ЖИ́ДКИЕ КРИСТА́ЛЛЫ

ЖИ́ДКИЕ КРИСТА́ЛЛЫ (ме­зо­фа­зы, ме­зо­морф­ное со­стоя­ние ве­ще­ст­ва, ани­зо­троп­ная жид­кость), ве­ще­ст­ва в со­стоя­нии, про­ме­жу­точ­ном ме­ж­ду твёр­дым кри­стал­ли­че­ским и изо­троп­ным жид­ким. Ж. к., со­хра­няя осн. чер­ты жид­ко­сти (напр., те­ку­честь), об­ла­да­ют ха­рак­тер­ной осо­бен­но­стью твёр­дых кри­стал­лов – ани­зо­тро­пи­ей свойств.

Общие сведения

Ж. к. бы­ли от­кры­ты австр. бо­та­ни­ком Ф. Рей­нит­це­ром (1888) и нем. фи­зи­ком О. Ле­ма­ном (1889), но ос­та­ва­лись ма­ло­изу­чен­ны­ми, по­ка не поя­ви­лась пер­спек­ти­ва их при­ме­не­ния в тех­ни­ке. Ж. к. со­сто­ят из мо­ле­кул уд­ли­нён­ной или дис­ко­об­раз­ной фор­мы, взаи­мо­дей­ст­вие ме­ж­ду ко­то­ры­ми стре­мит­ся вы­стро­ить их в оп­ре­де­лён­ном по­ряд­ке (см. Меж­мо­ле­ку­ляр­ное взаи­мо­дей­ст­вие). При вы­со­ких темп-pax те­п­ло­вое дви­же­ние пре­пят­ст­ву­ет это­му и ве­ще­ст­во пред­став­ля­ет со­бой обыч­ную жид­кость. При темп-pax ни­же кри­ти­че­ской в жид­ко­сти по­яв­ля­ет­ся вы­де­лен­ное на­прав­ле­ние, вдоль ко­то­ро­го пре­им. ори­ен­ти­ро­ва­ны длин­ные или ко­рот­кие оси мо­ле­кул. В слу­чае дву­ос­ных Ж. к. упо­ря­до­че­ны ори­ен­та­ции как длин­ных, так и ко­рот­ких осей мо­ле­кул.

Ж. к. де­лят­ся на тер­мо­троп­ные и лио­троп­ные. Тер­мо­троп­ные Ж. к. об­ра­зу­ют­ся при на­гре­ва­нии твёр­дых кри­стал­лов или ох­ла­ж­де­нии изо­троп­ной жид­ко­сти и су­ще­ст­ву­ют в оп­ре­де­лён­ном тем­пе­ра­тур­ном ин­тер­ва­ле. Лио­троп­ные Ж. к. об­ра­зу­ют­ся при рас­тво­ре­нии твёр­дых ор­га­нич. ве­ществ в разл. рас­тво­ри­те­лях, напр. в во­де. И те и дру­гие обыч­но име­ют неск. мо­ди­фи­ка­ций – жид­кок­ри­стал­лич. фаз. Тем­пе­ра­тур­ный ин­тер­вал их су­ще­ст­во­ва­ния за­ви­сит от при­ро­ды ве­ще­ст­ва и мо­жет ле­жать как в об­лас­ти низ­ких (до –60 °C), так и вы­со­ких (до 400 °C) температуp.

