Кристалдар жалпы түсінік

Жұмыс түрі: Реферат
Тегін: Антиплагиат
Көлемі: 6 бет
Таңдаулыға:

Жоспар:

Сұйық кристалдар.
Кристалдар жалпы түсінік.
Кристалдардың құрылысы мен қасиеттері.
Сұйық кристалдардың типтері.
Сұйық кристалдарға тән электрооптикалық құбылыстар.
Кристалдарды зерттеу əдістері. Микроскоптық əдіс.

Сұйық кристалдар - қайсыбір температурада молекулалары белгілі бір тәртіппен орналасуы нәтижесінде қатты кристалдарға тән кейбір физикалық қасиеттердің анизатропиясы болатын сұйықтар. Тәртіптеу типіне қарай сұйық кристалдар нематикалық (нематиктер), смектикалық (смектиктер) және холестерикалық болып бөлінеді. Нематикалық сұйық кристалдар сыртқы әсер жоқ кезде тек бағытталған тәртіптілікпен және барлық көлем бойынша молекулалардың бірқалыпты ориентациясымен сипатталады. Смектикалық сұйық кристалдар бағытталған тәртіптілікпен қатар белгілі трансляциялық тәртіптілік түрімен сипатталады. Холестерикалық сұйық кристалдар да басты ориентация бағыты молекулалық өзара әрекет салдарынан спираль секілді оралған. Сыртқы электр өрісіндегі жұқа қабаты сұйық кристалдар қайта бағыт- бағдарлануынан оптикалық қасиеттерінің өзгеруін, яғни электрооптикалық құбылысты, электроникада бейнелену жоне ақпаратты оптикалық түрде өңдеу құрылғыларында жиі пайдаланады.

Кристалдар (гр. krys-tallos - алғашқы мағынасы мұз) - атомдары мен молекулалары кристалдық тор түзетін қатты денелер. Кристалдар қатты денелердің тепе-теңдік күйі болып табылады. Белгілі бір термодинамикалық жағдайда (қысым, температура) кристалдық күйде болатын заттың нақты, тек өзіне тән кристалдық атомдық құрылымы болады. Бұл құрылым атомдардың орналасуына байланысты кристалдардың сыртқы симметриясын және олардың анизотропиялық қасиеттерін бейнелейді. Табиғатта және техникада кездесетін қатты материалдардың көпшілігі - поликристалдар. Олар ретсіз орналасқан ұсақ кристалдан ( кристалиттер ) құралады. Бұған көптеген минералдар, металдар мен қорытпалар жатады. Кристалдың жеке ірі түрі монокристалл деп аталады. Табиғатта салмағы жүздеген кг-ға жететін кварц, дала шпаты, флюорит кристалымен қатар мөлшері өте ұсақ алмас кристалы да кездеседі. Молекула-кинетикалық теориядағы термодинамикалық тепе-теңдік жағдайда өсірілген кристалдың пішіні белгілі бір симметриялы, дұрыс көпжақ түрінде болады. Олардың жақтары жазық болып келеді де, қырлары түзу сызық бойымен тұрақты бұрыш жасай қиылысады, яғни кристалдану кезінде кристалдың жақтары өзіне-өзі параллель жылжиды.

Бұл заңдылық кристаллографияда бұрыштардың тұрақтылық заңы деп аталады.

Кристалдардың құрылысы мен қасиеттері. Кристалдар (грек кrystalls - алғашқы мағынасы мұз) - атомдар мен молекулалары белгілі бір ретпен орналасып, кристалдық тор түзетін қатты денелер. Кристалдар қаттты денелердің тепе-теңдік күйі болып табылады. Белгілі бір термодинамикалық жағдайында кристалдық күйде болатын химиялық заттың нақты, тек өзіне тəн кристалдық атомдық құрылымы болады. Бұл құрылым атомдардың орналасуына байланысты кристалдың сыртқы симметриясын жəне олардың анизатроптық қасиеттерін бейнелейді. Табиғатта жəне техникада кездесетін қатты материалдардың көпшілігі поликристалдар . Олар ретсіз орналасқан ұсақ кристалдан құралады. Бұған көптеген минералдар, техникалық металдар мен қорытпалар жатады. Кристалдың жеке ірі түрі монокристалл деп аталады. Табиғатта салмағы жүздеген килограмм болатын кварц, дала шпаты, флюорит кристалдарымен қатар мөлшері ұсақ алмаз кристалы да кездеседі.

