tekoči kristali – zakaj se zdijo zanimivi meni?sss.fmf.uni-lj.si/data/196.pdf · o čem •...
TRANSCRIPT
Tekoči kristali – zakaj se zdijo zanimivi meni?
Mojca ČepičPedagoška fakulteta
in Institut Jožef Štefan
O čem
• tekoči kristali za novince– kaj tekoči kristali sploh so– kako jih prepoznamo– zakaj so zanimivi
• tekoči kristali za vajence– njih optične lastnosti– kako jih urejamo
• tekoči kristali za strokovnjake
Kaj imenujemo “tekoči kristali”?
kristalkristal 66666666 tekotekoččinaina
običajne snovi
tekoči kristalikristalkristal 66666666 tekotekočči kristali kristal 66666666 tekotekoččinaina
Vsaj ena od faz mora biti tekoče kristalna.
Kaj imenujemo “tekoči kristali”?
Zakaj se tako imenujejo?
lastnosti tekočinetečejo
lastnosti kristalovanizotropne lastnosti
mikroskopska urejenost
Različne tekoče kristalne faze
NematikiKiralni nematiki
SmektikiNagnjeni smektiki
Kolumnarne faze
Molekularne lastnosti...
5CB
OOCBPDOBAMC
holesterik
banane
Podolgovate molekule
Nematiki
Med tekočino in kristalom:Motna, koloidom podobna tekočinaDvolomna
Kako opisati urejenost?
izotropna faza nematik
ureditveni parameter ureditveni parameter –– mera za redmera za red0 0 za neurejeno fazoza neurejeno fazoččim veim veččji je parameter tem veji je parameter tem veččji mora biti redji mora biti red1 1 za idealno urejenza idealno urejen (ni vedno res)(ni vedno res)upoupošštevati mora simetrijo tevati mora simetrijo
Nematski ureditveni parmeter
Uredtiveni parameter opisuje, kako dobro so urejene molekule.
•
•• čim večja je vrednost, tem večji je red• je 1/3 za enurejen sistem• renormalizacija: 23cos 1
2
θη −=
2
cos ?
cos ?
η θ
η θ
= =
= =
Določanje ureditvenega parametrana modelu zobotrebcev
22cos 1η θ= −
Dvolomnost
- debeline vzorca- dvolomnosti vzorca- orientacije polarizatorjev
- reda, ureditvenega parametra- smeri molekul
Barva tekočega kristala je odvisna od:
Dvolomnost tekočegakristala je odvisna od:
Dvolomnost
Svetloba s polarizacijo pravokotno na dolge osimolekul ima manjšo hitrostkot svetloba s polarizacijovzporedno z dolgimi osmimolekul.
TekoTekočči kristali imajo obii kristali imajo običčajno zelo veliko ajno zelo veliko razliko med lomnima kolirazliko med lomnima količčnikoma za obe nikoma za obe polarizacijipolarizaciji (0.1(0.1-- 0.3).0.3).
Vzroki za dvolomnost
V. Babič GIREP 2009
Kaj se dogaja pri prehodu ?
l/4 plošča
l/2 plošča
( )0
2r i
n n dπδ
λ= −
Kako je pri prehodu bele svetlobe?
Kako delujejo prikazalniki?
polarizator
analizator
Prikazalnik
polarizator
analizator električno polje zasuče dolge osi molekul v smeri polja
Termometri
mrzlo
Termometer
vroče
Tekoči kristali v naravi
Membrane v živih bitjih
Tekoči kristali v naravi
V različnih žlezah setvorijo snovi, ki na zraku polimerizirajo vvlakna pajkove mreže.
Med tokom skozi šobe, se podolgovatemolekule uredijo.
Svila
Smektiki
Kako opisati smektični red?