Из­вест­но неск. ты­сяч ор­га­нич. со­еди­не­ний, об­ра­зую­щих Ж. к. Мо­ле­ку­лы ти­пич­ных тер­мо­троп­ных Ж. к. N-(4-ме­ток­си­бен­зи­ли­ден)-4-бу­ти­ла­ни­лин (MBBA) и 4-пен­тил-4′ -циа­но­би­фе­нил (5CB) (табл.) по фор­ме по­хо­жи на стерж­ни. На­ли­чие двух или трёх бен­золь­ных ко­лец в мо­ле­ку­ле ти­пич­но для Ж. к. Вме­сто бен­золь­ных ко­лец в мо­ле­ку­лах Ж. к. встре­ча­ют­ся цик­ло­гек­са­но­вые, би­цик­ло­ок­та­но­вые и ге­те­ро­цик­лич. фраг­мен­ты, а так­же про­из­вод­ные хо­ле­сте­ри­на (напр., хо­ле­сте­рил­ми­ри­стат). Стерж­не­об­раз­ные мо­ле­ку­лы об­ра­зу­ют струк­ту­ры, по­ка­зан­ные на рис. 1 и 2. При­мер дис­ко­об­раз­ной мо­ле­ку­лы – за­ме­щён­ный три­фе­ни­лен. Та­кие мо­ле­ку­лы об­ра­зу­ют фа­зы, по­ка­зан­ные на рис. 3.

Некоторые соединения, образующие жидкокристаллические фазы
Соединения	Тип жидких кристаллов и температуры фазовых переходов в °C (цифры над стрелками)
$\ce{N}$-(4-Метоксибензилидет)-4-бутиланилин	$\ce{Cr \overset{21}\rightarrow N \overset{47}\rightarrow I}$
4-Пентил-4'-цианобифенил	$\ce{Cr \overset{22}\rightarrow N \overset{35}\rightarrow I}$
Холестерилмиристат	$\ce{Cr \overset{71}\rightarrow S \overset{79}\rightarrow Ch \overset{85}\rightarrow I}$
Замещенный трифенилен	$\ce{Cr \overset{80}\rightarrow D \overset{122}\rightarrow I}$
При­ме­ча­ние. $\ce{Cr}$ – твёр­дое кри­стал­ли­чес­кое со­стоя­ние, $\ce{N}$ – не­ма­ти­чес­кая фа­за, $\ce{S}$ – смек­ти­чес­кая фа­за, $\ce{Ch}$ – хо­ле­сте­ри­чес­кая фа­за, $\ce{D}$ – ди­ско­ти­чес­кая фа­за, $\ce{I}$ – изо­троп­ная жид­кость.

 

Рис. 1. Структура нематической (а), смектической А (б) и смектической С (в) фаз.

К лио­троп­ным Ж. к. от­но­сят­ся вод­ные рас­тво­ры не­ко­то­рых кра­си­те­лей, а так­же сис­те­мы мы­ло – во­да, пред­став­ляю­щие со­бой рас­тво­ры т. н. ам­фи­филь­ных со­еди­не­ний. Мо­ле­ку­лы по­след­них со­сто­ят из двух час­тей – по­ляр­ной го­лов­ки, рас­тво­ри­мой в во­де, и не­рас­тво­ри­мой уг­ле­во­до­род­ной це­поч­ки. Та­кая из­би­ра­тель­ность при­во­дит к воз­ник­но­ве­нию ла­мел­ляр­ных (слои­стых) фаз в вод­ных рас­тво­рах, в ко­то­рых по­ляр­ные го­лов­ки мо­ле­кул об­ра­ще­ны к вод­ным про­слой­кам, а уг­ле­во­до­род­ные це­поч­ки – друг к дру­гу, об­ра­зуя пло­ские би­слои, ци­лин­дри­че­ские или сфе­ри­че­ские струк­ту­ры.

Из­вест­ны так­же жид­кок­ри­стал­ли­че­ские по­ли­ме­ры, в ко­то­рых жид­кок­ри­стал­лич. струк­ту­ра об­ра­зу­ет­ся ли­бо стерж­не­об­раз­ны­ми фраг­мен­та­ми осн. це­пей мо­ле­кул (ли­ней­ные по­ли­ме­ры), ли­бо бо­ко­вы­ми це­пя­ми, при­сое­ди­нён­ны­ми к осн. це­пи гиб­ки­ми свя­зя­ми (греб­не­об­раз­ные по­ли­ме­ры).