Симметрия ерекшеліктері бойынша кристалдық тордың 14 түрі белгілі, олардың Бравэ торлары дейді. Кристалдық тордың өлшемдері, атомдары мен молекулалардың орналасуы рентгенография, электронография көмегімен анықталады. Кристалдық тор статистикалық тұрғыдан тұрақсызболады, атомдар мен иондар өзінің тепе-теңдік қалпынан белгілі бір амплитудада тербеліп тұрады. Температура өскен сайын бұл тербеліс артады, ал балқу температурасына жеткенде, кристалдық тор ыдырап, зат сұйықтыққа айналады. Крисаллографтар табиғатта жəне геометриялық фигуралар əлемінде кездесетін симметрия заңдылықтарын есепке ала отырып, бүкіл металдық кристалдар əлемінде, небары үш-ақ түрлі кристалдық құрылым жəне оның сыртында үштүрлі, аномальді құрылым кездесетінін тапқан.

Сұйық кристалдарды (СК) жасау материалдарының рөлін органикалық байланыстар және олардың қоспалары атқарады. СК индикаторлар жұмысы өзінің оптикалық көрсеткіштерін өзгертетін заттар қасиеттеріне негізделген: − жұту коэффициенті; − бейнелеу коэффиценті; − себу коэффиценті; − сыну коэффиценті; − спекторлық шағылыс немесе өткізу; − оптикалық анизотропия; − жүрістің оптикалық әртүрлілігі; − электрлік өрістің әсерімен оптикалық белсенділік. АНЫҚТАМА: сұйық кристалды (мезаморфды) деп қатты кристалдар және аққыш сұйыққа тән зат анизотропияның физикалық қасиеттерін сақтайтын термодинамикалық құрылғы күйі. Ескерту - Анизотропия - физикалық құбылыстар келесілерге бірігеді, денелердiң физикалық (механикалық, оптикалық, электрлік және т. б) қасиеттерi бұл денелер бағыттарға iшiнде әр түрлi.

Сұйық кристалдардың типтері СК негізгі 3 типін танып біледі:

- смектикалық;

- нематикалық;

- холестерикалық.

Смектикалық сұйық кристалда молекулалар өздерінің ұзын остерімен орналасқан, бірдей қалыңдықты қабатты түзеді. Смектикалық сұйық кристалда қабаттар бір-бірінен тең қашықтықта жатады, ал аққыш кристалдар қабаттардың өзара жылжуынан қамтамасыз етіледі.

Нематикалық сұйық кристалда да молекулалар остері паралелді, бірақ олар қабаттар түзбейді. Бірдей бағытталған молекулалар үлкен емес аймақ түрінде топтасады. Аймақтар кристал ішінде хаосты түрде орналастырылған. Молекулалар остерінің ұзын бойымен сырғу өтеді. Кристалдың құрылысы реттелмегендіктен оптикалық ортаның біртекті еместігі байқалады және жарықтың қатты шашырауы. Сондықтан нематикалық СК өтпелі және шағылысқан жарыққа бұлыңғыр. Сыртқы куштер (электрлік және магниттік өріс) көмегімен ортаның оптикалық бірегейлігіне және толық жарықтануға қол жеткізуге болады.

Холестерикалық сұйық кристалда молекулалар смектикалық СК сияқты қабаттармен орналасқан, дегенмен олардың ұзын остері жазықтыққа параллель. Молекулалардың үлестiрiлуi спираль тәрізді болады. Молекула осінің бағыт бағдары (директор деп аталатын) кейбір бұрышқа бұрыла отырып бір қалыпты қабаттан қабатқа ауысады. Осы СК поляризация жазықтығының айналуының үлкен көрсеткiштеріне ие болады. Спиралдың қадамдары сыртқы күштер әсерінен өзгереді және сәйкесінше заттың ақ түспен жылтыратылған түсі өзгереді.

Сұйық кристалдарға тән электрооптикалық құбылыстар

CК тән көптеген электрооптикалық құбылыстардан құрылғыларда ақпаратты көрсету келесілерді қабылдайды: − динамикалық шашырау әсері; − твист-әсер; − «гость - хозяин» (қонақ - қожайын) әсері. Жоғарыда аталып өткен әсерлердің мәнін айқындау үшін электр өрісінің СК молекулаларына ықпалын анықтау керек. Электрлік өрістегі молекула остерінің бағыт бағдары диэлектрлік анитзатропия а белгісіне байланысты деп шартты қарайық. Диэлектрлік анитзатропия а диэлектрлік тұрақты ε және ε⊥ бағытының айырмашылығын сипаттайды, молекула бағыттарына басыңқырақ параллелді және перпендикулярлы бағыттар, яғни: а = ε - ε⊥.

