«Выращивание жидких кристаллов в домашних условиях»

Секция «Техническое творчество, физика, робототехника»

Проектная работа на тему:

«Выращивание жидких кристаллов в домашних условиях»

Выполнили:

Ученицы 7 класса

МБОУ г. Астрахани «Гимназия №1»

Петрова А. С., Тутаринова А. А.,

Тарасова В. Д.

Научный руководитель:

Учитель физики МБОУ г. Астрахани «Гимназия №1»

Ракин Григорий Валерьевич

Астрахань 2016 г.

Оглавление

Введение3

Глава 1. Основные свойства жидких кристаллов и история их открытия4

1.1 Основные свойства жидких кристаллов 4

1.2. История открытия жидких кристаллов5

1.3. Обоснование использования жидких кристаллов5

Глава 2. Выращивание жидких кристаллов в домашних условиях6

Заключение8

Список литературы9

Введение

Выращивание кристаллов действительно увлекательное занятие и, пожалуй, самое простое, доступное и недорогое для большинства начинающих физиков, максимально безопасное с точки зрения техники безопасности, что немаловажно для тех, кто проводит эксперименты дома. Тщательная подготовка и выполнение оттачивают навыки в умении аккуратно обращаться с веществами и правильно организовывать план своей работы. А также неотъемлемой частью нашей жизни стали приборы на основе жидких кристаллов, но их изготовление является технологически сложным процессом и требует больших финансовых затрат. Мы же хотим найти метод получения жидких кристаллов без существенных финансовых затрат. Поэтому наша тема актуальна.

Цель исследования: выращивание жидких кристаллов в домашних условиях.

Задачи исследования:

1. Изучить источники по данной тематике.

2. Провести эксперимент по созданию жидких кристаллов.

3. Сделать выводы по результатам эксперимента.

Гипотеза: жидкие кристаллы можно вырастить дома без каких-либо специальных приборов из подручных ингредиентов

Объект исследования: жидкие кристаллы.

Предмет исследование: возможность выращивания жидких кристаллов в домашних условиях.

Методы исследования:

- изучение и анализ литературы;

- проведение эксперимента;

- анализ полученных данных.

        Характеристика личного вклада авторов работы в решение данной проблемы состоит в выборе необходимых ингредиентов для выращивания жидких кристаллов.

ГЛАВА 1. ОСНОВНЫЕ СВОЙСТВА ЖИДКИХ КРИСТАЛЛОВ И ИСТОРИЯ ИХ ОТКРЫТИЯ.

1.1 Основные свойства жидких кристаллов

Все окружающие нас тела в основном находятся в твёрдом состоянии. Твердые тела делятся на два вида – кристаллы и аморфные тела. Кристаллы – это твёрдые тела, атомы и молекулы и которых занимают определенное упорядоченные положения в пространстве. У аморфные тел строго порядка в расположении атомов нет. Но есть тела соединяющие в себе свойства и тех и других.

Жидкий кристалл – это специфическое агрегатное со стояние вещества, в котором оно проявляет одновременно свойства кристалла и жидкости. Сразу надо оговориться, что далеко не все вещества могут находиться в жидкокристаллическом состоянии. Большинство веществ может находиться только в трех, всем хорошо известных агрегатных состояниях: твердом или кристаллическом, жидком и газообразном.

Оказывается, некоторые органические вещества, обладающие сложными молекулами, кроме трех названных состояний, могут образовывать четвертое агрегатное состояние — жидкокристаллическое. Это состояние осуществляется при плавлении кристаллов некоторых веществ. При их плавлении образуется жидкокристаллическая фаза, отличающаяся от обычных жидкостей. Эта фаза существует в интервале от температуры плавления кристалла до некоторой более высокой температуры, при нагреве до которой жидкий кристалл переходит в обычную жидкость.

Чем же жидкий кристалл отличается от жидкости и обычного кристалла и чем похож на них? Подобно обычной жидкости, жидкий кристалл обладает текучестью и принимает форму сосуда, в который он помещен. Этим он отличается от известных всем кристаллов. Однако, несмотря на это свойство, объединяющее его с жидкостью, он обладает свойством, характерным для кристаллов. Это - упорядочение в пространстве молекул, образующих кристалл. Правда, это упорядочение не такое полное, как в обычных кристаллах, но, тем не менее, оно существенно влияет на свойства жидких кристаллов, чем и отличает их от обычных жидкостей. Неполное пространственное упорядочение молекул, образующих жидкий кристалл, проявляется в том, что в жидких кристаллах нет полного порядка в пространственном расположении молекул, хотя частичный порядок может быть. Это означает, что у них нет жесткой кристаллической решетки. Поэтому жидкие кристаллы, подобно обычным жидкостям, обладают свойством текучести.

Поведение жидких кристаллов не всегда удается описать с помощью привычных методов и понятий. Но именно в этом и заключена их привлекательность для исследователей, стремящихся познать еще неизведанное.

1.2. История открытия жидких кристаллов

Жидкие кристаллы открыл в 1888 году австрийский ботаник Ф. Рейнитцер. Он обратил внимание, что у кристаллов холестерилбензоата и холестерилацетата было две точки плавления и, соответственно, два разных жидких состояния — мутное и прозрачное. Однако учёные не обратили особого внимания на необычные свойства этих жидкостей. Долгое время физики и химики в принципе не признавали жидких кристаллов, потому что их существование разрушало теорию о трёх состояниях вещества: твёрдом, жидком и газообразном.  

В 1963 г. американец Дж. Фергюсон использовал важнейшее свойство жидких кристаллов — изменять цвет под воздействием температуры — для обнаружения невидимых простым глазом тепловых полей. Также было установлено, что если на какие то участки кристалла подать напряжение, то  С этого момента и начинается история обширного применения жидких кристаллов.

