Просветительская работа по физике: "Жидкие кристаллы"
просветительская работа по физике "Жидкие кристаллы"
Скачать:
| Вложение | Размер |
|---|---|
 doklad | 422.32 КБ |
Предварительный просмотр:
МБОУ СОШ №1 с УИОП
Просветительский проект по физике:
«Жидкие кристаллы»
Выполнил: Курьянов Александр Александрович
Ученик 9 «А» класса
Руководитель: Хвостова Наталья Валерьевна
Учитель физики
ВОРОНЕЖ
2021-2022 учебный год.
Содержание:
Введение………………………………………………………………….3
Что такое жидкие кристаллы…………………………………………4
История открытия жидких кристаллов……………………………..5
Применение жидких кристаллов……………………………………..6
Как увидеть жидкие кристаллы……………………...……………….8
Заключение………………………………………………………………9
Источники………………………………………………………………..9
Введение: Все чаще на страницах научных, а последнее время и научно-популярных журналов появляется термин «жидкие кристаллы» (в аббревиатуре ЖК) и статьи, посвященные жидким кристаллам. В повседневной жизни мы сталкиваемся с часами, термометрами на жидких кристаллах. Что же это за вещества с таким парадоксальным названием «жидкие кристаллы» и почему к ним проявляется столь значительный интерес? 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. Интерес к ним, прежде всего, обусловлен возможностями их эффективного применения в ряде отраслей производственной деятельности. Внедрение жидких кристаллов означает экономическую эффективность, простоту, удобство.
Цель проекта: Узнать что такое жидкие кристаллы, когда и как их открыли и почему к ним проявляют такой большой интерес
Задачи:
· Изучить литературу и интернет источники по данной теме
· Проанализировать литературу и интернет источники по данной теме
· Изучить применение ЖК в технике
· Сделать выводы
Предмет исследования: жидкие кристаллы
Что такое жидкие кристаллы?
Жидкие кристаллы - это фазовое состояние, в которое переходят некоторые вещества при определённых условиях (температура, давление, концентрация в растворе). Жидкие кристаллы обладают одновременно свойствами как жидкостей (текучесть), так и кристаллов (анизотропия – различие свойств данной среды в зависимости от направления внутри нее (например, показатель преломления, скорость звука или теплопроводность)). По структуре ЖК представляют собой вязкие жидкости, состоящие из молекул вытянутой или дискообразной формы, определённым образом упорядоченных во всём объёме этой жидкости.
Обязательным свойством жидких кристаллов, сближающим их с обычными кристаллами, является наличие порядка пространственной ориентации молекул. Такой порядок в ориентации может проявляться, например, в том, что все длинные оси молекул в жидкокристаллическом образце ориентированы одинаково. Эти молекулы должны обладать вытянутой формой. Кроме простейшего названного упорядочения осей молекул, в жидком кристалле может осуществляться более сложный ориентационный порядок молекул.
В зависимости от вида упорядочения осей молекул жидкие кристаллы разделяются на три разновидности: нематические, смектические и холестерические.
Смектики — наиболее упорядоченные 2-мерные кристаллы. Имеют слоистую структуру, в отличие от нематиков и холестериков. Наиболее обширный класс ЖК.
Нематики — оптически одноосные жидкие кристаллы, имеют дальний ориентационный порядок, свободны в перемещении. Такие ЖК подобны жидкостям.
Холестерики — жидкие кристаллы со спиральными молекулами, в них отсутствует центральная симметрия. Молекулы сверхчувствительны к любому изменению температуры и в зависимости от нее
История открытия жидких кристаллов
В 1888-м году австрийский ботаник Фридрих Рейнитцер выяснил, что у некоторых типов кристаллов имеется две точки плавления, из чего следует, что существует два различных жидких состояния, в одном из которых вещество прозрачное, а в другом – мутное.
И хотя в 1904-м году немецкий физик Отто Леман предоставил ряд научных доказательств в пользу жидких кристаллов в своей одноименной книге, все же 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.
Первое практическое применение жидких кристаллов произошло в 1936 году, когда компания Marconi Wireless Telegraph запатентовала свой электро-оптический световой клапан.
В 1963-м году американский изобретатель Джеймс Фергюсон нашел применение одному из свойств ЖК – изменение цвета в зависимости от температуры. Американец получил патент на изобретение, которое способно обнаруживать невидимые для глаз тепловые поля. С этого популярность жидких кристаллов начала расти.
В 1965 г. в США собралась Первая международная конференция, посвящённая жидким кристаллам. В 1968 г. американские учёные создали принципиально новые индикаторы для систем отображения информации. Принцип их действия основан на том, что молекулы жидких кристаллов, поворачиваясь в электрическом поле, по-разному отражают и пропускают свет. Под воздействием напряжения, которое подавали на проводники, впаянные в экран, на нём возникало изображение, состоящее из микроскопических точек. И всё же только после 1973 г., когда группа английских химиков под руководством Джорджа Грея получила жидкие кристаллы из относительно дешёвого и доступного сырья, эти вещества получили широкое распространение в разнообразных устройствах.
