Жидкокристаллическое состояние вещества. Обычно в молекулярных кристаллах упорядоченно как положение, так и ориентация молекул.
Однако у некоторых из них в определённом для каждого температурном интервале существуют фазы с меньшей упорядоченностью. Например, может остаться упорядоченной ориентация молекул, но отсутствовать корреляция их положений. В этом случае исчезает препятствие к взаимному перемещению молекул, т. е. исчезает прочность и модуль сдвига, однако сохраняется анизотропия. Механические свойства и свойства симметрии этих фаз промежуточные между свойствами жидкости и кристалла.
По этой причине они часто называются жидкими кристаллами [5]. Более подходящее название – мезоморфные фазы, или мезофазы. В простейшем случае в жидкокристаллическом состоянии вещество находится в определённом температурном интервале Т1 – Т2; при температуре Т1 твёрдый кристалл плавится в жидкий кристалл, при Т2 / точка просветления / жидкий кристалл переходит в обычную изотропную жидкость.
Внешние признаки жидких кристаллов – высокая пластичность, доходящая до текучести; весьма часто связанное с нею отсутствие прямолинейных угловых ограничений; способность образовывать капли, форма которых отличается от формы капель обычной жидкости. Вместе с тем эти вещества обладают свойствами, характерными для твёрдых тел, поскольку обнаруживают спонтанную оптическую анизотропию, независимую от состояния течения или покоя, колоссальную оптическую активность, двулучепреломление, фотоупругие и пьезоэлектрические свойства, электрическую и магнитную анизотропию.
Жидкие кристаллы можно разделить на две группы: термотропные жидкие кристаллы, образующиеся в результате нагревания твёрдого вещества и существующие в определённом интервале температур и давлений, и лиотропные. К изучению лиотропных систем, для которых переход в мезофазу легче всего вызывается изменением не температуры, а концентрации молекул, привлечено внимание большого числа исследователей. Однако проведение таких работ сопряжено со значительными трудностями при интерпретации экспериментальных данных и установлении общих закономерностей, присущих лиотропным жидким кристаллам.
Значительно более однозначная ситуация реализуется в случае термотропных жидких кристаллов. При этом термодинамически устойчивое анизотропное состояние отделено от твёрдой и аморфно-жидкой фаз соответствующими фазовыми переходами с выделением (или поглощением) скрытой теплоты плавления. Поэтому термотропные жидкие кристаллы являются наиболее удобными для нахождения общих закономерностей, характеризующих поведение анизотропных жидкостей и их смесей в обычных условиях и во внешних полях.
Большинство известных термотропных фаз образовано органическими соединениями, молекулы которых имеют вытянутую форму, например ароматическими соединениями, содержащими два и больше число бензольных колец, производными холестерина и т.п. Термотропные жидкие кристаллы также встречаются среди соединений, состоящих из молекул с дискообразной формой.
По признаку общей симметрии жидкие кристаллы можно разделить на три категории: смектические, нематические и холестерические. Для смектических жидких кристаллов ( СЖК ) характерен ориентационный и ближний одномерный трансляционный порядок. В большинстве случаев молекулы смектической фазы расположены в виде слоёв, и в зависимости от порядка в пределах слоёв различают СЖК со структуированными и неструктуированными слоями. Нематические жидкие кристаллы ( НЖК ) характеризуются дальним ориентационным порядком в одном предпочтительном направлении L ( директор ) и полной свободой перемещения центров масс молекул вокруг длинных осей. Таким образом НЖК ведут себя как оптические одноосные системы с оптической осью, параллельной L, причём, как правило, ориентация обоих концов молекулы равновероятна.
Холестерические жидкие кристаллы ( ХЖК ) имеют тот же порядок в расположении молекул, что и нематические, но предпочтительная ориентация не постоянная в пространстве, а изменяется в среде от слоя к слою с расстоянием вдоль оси, перпендикулярной плоскости, содержащей молекулы с предпочтительной ориентацией L, регулярным образом.
Степень закручивания характеризуется шагом спирали Р, отвечающим повороту молекулы на 2П. Шаг спирали Р велик по сравнению с размерами молекулы. ХЖК являются по сути “хиральными” НЖК, т.е. лишены центра симметрии и всегда оптически активны. При нагревании или при охлаждении вещества, молекулы которого имеют право- левую симметрию, фазовые переходы от твёрдых кристаллов к изотропной жидкости происходят обычно по схеме: ТК СЖК НЖК ИЖ ( ТК – твёрдый кристалл, ИЖ – изотропная жидкость ) При этом температуры переходов являются воспроизводимыми и легко обратимыми. В веществах, молекулы которого оптически активны, фазовые переходы осуществляются по схеме: ТК СЖК ХЖК ИЖ §2