1.3. Обоснование использования жидких кристаллов

В наше время наука стала производительной силой, и поэтому, как правило, повышенный научный интерес к тому или иному явлению или объекту означает, что это явление или объект представляет интерес для материального производства.         В этом отношении не являются исключением и жидкие кристаллы.

Мы стали всё чаще встречаться с термином «жидкие кристаллы». 
Мы общаемся с ними, и они играют немаловажную роль в нашей жизни Интерес к ним, прежде всего, обусловлен возможностями их эффективного применения в ряде отраслей производственной деятельности. 
Внедрение жидких кристаллов означает экономическую эффективность, простоту, удобство. Многие современные приборы и устройства работают на них. К таким относятся часы, термометры, дисплеи, мониторы и прочие устройства.

Мир жидких кристаллов бесконечно велик и охватывает широчайший круг природных и синтетических объектов, привлекая внимание не только ученых — физиков, химиков и биологов, но и исследователей-практиков, работающих в самых разнообразных отраслях современной техники (электронике, оптоэлектронике, информатике, голографии и т. п.). Однако процесс создания жидких кристаллов требует больших материальных затрат. Поиск новых способов получение жидких кристаллов снизит затраты на их получение и откроет новые возможности для их применения.

ГЛАВА 2. ВЫРАЩИВАНИЕ ЖИДКИХ КРИСТАЛЛОВ В ДОМАШНИХ УСЛОВИЯХ

Жидкие кристаллы в своём роде – это всё же органические вещества, поэтому в них происходят различные окислительные процессы, они стареют, что влияет на их качество. Решить эту проблему возможно, если поместить каждую частицу жидкого кристалла в отдельную «капсулу». Для этих целей мы решили использовать пищевой желатин в виду его дешевизны и доступности. Но недостатком такого метода решения является то, что желатин сам подвержен окислительным процессам.

Итак,  для того, чтобы вырастить жидкий кристалл в домашних условиях мы решили воспользоваться подручными предметами, которые есть дома у каждого. Вот перечень необходимых для этого приборов и материалов:

• желатин;
• воду;
• емкость;
• ножницы;
• пакет;
• воронку;
• кружку;
• краситель

В качестве красителя мы решили использовать два варианта:

1. Перманганат калия (марганцовка) и раствор бриллиантового зелёного (зелёнка).

2. Люминесцирующая краска

Сам процесс выращивания жидких кристаллов будет состоять из нескольких шагов:

Шаг 1. Замочим два листа желатина и дадим ему настояться. Дав ему постоять, добавим пять столовых ложек воды, и отправим все вместе в емкости на медленный огонь. Помешивая ложкой, доведём желатиновую массу до однородной консистенции.

Рисунок 1. Процесс приготовления желатина

Шаг 2. Мы приготовили форму для отливки кристаллов. Мы взяли прямоугольный пакет и, поставив воронку в большую кружку, опустили в воронку сам пакет.

Шаг 3. Слегка остывшую желатиновую массу перелейте в пакет и добавим красители.

а)                                   б)

Рисунок 2. Процесс заливки в форму желатина и красителя

а) раствор бриллиантового зелёного, б)люминесцирующая краска

        Шаг 4. Заготовки для кристаллов отправим в холодильник до полного их застывания.

        Шаг 5. После того как пройдёт несколько часов наш жидкий кристалл будет готов, и мы можем посмотреть, что получилось.

а)                             б)

Рисунок 2. Жидкие кристаллы, полученные на основе

а) раствора бриллиантового зелёного, б) люминесцирующей краски

        Как можно увидеть из опыта жидкие кристаллы, изготовленные на основе перманганата калия, а также раствора зелёного бриллиантового имеют более чёткое очертание и более чёткую геометрическую форму. Это объясняется особенностью химического состава зелёнки. В то время как кристаллы, изготовленные на основе люминесцирующей краски имеют способность светиться в темноте.

Заключение

Мир жидких кристаллов бесконечно велик и охватывает широчайший круг природных и синтетических объектов. Они вызывают интерес у учёных во многих областях знаний: физиков, химиков и биологов, а также исследователей-практиков, работающих в самых разнообразных отраслях современной техники (электронике, оптоэлектронике, информатике, голографии и т. п.).

В нашей работе мы показали, что создание жидких кристаллов в реальных условиях – это вполне реально. Причём необходимые инструменты и ингредиенты есть дома у каждого.

Конечно, ни те кристаллы, которые используют в промышленных целях, но мы надеемся, что в дальнейшем также легко можно будет создавать и их.

Список литературы

1. Г. Я. Мякишев, Б. Б. Суховцев, Н. Н. Сотский. Физика 10 класс. М.: Просвещение, 2014. 416 с.

2. А. С. Сонин. Введение в физику жидких кристаллов, М., 1983. 319 с.

3. Г. В. Оглоблин. Жидкие кристаллы. Лабораторный практикум. Учебное пособие. Комсомольск-на-Амуре: Изд-во АмГПУ, 2008, 30 с.

4. Сайт «Энциклопедия юного техника», статья «Жидкие кристаллы». Режим доступа: http://www.freshdesigner.ru/bookstehnik-072.htm

5. Сайт «Капля света. Блог о философии красоты», статья «Что такое жидкие кристаллы». Режим доступа: http://kaplyasveta.ru/o-prirode-veshhej/chto-takoe-zhidkie-kristally.html

6. Сайт «Наука и технологии России», статья «Жидкие кристаллы с твёрдым характером». Режим доступа: http://www.strf.ru/material.aspx?CatalogId=222&d_no=24774#.VwQCx2tatyk