• smektični red–– koliko so molekule urejene v plastehkoliko so molekule urejene v plasteh
( )qzcos=ψ
Kaj se dogaja pri hlajenju?
izotropnafaza
nematska smektična kristal
hlajenjehlajenje66
Nagnjeni smektiki
Bolj kompleksne strukture
kiralni nematik ali holesterik
kiralni polarni smektik
SmC →SmC →SmC →SmC →SmC*
α* *
2FI
*
1FI
*
A
Bolj kompleksne strukture
Kaj je to kiralnost?
Predmet, ki se razlikuje od svoje zrcalne slike, je kiralen.
ogledalo
Kiralnost v naravi
Kiralnost v naravi
amino-kisline – desno sučne
sladkorji – levo sučni
Nivoji kiralnosti
– osnovna kiralnost
– molekularna kiralnost
– strukturna kiralnost
– kiralnost objektov
Kuball, LCToday 1999
Prenos kiralnosti
dopanti
med molekulami
med strukturami
med objekti
molekule
strukture
predmeti
Labirinti v tankih filmih smektičnegatekočega kristala*
Nataša Vaupotič1,2, Mojca Čepic1,3, Damian Pociecha4, Ewa Gorecka4, Jozef Mieczkowski4
1 Inštitut Jožef Stefan, Ljubljana2 Oddelek za fiziko, Fakulteta za naravoslovje in matematiko (FNM),
Univerza v Mariboru3Oddelek za fiziko in tehniko, PeF, Univerza v Ljubljani
4Oddelek za kemijo, Univerza v Varšavi, Poljska
*Phys. Rev. Lett. 95, 207901 (2005)
obe spojini tvorita interkaliranoSmC strukturo
10 µµµµm
EKSPERIMENT
odbojmed prekrižanima polarizatorjema
440 nm
520 nm
homogena ureditev molekul →→→→ spreminjanje debeline filma
ππππ -stena
PLOŠČICA LAMBDA
EO
Ee
PA
tukaj povečamo razliko optičnih poti
nmin
nmax
tukaj zmanjšamo razliko optičnih poti
PLOŠČICA LAMBDA
smer naklona molekul se izmenjuje med ππππ - stenami
NAGNJEN FILM
π wall
c c
Ee
Eo
Ee
Eo
π wall
c c
Ee
Eo
Ee
Eo
π wall
c c
Ee
Eo
Ee
Eo
ππππ-stena π wall
c
c
Light propagation direction
EeEo
Ee
Eo
dark stripe
bright stripe
π wall
c
c
Light propagation direction
EeEo
Ee
Eo
dark stripe
bright stripe
ππππ-stena
temno
svetlo
10 µµµµm10 µµµµm10 µµµµm
odbojodbojmed prekrižanima polarizatorjemamed prekrižanima polarizatorjema
440 nm
520 nm
440 nm440 nm
520 nm520 nm
homogena ureditev molekul →→→→ spreminjanje debeline filmahomogena ureditev molekul →→→→ spreminjanje debeline filma
ππππ -stena
ππππ -stena
smer naklona molekul se izmenjuje med ππππ - stenami
NAGNJEN FILM
smer naklona molekul se izmenjuje med ππππ - stenami
NAGNJEN FILM
TEORETIČNA RAZMIŠLJANJA
labirintna nagubanost debeline filma
površina se poveča
visoka Tnizka T
Kako lahko sistem zmanjša debelino vrnje plasti?
ππππ ππππ ππππ
Ali so lahko defekti blizu površine ?
KB
γ1
KB
γ >
1KB
γ <
površina defekte odbija
površina defekte privlači
Vzrok za takšno prostorsko odvisnost c-direktorja?
c
x
y
z
δδδδ
Vzrok za takšno prostorsko odvisnost c-direktorja?
22
2
0
1( ) 1
2S S SF W T d
δ= − δ c
x
y
z
δδδδ ccedge ErdKBF += )2/(20
2
22S
S
KF d d
dπ
π=
Sedge FNFFF ++= π
0.5
Sd d∝
0( ) 2SW T KB< δpotreben pogoj ta tvorbo
labirintne strukture
H
AV
AL
AZ
V
JJJJ
AOŠ
P OZORNO
ST
JJJJ
JJJJJJJJ