätta en bra historia, och någon kan berätta en dålig historia, men det är vad vetenskapsjournalister är till för, som kan fungera som en förmedlare av information från forskare till samhället.
Boris Dolgin: Även under sovjettiden fanns populärvetenskaplig litteratur, och det fanns också en speciell genre - vetenskaplig fiktion, dels samlingarna "Paths into the Unknown" i början av 60-talet, böcker i "Eureka"-serien, en av de första post- krigspionjärer var Daniil Danin, som främst skrev om fysik. En annan fråga är att det fortfarande finns forskare som skriver någon form av generaliserande verk, som populariserar något för någon, men det är osannolikt att någon väljer vem som ska skriva och vem de ska läsa eller inte läsa. Den tidigare nämnda Tjajkovskij skriver något, någon gillar det.
Alexey Bobrovsky: Problemet verkar vara det här. Faktum är att det i vårt land nu finns katastrofalt få normala vetenskapsmän, och själva vetenskapens tillstånd är värre än någonsin. Om vi talar om flytande kristaller och flytande kristallpolymerer, så är dessa isolerade laboratorier som redan dör. Det är tydligt att det på 90-talet var någon form av kollaps och mardröm, men i allmänhet kan vi säga att det inte finns någon vetenskap om flytande kristaller i Ryssland. Jag menar - forskarsamhället, det visar sig att jag oftare kommunicerar med människor som arbetar utomlands, läser artiklar och allt det där, men det kommer praktiskt taget inga artiklar från oss. Problemet är att vi inte har vetenskap, och inte att det inte finns några generaliserande verk inom denna vetenskap. Du kan generalisera vad som händer i väst - det här är också underbart, men det finns ingen grund, ingen viktig länk, det finns inga vetenskapsmän.
Lev Moskovkin: Jag kommer att förtydliga, även om allt i princip är korrekt. Faktum är att vi alltid kretsar kring ämnet för den senaste föreläsningen. Konkurrensen inom vetenskap mellan forskare är så stark att jag är helt smickrad över att ha sett den med mina egna ögon, och jag håller med om att varje forskare strävar efter att visa världen sina prestationer. Detta är endast tillgängligt för någon som är en erkänd auktoritet, som Timofeev-Resovsky. Detta gjordes under sovjettiden - det är känt hur - och här finns en effekt, ett exempel som kan förklara mycket - effekten av den gröna anteckningsboken, som publicerades vem vet var, och ingen kan komma ihåg vad denna vanliga konferens kallades, eftersom ingen tidskrift som nu ackrediterats av Higher Attestation Commission, en akademisk tidskrift, inte skulle acceptera en sådan nyhet i princip, men den födde en ny vetenskap, den förvandlades till vetenskapen om genetik, till förståelse av livet, och detta i allmänhet är nu redan känt. Detta var under sovjettiden med stöd från ovan - Timofeev-Resovsky fick stöd i plenum för SUKP:s centralkommitté från konkurrensen från sina kollegor, annars skulle han ha blivit uppäten.
Boris Dolgin: En situation där staten avslutade en betydande del av vetenskapen: utan stöd från andra baser i staten var det omöjligt att fly.
Lev Moskovkin: Det finns en lavin av data inom genetik som det inte finns någon att generalisera, eftersom ingen litar på någon och ingen erkänner andras auktoritet.
Boris Dolgin: Varför?! Vi hade genetiker som talade, som blev lyssnade på av andra genetiker, och de diskuterade med nöje.
Alexey Bobrovsky: Jag vet inte vad som händer inom genetik, men inom vetenskapen som jag gör är situationen absolut den motsatta. Människor som får ett nytt intressant resultat försöker genast publicera det så snabbt som möjligt.
Boris Dolgin: Åtminstone av konkurrensens intresse – att staka ut en plats.
Alexey Bobrovsky: Ja. Det är klart att de kanske inte skriver ner vissa detaljer om metoderna och så vidare, men vanligtvis, om man skriver ett mejl och frågar hur man gjorde där så är det bara väldigt intressant, det hela öppnar sig helt – och.. .
Boris Dolgin: Enligt dina observationer blir vetenskapen mer öppen.
Alexey Bobrovsky: Jag lever åtminstone i den öppna vetenskapens tidevarv, och det är bra.
Boris Dolgin: Tack. När molekylärbiologer pratade med oss hänvisade de oss oftast till ganska öppna databaser och så vidare, och rekommenderade att vi kontaktade dem.
Alexey Bobrovsky: Inom fysiken finns det samma sak, det finns ett arkiv där folk kan lägga upp en rå (kontroversiell) version av en artikel redan innan de går igenom en recension, men här är det snarare en kamp om publiceringshastigheten, ju snabbare de har prioritet. Jag ser ingen stängning. Det är klart att detta inte har något att göra med den slutna militären och andra, jag pratar om vetenskap.
Boris Dolgin: Tack. Fler frågor?
Röst från publiken: Jag har inte så mycket en fråga som ett förslag, en idé. Jag tror att detta tema med kristalliseringsbilder har stor potential för att lära barn och unga i skolan naturvetenskap. Kanske är det vettigt att skapa en elektronisk lektion, designad för 45 minuter, och distribuera den till gymnasieskolor? Nu finns det elektroniska tavlor, som många inte använder, skolor har fått order om att ha dem. Jag tycker att det skulle vara trevligt att visa dessa bilder för barn i 45 minuter och sedan, i slutet, förklara hur det hela går till. Det verkar för mig att det skulle vara intressant att föreslå ett sådant ämne och på något sätt finansiera det.
Alexey Bobrovsky: Jag är redo att hjälpa till om något händer. Ge, skriv vad som behövs.
Boris Dolgin: Fantastisk. Det är så generaliseringar bildas, så är det ordnat. Bra. Tack så mycket. Några andra kreativa frågor? Kanske har de missat någon, vi ser dem inte, enligt min mening diskuterade de det mestadels.
Boris Dolgin: Det finns vetenskapsmän, det finns ingen vetenskap.
Boris Dolgin: Så det är ett nödvändigt eller nödvändigt och tillräckligt villkor?
Alexey Bobrovsky: Ja, skadan är oåterkallelig, tid har gått förlorad, detta är helt uppenbart, och naturligtvis låter det: ”Hur kommer det sig att det inte finns någon vetenskap i Ryssland?! Hurså? Det kan inte vara så, det finns vetenskap, det finns vetenskapsmän, det finns artiklar.” För det första, på en nivå, läser jag vetenskapliga tidskrifter varje dag. Det är mycket sällsynt att stöta på artiklar av ryska författare, gjorda i Ryssland, om flytande kristaller eller polymerer. Det beror på att antingen händer ingenting, eller så händer allt på en så låg nivå att folk inte kan publicera det i en vanlig vetenskaplig tidskrift; naturligtvis känner ingen till dem. Det här är en helt fruktansvärd situation.
Alexey Bobrovsky: Mer och mer.
Boris Dolgin: Det vill säga, problemet ligger inte hos författarna, problemet ligger hos vetenskapen.