Динамикалық шашырау әсері келесідей түйінделеді. Сұйық кристал қабатына а < 0 мен электр өрісін қабаттастырғанда, электр тогын әлсіз өткізетін молекулар өріске көлденең бағытталады. Өткiзгiштiк электр ток арқасында ағатын қозғалмалы иондар, молекулалардың бағытын бұзуға ұмтылады. Ток өткігішінің кейбір мәнінде қатты дене қозғалысы (турбулентное движение) күйі пайда болады осының әсерінен құрылыс ретілігі бұзылады және СК көмескiленеді. Ескерту - қатты дене қозғалысын (турбулентное движение) шақыратын ең төменгi кернеу 5-6 вольттан үлкен емес. Твист - әсер оң диэлектрлік анизоторпиясымен( а > 0) нематикалық сұйық кристаллдарда байқалады. Ол екi жарық өткiзетiн тақта болатын сұйық кристаллда электр өрiсiсiнiң әсерiмен поляризация жазықтықтың айналуын бұрышты сатылатындығында. Екi жарық өткiзетiн тақталар арасында орналасқан сұйық кристаллда электр өрiсiсiнiң әсерiмен поляризация жазықтықтығының айналу бұрышы өзгереді. Холестерикалық СК ұқсас молекулалардың ұзын остері тақталарға қатарлас, ал молекулалардың өздерi спиралға оралған. Әр түрлi тақталардың жанында болатын молекулалардың остерi өзара перпендикуляр.

Сұйық кристалды мониторлар, перделер және индикаторлар электронды-сәулелi түтiктерi бар бұйымдарды ығыстырып, компьютер және водеотехники нарығын толығымен жаулап алуда. Мұндай бұйымдардың конструктивтiк кiрпiшi сұйық кристалл болып табылады. СК жұмысының құрамы мен қағидасын қарастырайық. Екi шыны тақталардың арасындағы саңылауға және сұйық кристалл болып табылған заттың жiгi сыйғызылып салынады. Периметр бойымен ол заттың жайылуынан құтылу үшiн диэлектрлік аралық төсеммен қорғайды. Сұйық кристалл молекуласы керiлген пiшiнге ие. Шыны тақталардың беті сұйық кристаллды молекула арнайы өңдеуге, есепке не ұшыра шыны тақталардың iшкi беті жабысып тұратын облыстардағы бағыт екi өзара перпендикуляр бағдарлайды. Молекулалардың бағытының өзара әрекеттесу күштерiнiң есепке тақталардың беттерiмен iшкi аралық кеңiстiкте төменгi шектiден жоғарғына дейiн бiртiндеп сатылады. Қорыта келгенде сұйық кристалл құрылымы 90° бұрышқа оралған сияқты болады. Оралған кристалл қабаты өтпелі жарық поляризация жазықтығын π/2-ге айналдырады.

Сұйық кристалдар. Кейбір қатты денелерді балқытқанда олар сұйыққа айналмас бұрын бірнеше ауыспалы фазалардан (жағдайлардан) өтетіні белгілі, ол фазаны мезофаза деп атайды. Осы ауыспалы фазадағы зат əрі қатты дененің, əрі сұйықтың қасиетіне ие болады. Ондай затты сұйық кристалдар деп атайды. Сұйық кристалдар кристалл денелер тəрізді анизотропия қасиетіне ие болуыменқатар сұйық тəрізді ағуға (аққыштық қасиеті) бейім. Сұйық кристалдар қандай жағдайда, қайда болғанына байланысты термотропты, лиотропты жəне фототропты болып бөлінеді. Заттардың температурасын өзгерту арқылы алынған сұйық кристалды термотропты сұйық кристалл, қатты денелерді еріткіштерде еріту арқылы алынған сұйық кристалдарды лиотропты сұйық кристалдар, қатты денелерге жарық сəулелерімен (немесе басқа сəулелермен) əсер еткенде пайда болатын кристалдарды фототропты сұйық кристалдар деп атайды. Молекулаларының орналасу тəртібіне қарап сұйық кристалдарды нематикалық, смектикалық жəне холестерикалық деп үшке бөлінеді.