Структура и классификация фаз

Для опи­са­ния даль­не­го ори­ен­та­ци­он­но­го по­ряд­ка мо­ле­ку­ляр­ных осей вво­дят еди­нич­ный век­тор $\boldsymbol L$, на­зы­вае­мый ди­рек­то­ром, ука­зы­ваю­щий на­прав­ле­ние, вдоль ко­то­ро­го в сред­нем ори­ен­ти­ро­ва­ны вы­де­лен­ные мо­ле­ку­ляр­ные оси. В из­вест­ных од­но­ос­ных Ж. к. ори­ен­та­ци­он­ный по­ря­док не яв­ля­ет­ся по­ляр­ным, т. е. в та­ких Ж. к. на­прав­ле­ния $\boldsymbol L$ и –$\boldsymbol L$ эк­вива­лент­ны. Од­но­ос­ные жид­кок­ри­стал­лич. струк­ту­ры (фа­зы) при­ня­то клас­си­фи­ци­ро­вать по ви­ду функ­ции плот­но­сти ве­ще­ст­ва $ρ(\boldsymbol r) \;(\boldsymbol r$– про­стран­ст­вен­ная ко­ор­ди­на­та) и их ло­каль­ной ори­ен­та­ции $\boldsymbol {L(r)}$.

Фа­за с $ρ = \text {const}$ и $\boldsymbol L=const$ на­зы­ва­ется не­ма­ти­че­ским Ж. к. Не­ма­ти­че­ские Ж. к., как и обыч­ная жид­кость, ха­рак­те­ри­зу­ют­ся хао­тич. рас­пре­де­ле­ни­ем цен­тров тя­же­сти мо­ле­кул (рис. 1, а). В по­ля­ри­за­ци­он­ный мик­ро­скоп вид­ны тон­кие ни­ти (от­сю­да назв., от греч. νημα – нить), ко­то­рые свя­за­ны с осо­бен­но­стя­ми в ори­ен­та­ции мо­ле­кул – ли­ния­ми, на­зы­вае­мы­ми дис­кли­на­ция­ми, на ко­то­рых на­прав­ле­ние $\boldsymbol L$ не оп­ре­де­ле­но.

Смек­ти­че­ские Ж. к. (от греч. σμῆγma – мы­ло) ха­рак­те­ри­зу­ют­ся $\boldsymbol L=\text {const}$, а плот­ность $ρ(\boldsymbol r)$ пе­рио­дич­на вдоль вы­де­лен­ной оси $z$. Смек­ти­че­ские Ж. к. име­ют боль­шое чис­ло мо­ди­фи­ка­ций (смек­тич. фаз, А, В, С, ...), раз­ли­чаю­щих­ся сим­мет­ри­ей и осо­бен­но­стя­ми кор­ре­ля­ци­он­ных функ­ций. В струк­ту­ре смек­тич. фа­зы А (рис. 1, б) плот­ность по­сто­ян­на в плос­ко­сти $xy$. Мо­ле­ку­лы рас­по­ло­же­ны слоя­ми, ко­то­рые мо­гут сколь­зить от­но­си­тель­но друг дру­га. Об­раз та­кой струк­ту­ры – «кри­стал­лич. стоп­ка жид­ких плос­ко­стей». Смек­тич. фа­за С (рис. 1, в) име­ет та­кую же слои­стую струк­ту­ру, что и фа­за А, од­на­ко пре­иму­щест­вен­ное на­прав­ле­ние длин­ных осей па­лоч­ко­об­раз­ных мо­ле­кул со­став­ля­ет не­ко­то­рый угол с нор­ма­лью к смек­тич. плос­ко­стям. Ес­ли мо­ле­ку­лы хи­раль­ны, то они по­во­ра­чи­ва­ют­ся от слоя к слою от­но­си­тель­но оси $z$, об­ра­зуя спи­раль­ную струк­ту­ру (хи­раль­ная фа­за С). Фа­за В, в от­ли­чие от фаз А и С, об­ла­да­ет гек­са­го­наль­ной упо­ря­до­чен­но­стью в плос­ко­сти $xy$.