Alexey Bobrovsky: Ja, det vill säga, det finns naturligtvis ingen perfekt, välfungerande struktur eller åtminstone på något sätt att arbeta under namnet "Science" i Ryssland. Lyckligtvis finns det en öppenhet av laboratorier som arbetar mer eller mindre på en normal nivå och är involverade i den allmänna vetenskapliga processen för internationell vetenskap - det här är utvecklingen av kommunikationsförmåga via Internet, på andra sätt tillåter öppna gränser dig inte för att känna sig separerad från den globala vetenskapliga processen, utan vad som händer inom landet så, naturligtvis, det finns inte tillräckligt med pengar, och om man ökar finansieringen är det osannolikt att det kommer att förändra någonting, för parallellt med att öka finansieringen är det nödvändigt för att kunna undersöka de personer som dessa pengar ges till. Du kan ge pengar, någon kommer att stjäla dem, spendera dem på vem vet vad, men situationen kommer inte att förändras på något sätt.
Boris Dolgin: Strängt taget har vi ett problem med kyckling och ägg. Å ena sidan kommer vi inte att skapa vetenskap utan finansiering, å andra sidan med finansiering, men utan vetenskapssamfundet, som kommer att tillhandahålla en marknad för expertis och säkerställa normalt rykte, kommer vi inte att kunna ge dessa pengar i en sätt som kommer att hjälpa vetenskapen.
Alexey Bobrovsky: Med andra ord är det nödvändigt att attrahera internationell expertis och bedömning från starka forskare, oavsett var de befinner sig. Naturligtvis är det nödvändigt att byta till engelska för certifieringsärenden relaterade till försvaret av kandidat- och doktorsavhandlingar; Minst abstracts måste vara på engelska. Detta är helt uppenbart, och det kommer att ske en viss rörelse i den här riktningen, kanske kommer det på något sätt att förändras till det bättre, och så - om du ger alla pengar... naturligtvis starka forskare som kommer att få mer pengar - de, naturligtvis, kommer att fungera mer effektivt, men de flesta av pengarna kommer att försvinna till ingen vet var. Detta är min åsikt.
Boris Dolgin: Snälla säg mig, du är en ung vetenskapsman, men du är redan doktor i naturvetenskap, och unga människor kommer till dig i en annan mening, studenter, yngre vetenskapsmän. Finns det de som kommer för dig?
Alexey Bobrovsky: Jag jobbar på universitetet, och med vilja, ibland vill jag ha det, ibland vill jag inte det, jag handleder kurser, diplom och forskarutbildning.
Boris Dolgin: Finns det framtida forskare bland dem?
Alexey Bobrovsky: Har redan. Det finns ganska framgångsrikt arbetande människor som jag har handlett, till exempel som är postdoktorer eller chefer för vetenskapliga grupper, vi pratar naturligtvis bara om utlandet. De som jag ledde och de blev kvar i Ryssland, de arbetar inte med vetenskap, eftersom de behöver försörja sin familj och leva normalt.
Boris Dolgin: Tack, det vill säga ekonomi.
Alexey Bobrovsky: Finansiering och löner står naturligtvis inte emot kritik.
Boris Dolgin: Det här är fortfarande privat...
Alexey Bobrovsky: Det finns ingen hemlighet i detta. Lönen för en senior forskare med en kandidats minimum vid universitetet är femton tusen rubel per månad. Allt annat beror på vetenskapsmannens aktivitet: om han kan få internationella bidrag och projekt får han mer, men han kan definitivt räkna med femton tusen rubel i månaden.
Boris Dolgin: Hur är det med en doktorsexamen?
Alexey Bobrovsky: De har inte gett mig en ännu, jag vet inte exakt hur mycket de kommer att ge mig än, plus att de lägger till fyra tusen.
Boris Dolgin: De nämnda bidragen är en ganska viktig sak. Just idag publicerade vi nyheter skickade av en intressant forskare, men när frågan ställdes om finansiering talade hon särskilt om betydelsen av detta område, och återigen, för att inte tala om våra publikationer, säger minister Fursenko att vetenskapliga handledare bör bevilja att finansiera sina doktorander och på så sätt motivera dem ekonomiskt.
Alexey Bobrovsky: Nej, det här är vad som vanligtvis händer i en bra vetenskaplig grupp, om en person, som Valery Petrovich Shibaev, chefen för laboratoriet där jag arbetar, har ett mycket välförtjänt namn i den vetenskapliga världen, har möjlighet till bidrag och projekt. Oftare än inte slutar jag inte med en "naken" lön på femton tusen, det finns alltid några projekt, men alla kan inte göra det, detta är inte en allmän regel, det är därför alla lämnar.
Boris Dolgin: Dvs ledaren måste ha en ganska hög internationell auktoritet och dessutom vara med i flödet.
Alexey Bobrovsky: Ja, oftast. Jag tror att jag hade tur på många sätt. Inslaget av att gå med i en stark vetenskaplig grupp fungerade på ett positivt sätt.
Boris Dolgin: Här ser vi feedbacken från god gammal vetenskap, det faktum att denna mäktigaste vetenskapliga grupp uppstod, på grund av vilken du kunde förverkliga din bana. Ja, det här är väldigt intressant, tack. Jag har sista ordet.
Röst från publiken: Jag låtsas inte ha sista ordet. Jag skulle vilja notera att det du pratar om är absolut förståeligt, och ta det inte som en sport. Jag vill notera att det i Alexey Savvateevs föreläsning sa att det inte finns någon vetenskap alls i Amerika. Hans synpunkt är lika övertygande argumenterad som din. Å andra sidan utvecklades vetenskapen i Ryssland särskilt snabbt när vetenskapen inte betalade alls, utan aktivt blev stulen, och sådana saker hände.
Boris Dolgin: Pratar vi om slutet av 1800-talet - början av 1900-talet?
Boris Dolgin: I Tyskland?
Boris Dolgin: Och när hans vetenskapliga forskning utvecklades mer aktivt...
Röst från publiken: I Ryssland, inte han, utan i Ryssland i allmänhet utvecklades vetenskapen mest effektivt när de inte betalade. Det finns ett sådant fenomen. Jag kan motivera detta, detta är inte en synvinkel, Boris, det här är ett faktum. Jag vill också säga till dig på ett ansvarsfullt sätt - detta är inte längre ett faktum, utan en slutsats - att dina förhoppningar om att internationell expertis och det engelska språket ska hjälpa dig är förgäves, eftersom jag, när jag arbetar i duman, ser hård konkurrens om rättigheter och lobbyverksamhet i Duman av ensidiga upphovsrättslagar gentemot Amerika. De tillskriver alla en enorm andel immateriell egendom, de är inte alls intresserade av att se till att våra vapen inte kopieras dit, de gör det själva.
Boris Dolgin: Jag förstår, problemet...
Alexey Bobrovsky: Vapen och vetenskap är parallella saker.
Röst från publiken: Det sista exemplet: faktum är att när Zhenya Ananyev, han och jag studerade tillsammans vid biologiska fakulteten, upptäckte mobila element i Drosophila-genomet, kom igenkännandet först efter publicering i tidskriften "Chromosomes", men Khisins auktoritet bröt igenom detta publicering, eftersom recensionen var så här: "i ditt mörka Ryssland vet de inte hur man replikerar DNA." Tack.
Boris Dolgin: Idéer om nivån på vetenskaplig forskning i ett visst land i avsaknad av ett stelbent, tydligt system för granskning av artiklar, när allmänna idéer används, är ett problem.