Применение жидких кристаллов
Жидкокристаллические дисплеи
Прежде всего следует отметить наиболее известное применения ЖК – жидкокристаллические дисплеи. В век гаджетов такие дисплеи присутствуют практически в любом электронном устройстве: телевизоры, мониторы компьютеров, цифровые фотоаппараты, навигаторы, калькуляторы, электронные книги, планшеты, телефоны, электронные часы, плееры и др. Такие дисплеи дают изображение весьма высокого качества, потребляя меньшее количество энергии по сравнению с телевизорами на электронно-лучевых трубках. .
Устройство ЖК-дисплеев достаточно сложное, однако в общем виде представляет собой набор стеклянных пластин, между которыми расположены жидкие кристаллы (ЖК-матрица), и множество источников света. Пиксель ЖК-матрицы включает в себя пару прозрачных электродов, которые позволяют менять ориентацию молекул жидкого кристалла, а также пару поляризационных фильтров, которые регулируют степень прозрачности и др.
Термография
Менее популярное, но более важное применение ЖК – это термография. Подбирая состав жидкокристаллического вещества, создают индикаторы для разных диапазонов температуры и для различных конструкций. Например, жидкие кристаллы в виде плёнки наносят на транзисторы, интегральные схемы и печатные платы электронных схем. Термография позволяет получить тепловое изображение объекта, в результате регистрации инфракрасного излучения – тепла. Инфракрасные приборы ночного зрения используются пожарными, в случае задымления помещения, с целью обнаружения пострадавших в пожаре. Также они нашли применение у служб безопасности и военных служб.
Тепловые изображения позволяют обнаруживать места перегрева, нарушения теплоизоляции, или другие аварийные участки при обслуживании линий электропередачи или строительстве.
Также термография используется при медицинской визуализации, в основном для наблюдения молочных желез. Это позволяет обнаруживать различные онкологические заболевания, вроде рака молочной железы. Жидкокристаллический индикатор на коже больного быстро диагностирует скрытое воспаление и даже опухоль.
Электронные индикаторы
Электронные индикаторы, создаваемые при помощи жидких кристаллов, реагируют на различные температуры, в результате чего могут проинформировать о сбоях и нарушениях в электронике. К примеру, ЖК в виде пленки наносят на печатные платы и интегральные схемы, а также – транзисторы. Неисправные сегменты электроники легко отличить при наличии такого индикатора.
Помимо этого, ЖК-индикаторы, расположенные на коже пациента, позволяют обнаруживать воспаления и опухоли у человека.
Индикаторы из жидких кристаллов используют и для обнаружения паров различных вредных химических соединений, а также обнаружения ультрафиолетового и гамма-излучения. С применением ЖК разрабатываются детекторы ультразвука и измерители давления.
Также жидкие кристаллы применяются в производстве «умного стекла», способного изменять коэффициент светопропускания.
Основным производителем жидких кристаллов является немецкая компания Mеrck. Она обеспечивает больше половины мирового спроса на составляющие ЖК-экранов
Как увидеть жидкие кристаллы
Если поднести зажигалку к незащищённому экрану телефона, то на нём образуется чёрное пятно. Такие же пятна могут возникнуть и при серьезном ударе дисплея о твёрдую поверхность. Они появляются из-за расслоения матрицы вследствие механического воздействия, а если рассматривать подробнее, то внутренние жидкие кристаллы не распределены по своим местам в месте образования пятна. Жидкокристаллическое вещество начинает вытекать.
Заключение
В своей работе я познакомился с историей открытия и изучения жидких кристаллов, с развитием их технических применений. Тема «Жидкие кристаллы» актуальна, и если в неё вникнуть глубже, то она будет интересна каждому, даст ответы на многие вопросы, а самое главное – безграничное применение жидких кристаллов. В моей работе была рассказана лишь малая часть того, что известно о жидких кристаллах и их применении в настоящее время, но даже из этого можно сделать вывод, что изучение жидких кристаллов будет продолжаться, вследствие чего будут возникать различные технологии, которые будут полезны для человека.
Источники:
Чандрасекар С. Жидкие кристаллы. с. 7-18, 1980
П. де Жен "Физика жидких кристаллов" с. 5-14, 20-22, 26-30
https://xumuk.ru/encyklopedia/1540.html
https://spacegid.com/zhidkie-kristallyi.html
https://school-science.ru/5/11/34082
"Не жалею, не зову, не плачу…"
Голубая лягушка
Как зима кончилась
Если хочется пить...
Солнечная система. Взгляд со стороны