Жидкокристаллическое состояние вещества, называемое мезофазой (промежуточной фазой), существует в определенном, четко ограниченном для каждого соединения, температурном интервале. В мезофазе вещество по реологическим свойствам относится к жидкостям, т. е. характеризуется текучестью, поверхностным натяжением и вязкостью. Вместе с тем для вещества в мезофазе характерны дальний ориентационный порядок и анизотропия магнитных, диэлектрических и оптических свойств, присущие кристаллам.

Жидкости, кристаллы и жидкие кристаллы отличаются по степеням свободы молекул. В жидкости молекулы подвижны в трех измерениях и могут вращаться вокруг трех взаимно перпендикулярных осей. В кристаллах молекулы фиксированы, и вращение невозможно. В жидких кристаллах молекулы подвижны в двух измерениях и могут вращаться вокруг одной оси. При изменении температуры в ЖК меняется структура. При низких температурах центры молекул обргазуют кристаллическую решетку, а молекулярные оси имеют однородную ориентацию. При повышении температуры происходит плавление: вместо трехмерной кристаллической решетки- одномерная решетка. При дальнейшем повышении температуры полностью исчезает дальний координационный порядок, но сохраняется дальний ориентационный порядок - локальная однородная ориентация длинных осей. При более высокой температуре происходит ориентационное плавление и образуется изотропная жидкость.

Температуру перехода из кристаллической фазы в ме-зофазу называют температурой плавления (Гпл), а температуру, при которой мезофаза переходит в обычное жидкое состояние,- температурой просветления (Гщ,). Последняя называется так потому, что мезофазы в той или иной степени рассеивают свет и являются мутными, а в истинно жидком состоянии они прозрачны.

При этом их Гпл и Тщ, могут находиться в широком диапазоне температур: -50 ... --450°С. Интервалы существования мезофаз АТ-Тл-Тщ, в ЖК и их смесях самые разные. У одних область существования ЖК со- стояния может быть достаточно велика (123...243°С-для парапропилпараазоксициннамата), у других - очень мала (174 ... 177°С у метилбензальпарааминобензолокси-бензоата).

На рис. i.l в качестве призера представленУ крибЫё фазового перехода бинарной смеси жидких кристаллов БПФК (бутилпарафенилкарбонат) и АПАФА (анизили-денпарааминофенилацетат)! Здесь по оси ординат отложены температуры фазового перехода, а по оси абсцисс - содержание компоненты АПАФА в смеси [1.1]. Температура фазового перехода смеси зависит от соотношения между компонентами. По мере перехода из изотроп-

но!0 состояния в кристаллическое степень упорядоченности в расположении -молекул увеличивается.

Свойства жидких кристаллов объясняются особенностью строения молекул. Для них характерна вытянутая «палкообразная» форма: типичная длина молекул 1-3 нм, ширина 0,5-1 нм. Эти молекулы

Рис. 1.1. Фазовая диаграмма бинарной смеси жидких кристаллов БПФК и АПАФА:

J - изотропная; 2 - нематиче-ская; 3 -смесь ЖК с кристал-. лической фазой; 4-твердая

«жесткие» благодаря бензольным кольцам и сопряженным связям. Концевые группы атомов обычно обладают большой поляризуемостью и большой амплитудой тепловых колебаний. Взаимодействие таких молекул характеризуется в основном силами Ван дер Ваальса. Поэтому при плавлении кристалла, построенного из таких молекул, не происходит полного разрушения связей с образованием изотропного расплава, а остается некоторая упорядоченность за счет сил Ван дер Ваальса - образуется мезо-фаза. При этом в зависимости от силы межмолекулярных связей возникают три основные группы мезофаз: смектическая, нематическая и холестерическая.

При определенной температуре в мезогенном кристалле происходит термодинамический переход (1-го рода), но не в изотропный расплав, а в мезофазу. Общим существенным признаком нематических и смектических мезофаз является наличие спонтанной ориентации длинных осей молекул.

Наиболее симметричной является смектическая ме-зофаза. Основным признаком является слоистое строение: молекулы расположены в параллельных Слоях. Омекти-ческие жидкие кристаллы (СЖК) наиболее близки

к двумерным кристаллам, так как у них существует дальний псгрядок как в отношении ориентации длинных осей молекул, так и их центров тяжести-по отношению к слоям. Внутри каждого слоя дальний порядок в расположении центров тяжести молекул отсутствует. Молекулы упакованы в молекулярные слои. Текучесть обеспечивается взаимным скольжением слоев. Примером вещества, дающего смектическую мезофазу (существующую в интервале 114...120°С), является этиловый эфир параазо-ксибензойной (п-азоксибензойной) кислоты [1.2]:

CzHjOOC -< О У> - N - N - < О - CDDCzHj

СЖК могут существовать в различных модификациях, соответствующих расположению молекул в пределах слоя. В так называемой Л-модификации длинные оси (директор L) молекул ориентированы перпендикулярно поверхности слоя, но упорядоченная упаковка отсутствует (рис. 1.2, а). Если нанести тонкий слой вещества,

Рис. 1.2. Жидкокристаллические структуры: я - смектическап Л-модификация; б - смектическая В-моднфикация; в - смектическая С-модифнкацня: г - нематнческая; S - холестерическая

образующего смектическую структуру А, на плоскую поверхность (например, предметное стекло), то образующаяся текстура является анизотропной, оптически одноосной, положительной.

В В-модификации молекулы упакованы щ плоскую гексагональную решетку (рис. 1. 2, б). В С-модификации оси молекул образуют некоторый угол с нормалью к поверхности слоя, но расположены, как и в Л-модификации, неупорядоченно (рис. 1.2,е). В смектике С директор L наклонен по отношению к плоскости слоя. Текстура такого смектика оптически двуосная, при этом значение угла наклона .а зависит от температуры. Например, у веществ, которые с повышением температуры (превра-