Alexey Bobrovsky: När det gäller det engelska språket är allt väldigt enkelt - det är ett internationellt vetenskapligt språk. Varje vetenskapsman som är involverad i vetenskap, till exempel i Tyskland, publicerar en tysk nästan alla sina artiklar på engelska. För övrigt försvaras många avhandlingar på engelska i Tyskland, för att inte tala om Danmark och Holland, om så bara för att det finns många utlänningar där. Vetenskapen är internationell. Historiskt sett är vetenskapens språk engelska.
Boris Dolgin: Det hände nyligen att vetenskapens språk brukade vara tyska.
Alexey Bobrovsky: Relativt nyligen, men inte desto mindre, nu är det så, så övergången till engelska var uppenbar, åtminstone på nivån för abstracts och certifieringssaker, så att normala västerländska forskare kunde läsa dessa sammanfattningar, ge feedback, utvärdera, för att ta dig ut ur vårt träsk, annars kommer det hela att sjunka in i det okända och vad som kommer att finnas kvar är en fullständig profanering. Det händer redan på många sätt, men vi måste på något sätt försöka ta oss ur det här träsket.
Boris Dolgin: Öppna fönstren för att förhindra lukt.
Alexey Bobrovsky: Börja åtminstone vädra.
Boris Dolgin: Bra. Tack. Detta är ett optimistiskt recept. Faktum är att din bana inspirerar till optimism, trots all pessimism.
Alexey Bobrovsky: Vi avvek igen från det faktum att huvudtanken med föreläsningen är att visa dig hur vackra och intressanta flytande kristaller är. Jag hoppas att allt jag har sagt ska väcka lite intresse. Nu kan du hitta mycket information om flytande kristaller, det här är det första. Och för det andra, oavsett vilka förhållanden som helst, kommer vetenskapsmän alltid att finnas, ingenting kan stoppa vetenskapliga framsteg, detta inspirerar också till optimism, och historien visar att det alltid finns människor som för vetenskapen framåt, för vilka vetenskapen är framför allt.
I cyklerna "Offentliga föreläsningar "Polit.ru" och "Offentliga föreläsningar "Polit.ua"" framfördes följande talare:
- Leonard Polishchuk. Varför dog stora djur ut i slutet av Pleistocen? Svar ur makroekologins perspektiv
- Miroslav Marinovich. Andlig träning av Gulag
- Kirill Eskov. Evolution och autokatalys
- Mikhail Sokolov. Hur vetenskaplig produktivitet hanteras. Erfarenhet från Storbritannien, Tyskland, Ryssland, USA och Frankrike
- Oleg Ustenko. Berättelsen om en oavslutad kris
- Grigorij Sapov. Kapitalistiskt manifest. Livet och ödet för L. von Mises bok "Human Activity"
- Alexander Irvanets. Så det är du, farbror författare!
- Vladimir Katanaev. Moderna metoder för utveckling av läkemedel mot cancer
- Vakhtang Kipiani. Periodisk samizdat i Ukraina. 1965-1991
- Vitaly Naishul. Kyrkans antagande av kultur
- Nikolai Kaverin. Influensapandemier i mänsklighetens historia
- Alexander Filonenko. Teologi vid universitetet: en comeback?
- Alexey Kondrashev. Människans evolutionära biologi och hälsa
- Sergei Gradirovsky. Moderna demografiska utmaningar
- Alexander Kislov. Klimat i det förflutna, nuet och framtiden
- Alexander Auzan, Alexander Paskhaver. Ekonomi: sociala restriktioner eller sociala reserver
- Konstantin Popadin. Kärlek och skadliga mutationer eller varför behöver en påfågel en lång svans?
- Andrey Ostalsky. Utmaningar och hot mot yttrandefriheten i den moderna världen
- Leonid Ponomarev. Hur mycket energi behöver en person?
- Georges Nivat. Att översätta mörkret: sätt att kommunicera mellan kulturer
- Vladimir Gelman. Subnationell auktoritarism i det moderna Ryssland
- Vyacheslav Likhachev. Rädsla och avsky i Ukraina
- Evgeny Gontmakher. Modernisering av Ryssland: INSOR:s position
- Donald Boudreau. Antimonopolpolitik i privata intressens tjänst
- Sergey Eniklopov. Våldets psykologi
- Vladimir Kulik. Ukrainas språkpolitik: myndigheternas åtgärder, medborgarnas åsikter
- Mikhail Blinkin. Transport i en stad som är bekväm för livet
- Alexey Lidov, Gleb Ivakin. Heligt utrymme i det antika Kiev
- Alexey Savvateev. Vart är ekonomin på väg (och leder oss)?
- Andrey Portnov. Historiker. Medborgare. Stat. Erfarenhet av nationsbyggande
- Pavel Plechov. Vulkaner och vulkanologi
- Natalia Vysotskaya. Samtida amerikansk litteratur inom ramen för kulturell pluralism
- Diskussion med Alexander Auzan. Vad är modernisering på ryska?
- Andrey Portnov. Övningar med historia på ukrainska: resultat och framtidsutsikter
- Alexey Lidov. Ikon och ikon i heligt utrymme
- Efim Rachevsky. Skolan som social hiss
- Alexandra Gnatyuk. Arkitekter för polsk-ukrainsk ömsesidig förståelse av mellankrigstiden (1918-1939)
- Vladimir Zakharov. Extrema vågor i naturen och i laboratoriet
- Sergey Neklyudov. Litteratur som tradition
- Yakov Gilinsky. På andra sidan förbudet: synen på en kriminolog
- Daniel Alexandrov. Mellanskikt i transitsovjetiska samhällen
- Tatiana Nefedova, Alexander Nikulin. Rural Ryssland: rumslig komprimering och social polarisering
- Alexander Zinchenko. Knappar från Kharkov. Allt vi inte kommer ihåg om ukrainska Katyn
- Alexander Markov. Evolutionära rötter av gott och ont: bakterier, myror, människor
- Mikhail Favorov. Vacciner, vaccination och deras roll i folkhälsan
- Vasily Zagnitko. Jordens vulkaniska och tektoniska aktivitet: orsaker, konsekvenser, utsikter
- Konstantin Sonin. Finanskrisens ekonomi. Två år senare
- Konstantin Sigov. Vem letar efter sanningen? "European Dictionary of Philosophies"?
- Mykola Ryabchuk. Ukrainsk postkommunistisk omvandling
- Mikhail Gelfand. Bioinformatik: molekylärbiologi mellan provröret och datorn
- Konstantin Severinov. Ärftlighet i bakterier: från Lamarck till Darwin och tillbaka
- Mikhail Chernysh, Elena Danilova. Människor i Shanghai och St. Petersburg: en tid av stora förändringar
- Maria Judkevitj. Där du föddes är där du kommer väl till pass: universitetets personalpolitik
- Nikolay Andreev. Matematiska studier - en ny form av tradition
- Dmitry Bak. "Modern" rysk litteratur: byte av kanon
- Sergey Popov. Hypoteser inom astrofysik: varför är mörk materia bättre än UFO?
- Vadim Skuratovsky. Kiev litterära miljö på 60-70-talet av förra seklet
- Vladimir Dvorkin. Strategiska vapen från Ryssland och Amerika: problem med minskning
- Alexey Lidov. Bysantinsk myt och europeisk identitet
- Natalya Yakovenko. Konceptet med en ny lärobok i ukrainsk historia
- Andrey Lankov. Modernisering i Östasien, 1945-2010.
- Sergey Sluch. Varför behövde Stalin en icke-angreppspakt med Hitler?
