История открытия жидких кристаллов

Открыты жидкие кристаллы были ещё в XIX веке.

В 1888 г. австрийский ботаник Фридрих Рейнитцер (1857-1927) обнаружил у синтезированного им нового органического вещества – холестерилбензоата весьма необыкновенные свойства.

Во-первых, при плавлении этого вещества наблюдались две области окрашивания, причём первая – одноцветная, а вторая, возникающая при более низких температурах, - многоцветная, такая же, как у холестерилацетата.

Во-вторых, у холестерилбензоата было обнаружено ещё одно интересное свойство: это соединение имело как бы две точки плавления. При 1450 С кристаллы вещества плавились в опалесцирующую жидкость, которая под микроскопом казалась состоящей из звёздообразных агрегатов. При 1790 С эта мутная масса превращалась в прозрачный расплав. Если расплав охлаждался, то при 1790 С он приобретал голубоватую окраску, которая быстро исчезала, и жидкая масса становилась опалесцирующей. Около 1450 С окраска появлялась вновь и тот час же вещество кристаллизировалось.

Итак, Рейнитцер впервые обнаружил, что при плавлении холестерилбензоата между твёрдой фазой и обычным расплавом возникает некая новая мутная фаза, окраска которой зависит от температуры и исчезает при переходе в обычный расплав, но иногда сохраняется в твёрдой фазе при быстром её переохлаждении.

Дальнейшим исследованием препаратов Рейнитцера занялся немецкий учёный-экспериментатор Отто Леман (1855-1922). В это время он занимался исследованием роста и растворения кристаллов с помощью поляризационного микроскопа. Он первым стал изучать поведение кристаллов и их расплавов в электрических полях. Леман создал не только отличные приборы для кристаллооптических исследований, но и разработал методику работы с ними при изучении плавления, кристаллизации, фазовых превращений полиморфизма и изоморфизма. Довольно быстро он нашёл у холестерилацетата и холестерилбнзоата по три твёрдых кристаллических модификации – физических изомера. Результаты исследований дали ему основание считать, что две точки плавления – это всего-навсего точки превращения различных модификаций друг в друга. Оказалось, что порядок расположения атомов, характерный для кристаллов, может быть не полным и что вообще может быть несколько разных видов порядка (один – в ориентации молекул, другой – в расположении их центров масс и т.д.).

Леман впервые высказал мысль, что расплав холетерилбензоата имеет все оптические свойства кристаллического вещества. Наблюдения и исследования Лемана легли в основу физики жидких кристаллов. “Для физиков всегда представляет огромный интерес тот факт, - писал Леман, - что существуют кристаллы, мягкость которых такова, что позволяет назвать их жидкими”.

Однако многие физики восприняли открытие жидких кристаллов с недоверием. Началась длительная и трудная борьба за их признание.

В 1904 г. Леман издаёт книгу “ Жидкие кристаллы ”, где в полном виде были собраны все экспериментальные доказательства реальности жидких кристаллов. Сторонников Лемана после этого прибавилось.

Немецкий физик Рудольф Шенк (1870-1965) заключает: “Исследования показывают, что жидкие кристаллы не только по своим оптическим, но и по своим другим свойствам совершенно аналогичны обычным кристаллам”.

Активным сторонником теории жидких кристаллов стал немецкий учёный Даниэль Форлендер (1867-1941). Он со своими учениками изготовил несколько сотен новых жидких кристаллов.

Количество жидких кристаллов постоянно возрастало. Когда появились их десятки и сотни, стал вопрос о разнообразии их строения.

Французский учёный Жорж Фридель (1865-1933) предложил первую классификацию жидких кристаллов, а также предложил заменить термин “жидкие кристаллы” другим термином – “мезоморфные” вещества.

Значительный вклад в науку о жидких кристаллах внёс русский учёный В. К. Фредерикс (1885-1943). Фредерикс и его школа проделали огромное число экспериментов с жидкими кристаллами, доказали ошибочность теории роев. Фредерикс впервые обратил внимание на оптический эффект нематика. Как и в кристалле, в нематике есть оптическая ось. Но, в отличие от твердого кристалла, в жидком кристалле этой осью легко управлять с помощью самых разных воздействий, в том числе и электрическими полями.

Эффект изменения направления оси в нематике под действием поля называется сейчас эффектом Фредерикса.

Ученики Фредерикса обращают внимание на главный факт существования у жидких кристаллов упругих деформаций, поняв который, можно будет судить о природе сил, удерживающих молекулы в жидком кристалле.

С 70-х годов XX в. начинается бурное развитие работ по применению жидких кристаллов в электронике, оптике, приборостроении и широкое исследование физики и химии этих веществ. В США организуется Институт жидких кристаллов. Издается специальный международный журнал, созываются международные конференции по жидким кристаллам и их применению. Нет сомнения в том, что в недалеком будущем жидкие кристаллы приведут к впечатляющим открытиям во многих областях знаний.