Рис. 2. Структура холестерической фазы (h – шаг спирали).

Хо­ле­сте­ри­че­ские Ж. к. ха­рак­те­ри­зу­ют­ся $ρ(\boldsymbol r) = \text{const}$ и мак­ро­ско­пи­чес­ки мо­ду­ли­ро­ван­ной струк­ту­рой, при­чём кон­цы век­то­ров $\boldsymbol L$ об­ра­зу­ют в про­стран­ст­ве спи­раль (рис. 2).

Су­ще­ст­ву­ют лио­троп­ные и тер­мо­троп­ные Ж. к., имею­щие дву­мер­ные струк­ту­ры: у них твёр­дые ре­шёт­ки (гек­са­го­наль­ные и квад­рат­ные) со­став­ле­ны из жид­ких стол­би­ков, вдоль ко­то­рых цен­тры масс мо­ле­кул рас­по­ло­же­ны бес­по­ря­доч­но. Дву­мер­ной ре­шёт­кой об­ла­да­ют мно­гие Ж. к., со­стоя­щие из дис­ко­об­раз­ных мо­ле­кул (дис­ко­ти­че­ские Ж. к.) (рис. 3).

Фазовые превращения

Рис. 3. Нематическая (a) и колоночная (б) фазы, образованные дискообразными молекулами.

Фа­зо­вые пе­ре­хо­ды ме­ж­ду жид­кок­ри­стал­лич. мо­ди­фи­ка­ция­ми трак­ту­ют­ся как точ­ки из­ме­не­ния сим­мет­рии ве­ще­ст­ва и опи­сы­ва­ют­ся фе­но­ме­но­ло­гич. тео­ри­ей Лан­дау c со­ответcтвующими па­ра­мет­ра­ми по­ряд­ка. Напр., при пе­ре­хо­де 2-го ро­да смек­тич. фа­зы А (рис. 1, б) в фа­зу С (рис. 1, в) сте­пень ори­ен­та­ци­он­но­го по­ряд­ка и мо­ду­ля­ции плот­но­сти ве­ще­ст­ва при­бли­жён­но фик­си­ро­ва­ны, а но­вым па­ра­мет­ром по­ряд­ка слу­жит от­кло­не­ние ди­рек­то­ра $\boldsymbol L$ от оси $z$. В сис­те­ме хи­раль­ных мо­ле­кул тот же пе­ре­ход со­про­во­ж­да­ет­ся воз­ник­но­ве­ни­ем спон­тан­ной элек­трич. по­ля­ри­за­ции $\boldsymbol P$ из-за ут­ра­ты плос­ко­стей сим­мет­рии в хи­раль­ной фа­зе С. Век­тор $\boldsymbol P$ пер­пен­ди­ку­ля­рен оси $z$ и ди­рек­то­ру $\boldsymbol L$. В хи­раль­ной фа­зе С кон­цы век­то­ров $\boldsymbol {P(r)}$ и $\boldsymbol {L(r)}$ об­ра­зу­ют в про­стран­ст­ве спи­раль, и их на­прав­ле­ние мож­но пе­ре­клю­чать элек­трическим по­лем. По этой при­чи­не хи­раль­ная смек­ти­ческая фа­за С счи­та­ет­ся сег­не­то­элек­три­че­ской.