- Guzel Ulumbekova. Lärdomar från ryska sjukvårdsreformer
- Andrey Ryabov. Mellanresultat och några drag av postsovjetiska transformationer
- Vladimir Chetvernin. Modern juridisk teori om libertarianism
- Nikolai Dronin. Global klimatförändring och Kyotoprotokollet: årtiondets resultat
- Jurij Pivovarov. Historiska rötter till rysk politisk kultur
- Jurij Pivovarov. Utvecklingen av den ryska politiska kulturen
- Pavel Pechenkin. Dokumentärfilm som en humanitär teknik
- Vadim Radaev. Revolution inom handeln: påverkan på liv och konsumtion
- Alec Epstein. Varför gör inte någon annans smärta ont? Minne och glömska i Israel och Ryssland
- Tatiana Chernigovskaya. Hur tänker vi? Flerspråkighet och hjärncybernetik
- Sergey Aleksashenko. Krisens år: vad hände? vad är gjort? vad du kan förvänta?
- Vladimir Pastukhov. Den ömsesidiga avstötningens kraft: Ryssland och Ukraina - två versioner av samma förvandling
- Alexander Yuryev. Psykologi av humankapital i Ryssland
- Andrey Zorin. Humanistisk utbildning i tre nationella utbildningssystem
- Vladimir Plungyan. Varför modern lingvistik borde vara korpuslingvistik
- Nikita Petrov. Den stalinistiska regimens kriminella natur: rättsliga grunder
- Andrey Zubov. Östeuropeiska och postsovjetiska vägar till en återgång till ett pluralistiskt statsskap
- Victor Vakhshtain. The End of Sociology: Perspectives for the Sociology of Science
- Evgeniy Onishchenko. Konkurrenskraftigt stöd för vetenskap: hur det händer i Ryssland
- Nikolai Petrov. Rysk politisk mekanik och kris
- Alexander Auzan. The Social Contract: A View från 2009
- Sergey Guriev. Hur krisen kommer att förändra världsekonomin och ekonomisk vetenskap
- Alexander Aseev. Akademiska städer som centrum för vetenskap, utbildning och innovation i det moderna Ryssland
Ministeriet för utbildning och vetenskap i Ryska federationen
Kazan (Volga-regionen) Federal University
Kemiskt institut uppkallat efter. A. M. Butlerova
Institutionen för oorganisk kemi
Sammanfattning om ämnet:
« Flytande kristallpolymerer"
Arbete slutfört
elev i grupp 714
Khikmatova G.Z.
Jag kollade arbetet
Ignatieva K.A
Kazan-2012.
Inledning………………………………………………………………………………………………..3
1. Flytande kristaller………………………………………………………………………
1.1. Upptäcktshistorik……………………………………………………………….……...4
1.2. Typer av kristallin fas……………………………………………………….………………7
1.3.Metoder för att studera flytande kristaller………..……………………….……………….11
2. Flytande kristallpolymerer……..………………………………………….13
2.1.Principer för molekylär design av LC-polymerer............14
2.2. Huvudtyper av flytande kristallpolymerer……………….18
2.3.Struktur och egenskaper hos LC-polymerer...………………….….20
2.4.Användningsområden….…………………………………………………………………..
2.4.1 Elektrisk fältkontroll - vägen till att erhålla optiska tunnfilmsmaterial………………………………………………21
2.4.2. Kolesteriska LC-polymerer - spektrozonfilter och cirkulära polarisatorer………………………………………………………….23
2.4.3.LC-polymerer som kontrollerade optiskt aktiva medier för registrering av information………………………………………………………………………………..24
2.4.4.Superhöghållfasta fibrer och självförstärkta plaster……………………………………………………………………………………………….25
Begagnad litteratur……………………………………………………………….…28
Ansökan.
Introduktion.
80-talet inom polymervetenskap präglades av födelsen och den snabba utvecklingen av ett nytt område - kemin och fysiken hos flytande kristallina polymerer. Detta område, som förenade syntetiska kemister, teoretiska fysiker, klassiska fysikaliska kemister, polymerforskare och teknologer, har vuxit till en intensivt utvecklad ny riktning, som mycket snabbt gav praktisk framgång i skapandet av höghållfasta kemiska fibrer, och idag lockar uppmärksamheten av optiker och mikroelektronikspecialister. Men huvudsaken är inte ens detta, utan det faktum att det flytande kristallina tillståndet i polymerer och polymersystem, som det visade sig, inte bara är extremt vanligt - många hundra polymera flytande kristaller har beskrivits idag - utan representerar också en stabil jämviktsfastillstånd för polymerkroppar.
Det finns till och med en viss paradox i detta. År 1988 firades hundraårsjubileet sedan den österrikiske botanikern F. Reinitzer beskrev det första flytande kristallina ämnet, kolesterylbensoat. På 30-talet av förra seklet utvecklades fysiken för lågmolekylära organiska flytande kristaller, och på 60-talet verkade redan miljontals enheter baserade på dessa kristaller i världen. Men på 60- och 70-talen kunde de flesta polymerforskare inte föreställa sig till exempel förekomsten av termotropiska flytande kristallina polymerer av kolesterisk typ, och i allmänhet verkade sådana system vara exotiska representanter för atypiska makromolekylära objekt. Och faktiskt, under de senaste åren har det skett en slags "explosion" av information, och idag är ingen överraskad av lyotropa och termotropiska flytande kristallina polymerer, syntetiserade i dussintals varje månad.
I det här arbetet ville jag prata om när och hur det flytande kristallina tillståndet upptäcktes, vad som är unikt med flytande kristaller jämfört med andra föremål, om flytande kristallina polymerer och varför de är intressanta och underbara.
Flytande kristaller.
De flesta ämnen kan endast existera i tre aggregationstillstånd: fast, flytande och gasformig. Genom att ändra temperaturen på ett ämne kan det överföras sekventiellt från ett tillstånd till ett annat. Vanligtvis övervägdes strukturen av fasta ämnen, vilket inkluderade kristaller och amorfa kroppar. En utmärkande egenskap hos kristaller är förekomsten i dem av långväga ordning och anisotropi av egenskaper (förutom kristaller med ett symmetricentrum). I amorfa fasta ämnen finns det endast kortdistansordning och som en konsekvens är de isotropa. Kortdistansordning finns också i en vätska, men vätskan har en mycket låg viskositet, det vill säga den har fluiditet.
Utöver de tre uppräknade materietillstånden finns det ett fjärde, kallat flytande kristall. Det är mellanliggande mellan fast och flytande och kallas också mesomorft tillstånd. I detta tillstånd kan det finnas ett mycket stort antal organiska ämnen med komplexa stavformade eller skivformade molekyler. I det här fallet kallas de flytande kristaller eller mesofas.
I detta tillstånd har ämnet många egenskaper hos en kristall, i synnerhet kännetecknas den av anisotropi av mekaniska, elektriska, magnetiska och optiska egenskaper, och samtidigt har de egenskaperna hos en vätska. Liksom vätskor är de flytande och tar formen av behållaren där de placeras.
Baserat på deras allmänna egenskaper kan LC:er delas in i två stora grupper. Flytande kristaller som bildas när temperaturförändringar kallas termotropisk. Flytande kristaller som uppstår i lösningar när deras koncentration ändras kallas lyotropisk.
1.1. Flytande kristaller upptäcktes 1888. Den österrikiska professorn i botanik F. Reinitzer medan han studerade det nya ämnet han syntetiserade, kolesterylbensoat, som är en ester av kolesterol och bensoesyra.
