Materiały quasikrystaliczne
Materaiały quasikrystaliczne

Do tej grupy materiałów zaliczane są:
polimery;
ciekłe kryształy;
ciała stałe superjonowe np. NaAl11O17.

Poniżej zostały omówione jedynie materiały ciekłokrystaliczne.

Ciekłe kryształy
Ciekły kryształ to faza pośrednia (mezofaza, faza mezomorficzna) łącząca cechy fazy ciekłej i krystalicznej fazy stałej. Od zwykłej cieczy różni się występowaniem uporządkowania dalekiego zasięgu (innego jednak niż w kryształach) i wynikającą stąd anizotropią właściwości. Przejście ciekłego kryształu w fazę krystaliczną, a także w zwykłą fazę ciekłą (i odwrotnie) zachodzi w określonej, stałej temperaturze. Ciekłe kryształy mogą tworzyć substancje o wydłużonych sztywnych cząsteczkach zawierających płaskie elementy (np. pierścień benzenowy). Wskutek wzajemnego oddziaływania cząsteczki ustawiają się tak, że ich dłuższe osie są do siebie równoległe (uporządkowanie orientacyjne). Ciekłe kryształy można podzielić na termotropowe (powstające w wyniku ogrzewania pewnych substancji w stanie krystalicznym lub ochładzania tych substancji w stanie ciekłym) i liotropowe (powstające wskutek rozpuszczania niektórych substancji w określonym rozpuszczalniku).


Podział ciekłych kryształów.


W zależności od sposobu uporządkowania cząsteczek rozróżnia się następujące fazy ciekłokrystaliczne:
fazę nematyczną, w której cząsteczki są ułożone równolegle do siebie (osie cząsteczek leżą wzdłuż jednego kierunku);
fazę smektyczną, w której cząsteczki są równoległe do siebie, a ponadto są ułożone w warstwy w taki sposób, że osie cząsteczek są prostop. do płaszczyzn tych warstw lub nachylone do nich pod określonym kątem;
fazę cholesterolową, w której cząsteczki są ułożone warstwami w taki sposób, że osie cząsteczek wewnątrz jednej warstwy są do siebie równoległe, a względem cząsteczek sąsiednich warstw są skręcone o pewien kąt.


















Faza neumatyczna.





Faza smektyczna.






















Obraz mikroskopowy neumatyka.





Obraz mikroskopowy smektyka.






Liczne zastosowania ciekłych kryształów są głównie związane z ich właściwościami optycznymi (wykazują m.in. aktywność optyczną, dwójłomność, selektywne odbicie i załamanie fal). Właściwości te są b. wrażliwe na nawet niewielkie zmiany parametrów zewn. (pól elektr. i magnet. czy temperatury). Na przykład zjawisko zmiany długości fali światła odbitego od cienkiej warstwy ciekłego kryształu (zmiana barwy tej warstwy) pod wpływem zmian temperatury znalazło zastosowanie w diagnostyce lekarskiej i przetwornikach obrazu. Zjawisko zmiany kierunku polaryzacji światła przechodzącego przez ciekły kryształ (zmiana natężenia i barwy światła) pod wpływem zmian pola elektr. jest wykorzystywane w kalkulatorach i zegarkach (wskaźniki z ciekłych kryształów), a także w komputerach i telewizorach (ekrany wizyjne z ciekłych kryształów, tzw. LCD). Znaczna część składników organizmów żywych ma strukturę ciekłokrystaliczną (elementy błon biologicznych, wodne roztwory makromolekuł czy wirusów), dlatego badania nad ciekłymi kryształami mają duże znaczenie dla rozwoju niektórych dziedzin medycyny (m.in. wykorzystuje się je do testowania leków i w badaniach nad chorobami nowotworowymi).



Przykładowe dziedziny zastosowań ciekłych kryształów.


















Deski rozdzielcze w samochodach.





Tablice ogłoszeniowe np. kolejowe.







Zastosowanie ciekłych kryształów - monitory ciekłokrystaliczne.


Prezentacja graficzna

Podział ciekłych kryształów
Anizotropowe kształty cząsteczek termotropowych ciekłych kryształów
Faza neumatyczna
Faza smektyczna
Modele przemian fazowych cząsteczek prętopodobnych
Cząsteczki liotropowych ciekłych kryształow tworzące podłużne lamele pod wpływem rozpuszczalnika
Cząsteczki liotropowych ciekłych kryształow tworzące sferyczne micele pod wpływem rozpuszczalnika
Modele czaszowe cząsteczek ciekłokrystalicznych narysowane przy pomocy programu Hyper Chem (skomplikowane nazwy związków zostały zastąpione skrótami pochodzącymi od angielskich nazw tych związków)
Obraz mikroskopowy neumatyka
Obraz mikroskopowy smektyka
Ciecz izotropowa umieszczona między skrzyżowanymi polaryzatorami dająca obraz czarny
Neumatyk skręcony - skręcenie płaszczyzny polaryzacji światła
Model wyśietlacza ciekłokrystalicznego opartego na efekcie skręconego neumatyka przy włącząnym napięciu
Otrzymywanie struktury skręconego neumatyka za pomocą płytek szklanych pokrytych cienką warstwą polimera
Zastosowanie ciekłych kryształów - monitory ciekłokrystaliczne
Zastosowanie ciekłych kryształów - monitory ścienne
Zastosowanie ciekłych kryształów - tablice kolejowe
Zastosowanie ciekłych kryształów w motoryzacji - deski rozdzielcze
Inne zastosowania ciekłych kryształów



Literatura:
Adamczyk A., Strugalski Z. Ciekłe kryształy, WNT, 1976.
Kłosowicz St., Boryo W., Żmija J., Cholsferyczne ciekłe kryształy, WNT, 1989.
Mięsowicz M., Pięćdziesiąt lat polskich badań nad ciekłymi kryształami, Postępy Fizyki, 1975.
Wokulski Z., Materiały do wykładu z Materiałoznawstwa i metod badania materiałów, 1998.
Ważyńska B., Ciekłe kryształy - wykład otwarty, Politechnika Warszawska, 2000.