Анизотропия электрических и магнитных свойств жидких кристаллов

В со­от­вет­ст­вии с сим­мет­ри­ей Ж. к. все их ха­рак­те­ри­сти­ки – функ­ции па­ра­мет­ра ори­ен­та­ци­он­но­го по­ряд­ка, опи­сы­вае­мые тен­зо­ра­ми. Для од­но­ос­ных Ж. к. тен­зор ди­элек­трич. про­ни­цае­мо­сти име­ет вид: $$ε_{ik} = ε_⊥\delta_{ik}+ε_a( \boldsymbol{LL}_k),$$где $ε_a = ε_{||} – ε_⊥; ε_{||}, ε_⊥$ – зна­че­ния ди­элек­трич. про­ни­цае­мо­сти для на­прав­ле­ний, па­рал­лель­но­го и пер­пен­ди­ку­ляр­но­го $\boldsymbol L$; $δ_{ik}$ – сим­вол Кро­не­ке­ра. Ве­ли­чи­ны $ε_a \lt 0$ ха­рак­тер­ны для мо­ле­кул, об­ла­даю­щих ди­поль­ным мо­мен­том, на­прав­лен­ным пер­пен­ди­ку­ляр­но длин­ной оси мо­ле­ку­лы (напр., в MBBA), зна­че­ния $ε_a \gt 0$ – для мо­ле­кул с про­доль­ным рас­по­ло­же­ни­ем ди­поль­но­го мо­мен­та (напр., в 5CB). Знак и ве­ли­чи­на $ε_a$ (от –10 до +40) иг­ра­ют ре­шаю­щую роль в элек­тро­оп­тич. по­ве­де­нии не­ма­ти­че­ских Ж. к. Тен­зо­ры элек­тро­про­вод­но­сти и маг­нит­ной вос­при­им­чи­во­сти од­но­ос­ных Ж. к. име­ют ту же фор­му. Боль­шин­ст­во Ж. к. диа­маг­нит­ны.

Оптические свойства жидких кристаллов

Рез­кое от­ли­чие оп­тич. свойств од­но­ос­ных Ж. к. от свойств од­но­ос­ных твёр­дых кри­стал­лов про­яв­ля­ет­ся в об­лас­ти вы­со­ких ин­тен­сив­но­стей све­та, где для Ж. к. ха­рак­тер­на «ги­гант­ская» не­ли­ней­ность, вы­зван­ная мо­ле­ку­ляр­ной пе­ре­ори­ен­та­ци­ей в элек­трич. по­ле све­то­вой вол­ны (см. Не­ли­ней­ная оп­ти­ка). Особый ин­те­рес пред­став­ля­ют оп­тич. свой­ст­ва хо­ле­сте­ри­че­ских, а так­же хи­раль­ных смек­тич. фаз. Т. к. эти ве­ще­ст­ва име­ют спи­раль­ную струк­ту­ру с ша­гом спи­ра­ли от де­ся­тых до­лей мкм до бес­ко­неч­но­сти, ин­фра­крас­ное и ви­ди­мое из­лу­че­ния ди­фра­ги­ру­ют на ней, что при­во­дит к се­лек­тив­но­му от­ра­же­нию волн, рас­про­стра­няю­щих­ся вдоль оси спи­ра­ли. Вне об­лас­ти се­лек­тив­но­го от­ра­же­ния хо­ле­сте­рич. Ж. к. об­ла­да­ют силь­ной оп­тич. ак­тив­но­стью (до 100 по­во­ро­тов на 1 мм тол­щи­ны слоя).

Анизотропия упругости и вязкости жидких кристаллов

Не­од­но­род­ность по­ля ди­рек­то­ра $\boldsymbol {L(r)}$ оз­на­ча­ет ори­ен­та­цион­ную де­фор­ма­цию сре­ды. При этом вы­де­ля­ют три ти­па де­фор­ма­ций: по­пе­реч­ный и про­доль­ный из­ги­бы и за­кру­чи­ва­ние. Ка­ж­дая из них опи­сы­ва­ет­ся сво­им мо­ду­лем уп­ру­го­сти. Энер­гия ори­ен­та­ци­он­ных де­фор­ма­ций не­ма­ти­че­ских Ж. к. очень ма­ла. По­это­му флук­туа­ции ди­рек­то­ра име­ют зна­чит. ам­пли­ту­ду, что при­во­дит к силь­но­му рас­сея­нию све­та. Этим объ­яс­ня­ет­ся ха­рак­тер­ная мут­ность не­ма­ти­че­ских Ж. к. В смек­тич. фа­зах раз­ре­ше­ны толь­ко те ви­ды ори­ен­та­ци­он­ных де­фор­ма­ций, ко­то­рые не при­во­дят к раз­ру­ше­нию мо­ле­ку­ляр­ных сло­ёв.