Han upptäckte att när den värms upp till 145° förvandlas den kristallina fasen (vitt pulver) till en konstig grumlig vätska, och när den värms ytterligare till 179° observeras en övergång till en vanlig transparent vätska. Han försökte rena detta ämne, eftersom han inte var säker på att han hade rent kolesterylbensoat, men ändå reproducerades dessa två fasövergångar. Han skickade ett prov av detta ämne till sin vän fysikern Otto von Lehmann. Lehman studerade vanliga kristaller, inklusive plastkristaller, som är mjuka vid beröring och skiljer sig från vanliga hårda kristaller. Den huvudsakliga studiemetoden var optisk polarisationsmikroskopi - ett mikroskop där ljus passerar genom en polarisator, passerar genom ett ämne och sedan genom en analysator - genom ett tunt lager av ämne. När kristaller av ett visst ämne placeras mellan polarisatorn och analysatorn kan man se texturer – karakteristiska bilder för olika kristallina ämnen – och på så sätt studera kristallernas optiska egenskaper. Det visade sig att Otto von Lehmann hjälpte honom att förstå vad som var orsaken till mellantillståndet, villfarelsen. Otto von Lehmann var allvarligt övertygad om att alla egenskaper hos kristallina ämnen, kristaller, enbart beror på formen på molekylerna, det vill säga att det inte spelar någon roll hur de är placerade i denna kristall, molekylernas form är viktig. Och i fallet med flytande kristaller hade han rätt - formen på molekylerna avgör förmågan att bilda en flytande kristallin fas (främst formen på molekylerna). 1888 skrev Reinitzer att det finns kristaller vars mjukhet är sådan att de kan kallas flytande, sedan skrev Lehmann en artikel om flödande kristaller, faktiskt myntade han termen flytande kristaller. Det visade sig att flytande kristaller är väldigt många och spelar en viktig roll i biologiska processer. De är till exempel en del av hjärnan, muskelvävnad, nerver och membran. Termen "flytande kristaller", baserad på gemensam användning av två, i viss mening, motsatta ord - "flytande" och "kristallin", har slagit rot väl, även om termen "mesofas", introducerad av den franske fysikern J. Friedel trettio år efter upptäckten av F. Reinitzer, som kommer från det grekiska ordet "mesos" (mellanliggande), är tydligen mer korrekt. Dessa ämnen representerar en mellanfas mellan kristallin och flytande, de uppstår under smältningen av den fasta fasen och existerar i ett visst temperaturområde tills de vid ytterligare uppvärmning övergår till en vanlig vätska. En viktig historisk episod: på 20-30-talet studerade den sovjetiske fysikern Fredericks inverkan av olika magnetiska och elektriska fält på de optiska egenskaperna hos flytande kristaller, och han upptäckte en viktig sak att orienteringen av molekyler i flytande kristaller mycket lätt förändras under påverkan av yttre fält, och dessa fält är mycket svaga och förändras mycket snabbt. Sedan slutet av 60-talet började en boom i studiet av flytande kristallsystem och flytande kristallfaser, och det är förknippat med det faktum att de lärde sig att använda dem. Först, för informationsdisplaysystem i vanliga elektroniska digitala klockor, sedan i miniräknare, och med tillkomsten av datorteknik, blev det klart att flytande kristaller aktivt kan användas för tillverkning av displayer. Naturligtvis stimulerade ett sådant tekniskt språng studiet av flytande kristaller ur grundvetenskapens synvinkel, men det bör noteras hur stort tidsgap det finns mellan vetenskapliga upptäckter relaterade till flytande kristaller. Faktum är att folk var intresserade av dem av nyfikenhet, det fanns inget utilitaristiskt intresse, ingen visste hur man använde dem, och dessutom var relativitetsteorin mycket mer intressant under de åren (20-30-talet). Förresten, Fredericks var populariseraren av relativitetsteorin i Sovjetunionen, sedan förtrycktes han och dog i lägren. Faktum är att 80 år gick efter upptäckten av flytande kristaller tills de lärde sig att använda dem.
1.2. I processen att studera flytande kristaller blev de fysiska orsakerna till materiens fjärde tillstånd tydliga. Den viktigaste är den icke-sfäriska formen av molekyler. Molekylerna i dessa ämnen är långsträckta i en riktning eller skivformade. Sådana molekyler finns antingen längs en viss linje eller i ett valt plan. Tre huvudtyper av kristallin fas är kända: nematisk(från det grekiska ordet "nema" - tråd), smektisk(från det grekiska ordet "smegma" - tvål), kolesteriskt.
I nematiska flytande kristaller är molekylernas masscentra lokaliserade och rör sig kaotiskt, som i en vätska, och molekylernas axlar är parallella. Således existerar långdistansordning endast med avseende på orienteringen av molekylerna. Faktum är att nematiska molekyler utför inte bara translationella rörelser, utan också orienterande vibrationer. Därför finns det ingen strikt parallellitet hos molekylen, utan det finns en övervägande medelorientering (Fig. 7.19) Amplituden för orienteringsvibrationer beror på temperaturen. När temperaturen ökar uppstår större avvikelser från parallellitet i orienteringen, och vid fasövergången blir orienteringen av molekylerna kaotisk. I detta fall förvandlas den flytande kristallen till en vanlig vätska.
Av störst intresse för praktiska tillämpningar är ämnen som finns i den nematiska mesofasen vid rumstemperatur. För närvarande, genom att förbereda blandningar av olika ämnen, erhålls nematik i regionen från -20 till +80 grader och till och med i ett bredare temperaturområde.
För att karakterisera orienteringsordningen i flytande kristaller introduceras vanligtvis två parametrar: direktör och examensorienteringsordning, även kallad orderparameter. Direktören är en enhetsvektor I, vars riktning sammanfaller med riktningen för den genomsnittliga orienteringen av molekylernas långa axlar. I nematiska flytande kristaller sammanfaller riktningen med den optiska axelns riktning. Vektor I kännetecknar fenomenologiskt den långväga ordningen i arrangemanget av molekyler. Den bestämmer bara riktningen för molekylär orientering, men ger ingen information om hur perfekt ordningen av mesofasen är. Måttet på långvägsorienterande ordning är orderparameter S, definieras enligt följande:S=1/2(3 ² θ -1) (*), där θ – vinkeln mellan en enskild molekyls axel och den flytande kristallens direktör. Medelvärdet i (*) utförs över hela ensemblen av molekyler. Värdet S=1 motsvarar fullständig orienteringsordning, d.v.s. en ideal flytande kristall, och S=0 betyder fullständig orienteringsstörning och motsvarar en nematik som har omvandlats till en isotrop vätska.
Kolesteriska flytande kristaller får sitt namn från kolesterol eftersom de i de flesta fall är kolesterolestrar. Samtidigt bildar, förutom kolesterolestrar, även ett antal andra ämnen den kolesteriska mesofasen. Molekylerna av alla föreningar som bildar ett kolesteriskt innehåll innehåller en asymmetrisk kolatom som är kopplad med fyra kovalenta bindningar till olika atomer eller grupper av atomer. Sådana molekyler kan inte kombineras med sig själva genom enkel superposition, precis som vänster och höger hand. De kallas kiral molekyler (från den gamla hebreiska "arvingen" - hand).
