Новости

30 октября, 2018 14:05

Молодые ученые разрабатывают новые способы управления жидкими кристаллами

Этим летом Красноярский институт физики СО РАН получил грант на три года от Российского научного фонда. В год ученым выделяют 5 миллионов рублей на изучение жидких кристаллов. Мы проникли в закрытую лабораторию и узнали, что представляет из себя вещество с красивым названием и зачем оно нужно.
Источник: Артём Ленц

Старший научный сотрудник Института физики Михаил Крахалев показывает нам запаянную ампулу с МББА — это жидкие кристаллы. Мы ожидали увидеть что-то блестящее и сверкающее, но оказывается, что жидкие кристаллы — обычная мутная жидкость желтоватого цвета. При заморозке она превращается в кристаллы, а при повышении температуры — становится прозрачной и вязкой, как растительное масло.

Зачем нужны жидкие кристаллы?

Сегодня жидкие кристаллы используют в жидкокристаллических дисплеях и мониторах. В основе лежит их способность двигаться под действием магнитного или электрического поля.

— Если хочешь получить движущуюся картинку, ты можешь взять для каждой точечки два поляризатора и очень быстро начать их вращать. Интенсивность света будет меняться и «человечек побежит». Так работает видео. Но постоянно вращать поляризаторы неудобно. Поэтому эту часть работы совершают в ЖК-мониторах жидкие кристаллы, помещенные между поляризаторами. Молекулы подвижны и могут легко поворачиваться под воздействием электрического поля. Интенсивность прошедшего света меняется, но ничего вращать механически уже не нужно, — объясняет Михаил Крахалев.


Фото: жидкие кристаллы могут одновременно проявлять свойства и жидкостей, и кристаллов. Источник: Артём Ленц

Первые ЖК-дисплеи появились в 70-х года в Швейцарии, в 80-х в России тоже начинали разработку, но потом пришли девяностые. А уже в 2000-х рынок захватили японские и корейские корпорации.

По словам ученого, первые ЖК-мониторы уступали по качеству изображения электронно-лучевым трубкам, но уже через 10 лет их преимущество было очевидно.

— Электронно-лучевые трубки постоянно мерцали, там «бегал луч». Картинка менялась с частотой 50, 60 или 100 герц. Поэтому если у вас на экране постоянно статическая картинка, рядом рекомендовали ставить кактус, а лучше его менять периодически. В ЖК-мониторах никаких мерцаний нет, глазам гораздо легче. Хотя долго смотреть тоже вредно, развивается близорукость, — рассказывает ученый.


Фото: ЖК-мониторах нет мерцаний, как в дисплеях с электронно-лучевой трубкой. Источник: Артём Ленц

На 2000-е пришлась вторая волна развития плазменных телевизоров. Но продержались они недолго — плазма проигрывала в цене — стоила в полтора раза дороже, а по качеству практически не отличалась.

На сегодня главную конкуренцию жидким кристаллам составляют так называемые «оледы», где изображение создается светящейся полимерной пленкой без дополнительных ламп и поляризаторов.

— «Оледы» можно сделать тоньше и энергоэффективней, это важно для смартфонов, а для телевизоров не так критично. Две огромные корпорации, лидеры рынка телевизоров — LG и Samsung, выбрали разные направления развития — LG развивает «оледы» и делает очень большие панели телевизоров стоимостью 200 тысяч и выше — пока это еще дорогая технология. Samsung развивает ЖК-телевизоры, — рассказывает ученый.


Фото: в мобильных телефонах делают OLED-дисплеи или ЖК-дисплеи. Источник: Артём Ленц

А вот еще один вариант использования вещества — из него получаются хорошие термодатчики. Жидкие кристаллы-холестерики могут менять цвет при изменении температуры. Ученый показывает нам тонкую пленку, которая при соприкосновении с руками моментально меняет свой цвет с коричневого на синий. Выглядит волшебно. И очень знакомо.

Точно по такому же принципу работает так называемое «кольцо настроения». Многие вспомнят забавные украшения из 90-х, которые меняют цвет в зависимости от самочувствия человека. Оказывается, внутри те же жидкие кристаллы, которые просто реагируют на изменение температуры.


Фото: жидкие кристаллы-холестерики меняют цвет при соприкосновении с руками. Источник: Артём Ленц

— По факту измеряется только температура, но любой психолог подтвердит, что настроение и температура кожи — это связанные вещи. Вышел на улицу — и уже другое настроение, — смеется ученый.

В 80-х годах это же свойство кристаллов-холестериков использовалось, например, в авиационной промышленности. Крыло самолета покрывали тонким слоем кристаллов и следили за цветом, где меняется — там больше температура и, соответственно, сопротивление воздуху.

Нашли новые структуры

В лаборатории молекулярной спектроскопии Института физики ученые разрабатывают новые способы управления жидкими кристаллами и ищут им новые применения. Это называется «поисковое исследование».

В ходе экспериментов уже удалось получить жидкие кристаллы с необычной структурой, где молекулы ориентированы не параллельно или перпендикулярно, а под углом 40 градусов.


Фото: ученые получили жидкие кристаллы с необычной структурой. Источник: Артём Ленц

— Был набор разных жидких кристаллов и полимеров, я их смешал, в результате получились необычные структуры. Первая реакция была: «Что за ерунда? Бред какой-то!». Потом походил пару месяцев, подумал, начал изучать. Полгода в эти структуры смотрел, выяснял и разобрался, — делится ученый.

Найденные учеными кристаллы отличаются повышенной чувствительностью — нужно в 10 раз меньше электрического напряжения, чтобы заставить молекулы двигаться.

В будущем жидкие кристаллы, возможно, будут использовать и в медицине — в качестве сенсоров, чтобы искать вирусы или антитела в крови человека. Но пока это тоже всего лишь одно из поисковых исследований.

28 марта, 2024
Ученые ИТМО создали более долговечные синие перовскитные светодиоды
Ученые ИТМО нашли новый способ получения синего излучения у перовскитных нанокристаллов. Он позвол...
28 марта, 2024
Ученые научились управлять мощностью электронного пучка в течение его импульса
В Институте сильноточной электроники СО РАН модернизирована уникальная научная электронно-пучковая...