Осо­бен­ность гид­ро­ди­на­мич. свойств Ж. к. – взаи­мо­дей­ст­вие ме­ж­ду те­че­ни­ем и век­то­ром ори­ен­та­ции, что при­во­дит к уве­ли­че­нию чис­ла ко­эф­фи­ци­ен­тов вяз­ко­сти. Без учё­та сжи­мае­мо­сти наи­бо­лее те­ку­чие не­ма­ти­че­ские Ж. к. мож­но опи­сать пя­тью ко­эф­фи­ци­ен­та­ми вяз­ко­сти (т. н. ко­эф­фи­ци­ен­ты Лес­ли).

Электрооптические свойства жидких кристаллов

Ани­зо­тро­пия элек­трич. и оп­тич. свойств на­ря­ду со свой­ст­вом те­ку­че­сти Ж. к. при­во­дит к мно­го­об­ра­зию элек­тро­оп­тич. эф­фек­тов. Наи­бо­лее важ­ны эф­фек­ты, не свя­зан­ные с про­те­ка­ни­ем элек­трич. то­ка и обу­слов­лен­ные чис­то ди­элек­трич. свой­ст­ва­ми сре­ды, об­ла­даю­щей ани­зо­тро­пи­ей $ε_a$. Во внеш­нем элек­трич. по­ле на­пря­жён­ностью $\boldsymbol E$ Ж. к. стре­мит­ся ори­ен­ти­ро­вать­ся так, что­бы на­прав­ле­ние, в ко­то­ром его ε мак­си­маль­на, сов­па­ло с на­прав­ле­ни­ем по­ля (пе­ре­ход, или эф­фект, Фре­де­рик­са). С пе­ре­ори­ен­та­ци­ей ди­рек­то­ра свя­за­но из­ме­не­ние на­прав­ле­ния оп­тич. оси, т. е. из­ме­не­ние прак­ти­че­ски всех оп­тич. свойств об­раз­ца (двой­но­го лу­че­пре­лом­ле­ния, по­гло­ще­ния све­та, вра­ще­ния плос­ко­сти по­ля­ри­за­ции и т. д.). Наи­боль­шее прак­тич. зна­че­ние име­ет т. н. твист-эф­фект, т. е. пе­ре­ход Фре­де­рик­са в не­ма­ти­че­ском Ж. к., по­ме­щён­ном ме­ж­ду дву­мя па­рал­лель­ны­ми стёк­ла­ми с про­зрач­ны­ми элек­тро­да­ми. Жид­кок­ри­стал­лич. струк­ту­ра пред­ва­ри­тель­но за­кру­чи­ва­ет­ся спец. об­ра­бот­кой элек­тро­дов. При от­сут­ст­вии по­ля ли­ней­но по­ля­ри­зо­ван­ный бе­лый свет про­хо­дит сквозь твист-струк­ту­ру с по­во­ро­том плос­ко­сти по­ля­ри­за­ции на угол $\pi/2$. При при­ло­жении на­пря­же­ния к элек­тро­дам ди­рек­тор пе­ре­ори­ен­ти­ру­ет­ся пер­пен­ди­ку­ляр­но стёк­лам ($ε_a > 0$) и ячей­ка те­ря­ет спо­соб­ность по­во­ра­чи­вать плос­кость по­ля­ри­за­ции све­та. На вы­хо­де ячей­ки по­сле ана­ли­за­то­ра на­блю­да­ют из­ме­не­ние оп­тич. про­пус­ка­ния. Разл. ва­ри­ан­ты это­го эф­фек­та при­ме­ня­ют­ся прак­ти­че­ски во всех дис­пле­ях.