Kolesteriska flytande kristaller, som består av kirala molekyler, liknar strukturen i nematik, men har en fundamental skillnad. Det ligger i det faktum att, till skillnad från en nematisk, är den enhetliga orienteringen av molekyler i en kolesterisk energetiskt ogynnsam. Kirala kolesteriska molekyler kan arrangeras parallellt med varandra i ett tunt monolager, men i det intilliggande lagret måste molekylerna roteras med en viss vinkel. Energin i ett sådant tillstånd kommer att vara mindre än med en enhetlig orientering. I varje efterföljande lager roteras regissör I, som ligger i lagrets plan, återigen genom en liten vinkel. Således skapas en spiralformad ordning av molekyler i en kolesterisk flytande kristall (Fig. 7.20). Dessa spiraler kan vara antingen vänster eller höger. Vinkeln α mellan vektorer I av angränsande lager är vanligtvis hundradelar av ett helt varv, dvs. α≈1®. I det här fallet, stigningen för den kolesteriska helixen Rär flera tusen ångström och är jämförbar med ljusets våglängd i den synliga delen av spektrumet. Nematiska flytande kristaller kan betraktas som ett specialfall av kolesteriska flytande kristaller med en oändligt stor spiraldelning (P→∞). Den spiralformade ordningen av molekyler kan förstöras av ett elektriskt eller magnetiskt fält som appliceras vinkelrätt mot spiralens axel.
Smektiska flytande kristaller är mer ordnade än nematiska och kolesteriska. De är som tvådimensionella kristaller. Förutom den orienterande ordningen av molekyler, liknande ordningen i nematik, finns det en partiell ordning av molekylernas masscentra. I det här fallet ligger regissören för varje lager inte längre i lagrets plan, som i kolesterik, utan bildar en viss vinkel med det.
Beroende på arten av ordningen av molekyler i lagren delas smektiska flytande kristaller in i två grupper: smektika med icke-strukturell Och smektika med strukturella lager.
I smektiska flytande kristaller med icke-strukturella skikt molekylernas masscentra i lagren är kaotiskt placerade, som i en vätska. Molekyler kan röra sig ganska fritt längs lagret, men deras massacentrum är på samma plan. Dessa plan, som kallas smektiska, är belägna på samma avstånd från varandra, ungefär lika med längden på molekylen. I fig. Figur 7.21a visar arrangemanget av molekyler i en sådan smektik. För den smektiska flytande kristallen som visas i figuren sammanfaller riktningen I och det normala n till planet i riktning. Med andra ord är molekylernas långa axlar vinkelräta mot de smektiska lagren. Sådana flytande kristaller kallas smektika A. I fig. Figur 7.21b visar en smektik med icke-strukturella skikt, i vilken direktören inte är riktad längs normalen till skiktet, utan bildar en viss vinkel med denna.Flytande kristaller med detta arrangemang av molekyler kallas smctics C. I ett antal av smektiska flytande kristaller finns det en mer komplex ordning än i smektiska A och C. Ett exempel är smektisk F, där detaljerna i ordningen ännu inte har studerats fullt ut.
I smektika med strukturella lager vi har redan att göra med tredimensionell statistisk ordning. Här ligger även molekylernas masscentra i de smektiska lagren, men bildar ett tvådimensionellt gitter. Men till skillnad från kristallina ämnen kan skikten glida fritt i förhållande till varandra (som i andra smektika!). På grund av denna fria glidning av lager har alla smektika en tvålliknande känsla vid beröring. Därav deras namn (det grekiska ordet "smegma" betyder tvål). I ett antal smektika finns en ordning av molekylernas masscentra på samma sätt som i smektik B, men vinkeln mellan riktning I och normal n till lager är icke-noll. I detta fall bildas en pseudohexagonal monoklinisk ordning. Sådana smektika kallas H-smektiker.Det finns också D-smektiker, som ligger nära en kubisk struktur med ett kroppscentrerat gitter. Bland de nysyntetiserade flytande kristallerna finns de som inte kan klassificeras som nematika, kolesteriska och smektiska. De brukar kallas exotiska mesofaser. Dessa inkluderar till exempel de så kallade skivformade flytande kristallerna, eller diskotika, som studeras intensivt.
1.3. Polarisationsmikroskopi är den första metoden för att studera flytande kristaller, det vill säga från bilden som observeras av en forskare i ett polariserande mikroskop av korsade polarisatorer, kan man bedöma vilken typ av mesofas, vilken typ av flytande kristallin fas som bildas. Detta är den karakteristiska bilden för den nematiska fasen, vars molekyler endast bildar en orienteringsordning. Så här ser den smektiska fasen ut. För att ge dig en uppfattning om skalan av allt detta, det vill säga den är mycket större än den molekylära skalan: bildens bredd är hundratals mikron, det vill säga det är en makroskopisk bild, mycket större än våglängden av synligt ljus. Och genom att analysera sådana bilder kan man bedöma vad det är för struktur. Naturligtvis finns det mer exakta metoder för att bestämma strukturen och vissa strukturella egenskaper hos dessa mesofaser - metoder som röntgendiffraktionsanalys, olika typer av spektroskopi - detta gör att vi kan förstå hur och varför molekylerna packas på ett eller annat sätt .
Den kolesteriska mesofasen ser ut så här - en av de typiska bilderna.
När temperaturen ändras observeras en förändring i brytningen, så färgerna ändras, vi närmar oss övergången - och en övergång till en isotrop smälta observeras, det vill säga allt har mörknat, en mörk bild är synlig i de korsade polarisatorerna.
Flytande kristallpolymerer.
Flytande kristallina (LC) polymerer är högmolekylära föreningar som kan omvandlas till LC-tillståndet under vissa förhållanden (temperatur, tryck, koncentration i lösning). LC-tillståndet för polymerer är ett jämviktsfastillstånd, som upptar en mellanposition mellan de amorfa och kristallina tillstånden, därför kallas det också ofta mesomorf eller mesofas (från grekiskans mesos - mellanliggande). Karakteristiska egenskaper hos mesofasen är närvaron av orienteringsordning i arrangemanget av makromolekyler (eller deras fragment) och anisotropi av fysikaliska egenskaper i frånvaro av yttre påverkan. Det är mycket viktigt att betona att LC-fasen bildas spontant, medan orienteringsordningen i polymeren lätt kan induceras genom att helt enkelt sträcka provet på grund av makromolekylernas höga anisodiametri (asymmetri).
Om polymerer passerar in i LC-tillståndet eller mesofas som ett resultat av termisk verkan (uppvärmning eller kylning) kallas de termotropiska LC-polymerer; om LC-fasen bildas när polymerer löses i vissa lösningsmedel kallas de lyotropa LC-polymerer.
De första forskarna som förutspådde möjligheten att polymerer skulle bilda en mesofas var V.A. Kargin och P. Flory.
Föreläsning 4/1
Ämne. Fysikaliska tillstånd för polymerer. Kristallina, amorfa och flytande kristallina polymerer.
Skilja på samla och fas polymerernas tillstånd.
Polymerer finns i två aggregationstillstånd: hård Och flytande Det tredje aggregationstillståndet - gasformigt - existerar inte för polymerer på grund av de mycket höga krafterna av intermolekylär interaktion som orsakas av makromolekylernas stora storlekar.
