Какое состояние вещества называется жидкокристаллическим

Известно, что большая часть веществ могут находиться в твердом или кристаллическом, жидком и газообразном состояниях. Однако некоторые могут иметь жидкокристаллическое состояние вещества и проявляют одновременно свойства кристалла и жидкости. В некоторой степени это необычные материалы.

Свойство кристалла – анизотропия, жидкости – текучесть.

Основной принцип анизотропии – проявление различного показателя преломления света в зависимости от приложенного воздействия.

состояния вещества Жидкокристаллическое состояние вещества может изменяться под действием таких факторов, как температура, давление, электрические и магнитные поля. Эти изменения приводят к определенному расположению молекул  изменяющих оптические свойства:  цвет, прозрачность, способность к  поляризации проходящего света.

Гибрид  с оптическими свойствами твердого тела и кристалла

Для тех, кто не знаком с группой веществ, носящий название жидкие кристаллы, название это звучит странно. Кристаллы – это твердые, вещества, а не жидкость. В популярной литературе, жидкокристаллическое состояние вещества  иногда называют «кентавры природы».

Действительно, кентавр – это гибрид лошади и человека, а жидкий кристалл – гибрид жидкости с оптическими свойствами твердого тела и кристалла. Жидкокристаллическое состояние вещества

Когда свет проходит через аморфные материалы, то есть материалы, не имеющие четкой структуры, (например, кусок стекла или прозрачной пластмассы), то, как бы он ни проходил – сверху вниз, снизу вверх, слева направо или справа налево, спереди или сзади, – результат будет одинаков. Совсем другое дело в кристаллах. У них всегда (если не говорить  с кубической решеткой) оптические свойства зависят от ориентации  относительно луча света.

Чтобы жидкость приобрела оптические свойства кристаллов, у нее должно быть определенное строение молекул.

Эта форма строения частиц не должна быть круглая,  а должна быть вытянутая. Причем молекула должна быть дипольной. Так называются молекулы, у которых центры положительных и отрицательных зарядов не совпадают, то есть это частица как бы с двумя полюсами – положительным и отрицательным, – расположенными отдельно. Разноименные полюса дипольных молекул притягиваются друг к другу и, вследствие этого, такие частицы располагаются параллельно друг другу. Заметим, что длинные молекулы, как правило, оказываются дипольными.
Предположим, что положительные и отрицательные заряды в большинстве молекул данного вещества имеют общий центр (диполя нет), но у части  вследствие каких-то флуктуаций, он возник. Тогда, под действием дипольных молекул, заряды в недипольной  раздвинутся, и она станет тоже дипольной. В итоге дипольными станет большинство частиц.
Строго параллельное расположение всех молекул в жидкости не достигается, так как они движутся, участвуя в тепловом движении. Но, все же, расположение молекул не хаотическое, а в основном ориентированное. Но и не такое четкое как, например, у графена.

Электрическое поле световой волны всегда перпендикулярно направлению ее распространения, то есть это волна поперечная. Очевидно, что на дипольные молекулы по-разному воздействуют переменные электрические поля в зависимости от того, приложены ли они вдоль или поперек. Значит, свет одного направления сильнее раскачивает заряды в молекуле, чем свет другого направления. При колебании ее зарядов молекула излучает новые, вторичные электромагнитные волны. Сложение первичной волны и вторичных волн определяет результирующую световую картину. Поэтому все оптические свойства таких жидкостей зависят от направления падения света. У них можно выделить оптическую ось – направление, вдоль которого оптические эффекты наиболее сильно выражены (это вообще одно из характерных свойств кристаллов).

Жидкости с удлиненными молекулами, строение которых упорядочено, поскольку частицы длинными сторонами расположены параллельно друг другу многослойно называются нематиками. Есть и другие жидкие кристаллы, они называются холестерики (используется элемент холестерин), у которых, как и у нематиков, удлиненные молекулы, но, кроме того, на одном конце её есть спирально закрученный отросток. При таком хвостике наиболее плотная укладка одного слоя молекул на другом обеспечивается, если молекулы другого слоя несколько повернуты относительно  первого слоя. Если слоев много, то они образуют винтовую структуру. Взаимодействие света с такими винтовыми структурами жидкокристаллического состояния вещества из холестериков используется для создания цветных экранов.