Осо­бые ори­ен­та­ци­он­ные эф­фек­ты ха­рак­тер­ны для сег­не­то­элек­три­че­ских Ж. к. В этих ве­ще­ст­вах элек­трич. по­ле $\boldsymbol E$ мо­жет взаи­мо­дей­ст­во­вать со спон­тан­ной по­ля­ри­за­ци­ей $\boldsymbol P$. Пе­ре­ори­ен­та­ция $\boldsymbol P$ со­про­во­ж­да­ет­ся пе­ре­ори­ен­та­ци­ей оп­тич. оси, при­чём знак от­кло­не­ния $\boldsymbol L$ за­ви­сит от зна­ка по­ля (ли­ней­ный элек­тро­оп­тич. эф­фект). Ес­ли мо­ле­ку­лы об­ла­да­ют спец. фор­мой, то да­же в не­ма­ти­че­ском Ж. к. при $ \varepsilon _a=0$ по­ля­ри­за­ция внеш­ним по­лем мо­жет со­про­во­ж­дать­ся от­но­си­тель­но сла­бым, ли­ней­ным по по­лю ис­крив­ле­ни­ем мо­ле­ку­ляр­ной ори­ен­та­ции (флек­со­элек­три­че­ский эф­фект).

При про­те­ка­нии то­ка че­рез Ж. к. вслед­ст­вие ани­зо­тро­пии их элек­тро­про­вод­но­сти воз­ни­ка­ет объ­ём­ный за­ряд, взаи­мо­дей­ст­вую­щий с по­лем $\boldsymbol E$, что при­во­дит к элек­тро­гид­ро­ди­на­мич. не­ус­той­чи­во­сти. В по­ля­ри­за­ци­он­ном мик­ро­ско­пе вид­ны пе­рио­дич. сис­те­мы тём­ных и свет­лых по­лос из-за мо­ду­ля­ции ко­эф. пре­лом­ле­ния. Уве­ли­че­ние $\boldsymbol E$ вы­зы­ва­ет по­яв­ле­ние бо­лее слож­ных кар­тин, а за­тем – чрез­вы­чай­но силь­ное рас­сея­ние све­та из-за тур­бу­лент­но­сти и воз­му­ще­ний ори­ен­та­ции Ж. к. (ди­на­мич. рас­сея­ние све­та).

Практические применения жидких кристаллов

Наи­бо­лее важ­ные при­ме­не­ния Ж. к. ос­но­ва­ны на их элек­тро­оп­тич. свой­ст­вах. Из­ме­не­ние ори­ен­та­ции оп­тич. оси в не­ма­ти­че­ских Ж. к. тре­бу­ет ма­лых электрич. на­пря­же­ний по­ряд­ка 1 В и мощ­но­стей по­ряд­ка ми­кро­ватт, что мож­но обес­пе­чить не­по­сред­ст­вен­ной по­да­чей сиг­на­лов с ин­те­граль­ных схем. По­это­му Ж. к. ши­ро­ко ис­поль­зу­ют­ся в ма­ло­га­ба­рит­ных ча­сах, каль­ку­ля­то­рах, те­ле­фо­нах, про­ек­то­рах, дис­пле­ях ком­пь­ю­те­ров, из­ме­рит. при­бо­рах и все­воз­мож­ных таб­ло для ото­бра­же­ния циф­ро­вой, бу­к­вен­ной и ана­ло­го­вой ин­фор­ма­ции, в т. ч. и в ре­аль­ном мас­шта­бе вре­ме­ни, напр. в пло­ских эк­ра­нах те­ле­ви­зо­ров. Жид­ко­кри­стал­лич. дис­плеи с па­мя­тью пер­спек­тив­ны для раз­но­го ро­да элек­трон­ных кар­то­чек и «элек­трон­ной бу­ма­ги».