I hård I sitt aggregationstillstånd kännetecknas polymerer av en hög packningsdensitet av molekyler, närvaron av en viss form och volym i kroppar och förmågan att bevara dem. Det fasta tillståndet realiseras om energin för intermolekylär interaktion överstiger energin för termisk rörelse hos molekyler.
I flytande i tillståndet av aggregation upprätthålls en hög packningsdensitet av makromolekyler. Den kännetecknas av en viss volym, en viss form. I detta tillstånd har polymeren emellertid liten motståndskraft mot att bibehålla denna form. Det är därför
polymeren tar formen av kärlet.
De finns i två aggregationstillstånd termoplast polymerer som kan smälta. Dessa inkluderar många linjära och grenade polymerer - polyeten, polypropen, polyamider, polytetrafluoreten, etc.
Maska polymerer, såväl som linjära och grenade polymerer, som får en nätverksstruktur vid upphettning, finns endast i fast tillstånd.
Beroende på graden av ordning och reda i arrangemanget av makromolekyler kan polymerer hittas i tre fastillstånd: kristallin, flytande kristall Och amorf.
Kristallin tillståndet karakteriseras långvägsordning i arrangemanget av partiklar i storleksordningen hundratals och tusentals gånger större än storleken på själva partiklarna.
Flytande kristall tillståndsintermediär mellan kristallint och amorft.
Amorf fastillståndet karakteriseras stäng ordning i position partiklar ordningen observerad vid avstånd jämförbara med partikelstorlekarna.
Kristallint tillstånd av polymerer
Det kristallina tillståndet hos polymerer kännetecknas av det faktum att enheterna av makromolekyler bildar strukturer med tredimensionell långdistansordning. Storleken på dessa strukturer överstiger inte flera mikrometer; de brukar kallas kristalliter . Till skillnad från lågmolekylära ämnen kristalliserar polymerer aldrig helt, tillsammans med kristalliter bevaras amorfa regioner (med en oordnad struktur) i dem. Därför kallas polymerer i kristallint tillstånd amorf-kristallin eller delvis kristallin. Det volymetriska innehållet av kristallina områden i ett prov kallas grad av kristallinitet . Det kvantifieras med olika strukturkänsliga metoder. De vanligaste av dem är: densitetsmätning, röntgendiffraktionsmetod, IR-spektroskopi, NMR. För de flesta polymerer sträcker sig graden av kristallinitet från 20 till 80 %, beroende på makromolekylernas struktur och kristallisationsförhållanden.
Kristalliters morfologi och typen av deras aggregation bestäms kristallisationsmetod . Så, under långsam kristallisation från utspädda lösningar i lågmolekylära lösningsmedel (koncentration ~ 0,01%) är kristalliter enkla, regelbundet facetterade plattor ( lameller ), som bildas genom att makromolekylen vikas "på sig själv" (Fig. 1).
Figur 1. Schema för strukturen av en lamellär kristall av vikta makromolekyler
svarka-info/com
Lamellernas tjocklek är vanligtvis 10-15 nm och bestäms av veckets längd, och deras längd och bredd kan variera inom vida gränser. I detta fall visar sig makromolekylens axel vara vinkelrät mot plattans plan, och slingor bildas på plattans yta (fig. 2). På grund av närvaron av regioner där slingor av vikbara makromolekyler samlas, finns det ingen fullständig kristallin ordning. Graden av kristallinitet även för enskilda polymera enkristaller är alltid mindre än 100 % (för polyeten, till exempel 80-90 %). Morfologin hos polymera enkristaller återspeglar symmetrin hos deras kristallgitter, och tjockleken beror starkt på kristallisationstemperaturen och kan variera flera gånger.
Ris. 2. Vikningar av makromolekyler i polyetenkristalliter svarka-info/com
Den degenererade formen av lamellära kristaller är fibrillära kristaller (fibriller), som kännetecknas av ett stort förhållande mellan längd och tjocklek (fig. 3). De utvecklas under förhållanden som gynnar den föredragna tillväxten av en av ytorna, till exempel en hög hastighet av lösningsmedelsavdunstning. Tjockleken på fibrillerna är vanligtvis 10 -20 nm, och längden når många mikron.
Ris. 3. b - mikrofibril; c - fibril. Skanning av elektrondiffraktionsmönster.. www. ntmdt. ru
Kristallplattor representerar den enklaste formen av kristallisation från lösning. En ökning av kristallisationshastigheten eller en ökning av koncentrationen av lösningen leder till uppkomsten av mer komplexa strukturer: spiralformationer av "tvillingar" (två plattor anslutna längs ett kristallografiskt plan), såväl som olika dendritiska former, inklusive en stort antal plattor, spiralformade terrasser, "tvillingar" och andra. Med ytterligare ökad koncentration, sfäruliter . Sfäruliter bildas också under kristallisation av polymerer från smältor. Detta är den vanligaste och vanligaste formen av kristallina formationer i polymerer.
I sfäruliter lamellerna divergerar radiellt från gemensamma centra (fig. 4). Elektronmikroskopistudier visar att sfäruliternas fibrill är sammansatt av många lameller staplade på varandra och vridna runt sfärulitens radie. Sfäruliter med en diameter från flera mikrometer till flera cm observeras. Tredimensionella sfäruliter uppträder i blockprover och tvådimensionella, platta förekommer i tunna filmer. Det antas att i kristalliterna av blockprover har en del av makromolekylen en veckad konformation, och den andra delen går från kristallit till kristallit och förbinder dem med varandra. Dessa "passerande" kedjor och vikningsområden utgör den amorfa delen av sfäruliterna.
Ris. 4. Ringsfäruliter av polyetensebacat
Samma polymer kan, beroende på kristallisationsförhållanden, bildas sfäruliter olika typer ( radiell, ringformig ) (Fig. 5). Vid låga grader av underkylning bildas vanligtvis ringtypsfäruliter, vid höga grader bildas radiella sfäruliter. Till exempel har polypropensfäruliter olika optiska egenskaper och till och med olika smältpunkter beroende på den kristallina modifieringen i vilken polymeren kristalliserar. I sin tur kan polypropensfäruliter med en monoklinisk cell vara antingen positiva eller negativa. En sfärulit kallas positiv om dess dubbelbrytning är större än noll. Om den är mindre än noll är sfäruliten negativ.
Fig.5. Typer av sfäruliter: a - radiell, b - ring.
Kristallisering av smältan vid en temperatur nära smältpunkten (underkylning högst 1˚C) sker mycket långsamt och leder till bildandet av de mest perfekta kristallstrukturerna byggda av uträtade kedjor. Mekanismen för kristallisation med uträtade kedjor realiseras sällan i praktiken. För att göra detta, samtidigt med kylning av smältan, är det nödvändigt att applicera stora spänningar.
De flesta polymerer kristalliserar i form av sfäruliter. Men i vissa fall finns endast grupper av lamellära kristaller i en blockpolymer. Strukturella formationer mellan enkristaller och sfäruliter hittades också. Ofta är dessa strukturer facetterade och stora i storlek - upp till tiotals mikron. Det är ännu inte klarlagt om det finns ett visst antal mellanstrukturer eller om olika morfologiska former kontinuerligt omvandlas till varandra.
Amorft tillstånd av polymerer
Amorf polymerer har ingen kristallin struktur. Detta tillstånd av polymerer kännetecknas av:
· brist på tredimensionell långvägsordning i arrangemanget av makromolekyler,
· kort räckvidd i arrangemanget av enheter eller segment av makromolekyler, som snabbt försvinner när de rör sig bort från varandra.
Polymermolekyler verkar bilda "svärmar", vars livslängd är mycket lång på grund av polymerernas enorma viskositet och molekylernas stora storlek. Därför förblir sådana svärmar i vissa fall praktiskt taget oförändrade. I amorf är också i gott skick polymerlösningar Och polymergeléer .
Amorfa polymerer är enfasiga och byggda av kedjemolekyler samlade i förpackningar. Förpackningar är strukturella element och kan röra sig i förhållande till angränsande element. Vissa amorfa polymerer kan konstrueras av kula Kulor består av en eller flera makromolekyler rullade till sfäriska partiklar (Fig. 6). Möjligheten att vika makromolekyler till en boll bestäms av deras höga flexibilitet och dominansen av intramolekylära interaktionskrafter över intermolekylära interaktionskrafter.
Fig. 6. Den globulära formen av hemoglobin som innehåller fyra molekyler av järnkomplexet
www. krugosvet. ru
Amorfa polymerer, beroende på temperatur, kan vara i tre tillstånd som skiljer sig åt i karaktären av termisk rörelse: glasartad, mycket elastisk Och viskös. Stadiet i vilket polymeren befinner sig bestäms av förändringen i dess struktur och vidhäftningskrafterna mellan makromolekylerna i linjära polymerer.
På låga temperaturer amorfa polymerer finns i glasig skick. De molekylära segmenten har inte rörlighet, och polymeren beter sig som ett vanligt fast ämne i amorft tillstånd. I detta tillstånd materialet ömtålig . Övergången från ett mycket elastiskt tillstånd till ett glasartat tillstånd med sjunkande temperatur kallas glasövergång , och temperaturen för en sådan övergång är glasövergångstemperatur .
Mycket elastisk ett tillstånd som kännetecknas av en polymers förmåga att lätt sträcka sig och krympa, inträffar vid ganska höga temperaturer , när energin av termisk rörelse blir tillräcklig för att orsaka rörelse av segment av molekylen, men ännu inte tillräcklig för att sätta molekylen som helhet i rörelse. I ett mycket elastiskt tillstånd har polymerer, under relativt små mekaniska påkänningar, mycket stor elastisk deformation . Till exempel kan gummin sträcka sig nästan 10 gånger.
I viskös tillstånd, inte bara segment, utan även hela makromolekylen kan röra sig. Polymerer förvärvar förmågan att flyta, men till skillnad från vanliga vätskor åtföljs deras flöde alltid av utvecklingen av mycket elastisk deformation. Materialet i detta tillstånd, under påverkan av små krafter, uppvisar irreversibel plastdeformation , som kan användas för dess tekniska bearbetning.
Med en linjär struktur av makromolekyler är polymerer i amorft tillstånd elastiskt-viskösa kroppar, och när en stark rumslig struktur bildas är de viskoelastiska kroppar.
Varje yttre påverkan som påverkar rörligheten av partiklar i amorfa kroppar (förändringar i temperatur, tryck) påverkar de fysikaliska egenskaperna (materialets dielektriska egenskaper, gaspermeabilitet).
Flytande kristallint tillstånd av polymerer
Flytande kristaller är ovanliga ämnen. De kombinerar egenskaperna som finns i vätskor och fasta ämnen, vilket återspeglas i namnet. Från vätskor tog de fluiditet, det vill säga förmågan att ta formen av kärlet i vilket de hälls. Från fasta kristallina kroppar - anisotropi egenskaper . Det senare förklaras av strukturen hos flytande kristaller - molekylerna i dem är ordnade inte kaotiskt utan på ett ordnat sätt. Dock inte lika strikt som i solida kristaller
Inte alla föreningar går över i det flytande kristallina tillståndet, utan bara de vars molekyler har en signifikant anisometri (form av pinnar eller skivor). Beroende på förpackningen av molekyler särskiljs de tre typer av strukturer flytande kristaller - smektisk , nematisk Och kolesteriskt .
Smectics, kanske närmast vanliga kristaller. Molekylerna i dem är packade i lager, och deras massacentrum är fixerade (fig. 7). I nematik Tvärtom är molekylernas masscentra kaotiskt placerade, men axlarna för deras molekyler, vanligtvis stavformade, är parallella med varandra (fig. 8). I detta fall sägs de kännetecknas av orienteringsordning.
Den mest komplexa strukturen av den tredje typen av flytande kristaller är kolesteriskt. För bildandet av kolesterika krävs så kallade kirala molekyler, det vill säga inkompatibla med deras spegelbild.
Ris. 7. Schematisk representation av en flytande kristall i den smektiska fasen
http://dic. akademisk. ru/
https://pandia.ru/text/80/219/images/image009_79.jpg" alt="Fig. 1. Bilden visar en 180° rotation av regissören i den kolesteriska fasen. Motsvarande avstånd är halvcykeln, p /2." width="178" height="146">!}
Fig. 9. Schematisk illustration av kolesterisk flytande kristall
dic. akademisk. ru
Andra funktionella grupper kan införas i en sådan polymerkedja, t.ex. fotokromisk ljusstyrda grupper, eller elektroaktiv grupper orienterade under påverkan av ett elektriskt fält.
Flytande kristaller i sig är viskösa vätskor endast inom ett smalt temperaturintervall. Därför har de sina speciella egenskaper endast i detta temperaturområde. Flytande-kristallina polymerer, till skillnad från flytande kristaller, bibehåller både strukturen och egenskaperna hos den flytande-kristallina fasen när de kyls. Det vill säga att det är möjligt att fixera en känslig flytande kristallstruktur i en fast substans utan att förlora till exempel dess unika optiska egenskaper.
Kolesterika reagerar lätt på temperatur. Vissa byter färg väldigt snabbt med en väldigt liten temperaturförändring – du kan använda dem för att skapa unika värmekamera , eller temperaturindikatorer. Till exempel, genom att bestråla ytan på ett sådant material med en laser, kan man studera intensitetsfördelningen av dess stråle. Beläggningar gjorda av kolesteriska polymerer kan användas för att testa flygplan i en vindtunnel, eftersom temperaturfördelningen tydligt kommer att indikera på vilka platser det är mer turbulens och på vilka det finns laminärt luftflöde runt flygplanet.
Ett av de mest intressanta exemplen på användningen av polymerkolesterika är beredningen ljusstyrda filmer . Om en monomer med en fotokrom grupp införs i en polymerkedja, vars form ändras när den exponeras för ljus av en viss våglängd, kan helixens stigning i kolesterikens struktur ändras. Med andra ord, genom att bestråla ett material med ljus kan du ändra dess färg. Denna egenskap hos det resulterande materialet kan användas för att registrera och lagra färginformation, i holografi Och displayteknik .
Spiralstigningen kan emellertid ändras inte bara genom inverkan av ljus- och temperaturförändringar (som i värmekamera), utan också genom påverkan av elektriska och magnetiska fält. För att göra detta är det nödvändigt att introducera elektroaktiv eller magnetiskt aktiv grupper. Exponering för ett elektriskt eller magnetiskt fält leder till orienteringen av flytande kristallmolekyler och till distorsion, och sedan till fullständig avlindning av den kolesteriska helixen.
Studiet av flytande kristallina polymerer, som är mycket yngre än lågmolekylära flytande kristaller, kommer att avslöja många fler okända aspekter av deras fysikalisk-kemiska beteende.