Др. об­ласть при­ме­не­ния Ж. к. – про­стран­ст­вен­но-вре­мен­ны́е мо­ду­ля­то­ры све­та для уст­ройств оп­тич. об­ра­бот­ки ин­фор­ма­ции. В ком­би­на­ции с фо­то­чув­ст­ви­тель­ны­ми по­лу­про­вод­ни­ко­вы­ми слоями Ж. к. при­ме­ня­ют­ся так­же в ка­че­ст­ве уси­ли­те­лей и пре­об­ра­зо­ва­те­лей изо­бра­же­ний. Ве­дут­ся ра­бо­ты по ис­поль­зо­ва­нию Ж. к. в мик­ро­ми­ниа­тюр­ных ла­зе­рах (в т. ч. гиб­ких) со спек­тра­ми ге­не­ра­ции, управ­ляе­мы­ми элек­трич. по­лем. Ж. к. об­ла­да­ют ги­гант­ской оп­тич. не­ли­ней­но­стью в по­ле из­лу­че­ния ла­зе­ров не­пре­рыв­но­го дей­ст­вия, что по­зво­ля­ет мо­де­ли­ро­вать мн. не­ли­ней­ные про­цес­сы, ис­поль­зуя мощ­но­сти из­лу­че­ния по­ряд­ка не­сколь­ких мил­ли­ватт, при этом не­ли­ней­ность управ­ля­ет­ся элек­трич. по­лем.

Лио­троп­ные Ж. к. на вод­ных рас­тво­рах кра­си­те­лей пер­спек­тив­ны для произ-ва по­ля­ри­за­то­ров и др. оп­тич. эле­мен­тов. По­ли­мер­ные Ж. к. ис­поль­зу­ют­ся в не­ли­ней­ной оп­ти­ке в ка­че­ст­ве сред для за­пи­си и пе­ре­за­пи­си ин­фор­ма­ции. За­ви­си­мость ша­га спи­ра­ли хо­ле­сте­ри­че­ских Ж. к. от темп-ры по­зво­ля­ет ис­поль­зо­вать плён­ки этих ве­ществ для на­блю­де­ния рас­пре­де­ле­ния темп-ры по по­верх­но­сти разл. тел. Этот ме­тод при­ме­ня­ет­ся, напр., в мед. ди­аг­но­сти­ке вос­па­ли­тель­ных про­цес­сов, не­раз­ру­шаю­щем кон­тро­ле элек­трон­ных при­бо­ров и ви­зуа­ли­за­ции мик­ро­вол­но­во­го и те­п­ло­во­го из­лу­че­ний. Ис­поль­зо­ва­ние жид­кок­ри­стал­лич. со­стоя­ний иг­ра­ет су­ще­ст­вен­ную роль в тех­но­ло­гии сверх­проч­ных по­ли­мер­ных во­ло­кон.

Биологические аспекты

Слож­ные био­ло­ги­че­ски ак­тив­ные мо­ле­ку­лы (напр., ДНК), ви­ру­сы и др. так­же мо­гут на­хо­дить­ся в жид­кок­ри­стал­лич. со­стоя­нии. Ус­та­нов­ле­на роль Ж. к. в ря­де ме­ха­низ­мов жиз­не­дея­тель­но­сти че­ло­ве­че­ско­го ор­га­низ­ма. Не­ко­то­рые бо­лез­ни (ате­ро­скле­роз, желч­но­ка­мен­ная бо­лезнь), свя­зан­ные с по­яв­ле­ни­ем в ор­га­низ­ме твёр­дых кри­стал­лов, про­хо­дят че­рез ста­дию воз­ник­но­ве­ния жид­кок­ри­стал­лич. со­сто­я­ний. Осо­бую роль иг­ра­ет жид­ко­кри­стал­лич. со­стоя­ние био­ло­гич. мем­бран, в ча­ст­но­сти в про­цес­сах ион­но­го транс­пор­та, ме­ха­низ­мах фо­то­син­те­за и зре­ния, в про­цес­сах са­мо­ор­га­ни­за­ции био­ло­гич. струк­тур.