Tantárgy. A polimerek fizikai állapotai
A táblázat vége. 2
Lineáris polimerek esetében az üvegesedési hőmérséklet a molekulatömegtől függ, és a növekedéssel növekszik. A térhálós polimerekben a térhálós szerkezet kialakulása növekedéshez vezet T s, minél nagyobb, annál sűrűbb a térháló.
Az üvegesedés folyamatát a polimer számos tulajdonságának megváltozása kíséri: hővezető képesség, elektromos vezetőképesség, törésmutató, és ezek a tulajdonságok hirtelen megváltoznak T Val vel.
Amikor a hőmérséklet alá csökken T c a polimerben a makromolekulák kinetikus fragmentumainak hőmozgása csökken. Ahhoz, hogy az üvegesített polimer még enyhe deformációt okozzon, nagy mechanikai terhelést kell rá gyakorolni. Ebben az esetben a polimer rugalmas vagy viszkoelasztikus testként viselkedik. A hőmérséklet további csökkenésével a polimer rideg testként összeesik, gyakorlatilag megszűnő deformációval. Azt a hőmérsékletet, amelyen a polimer rideg repedése bekövetkezik, ridegségi hőmérsékletnek nevezzük. T hr. A polimereket általában üveges állapotban üzemeltetik, ami megfelel a területnek én a termomechanikai görbén (lásd 8. ábra).
Rendkívül rugalmas állapot A polimer (HES) makromolekulák szegmenseinek viszonylag nagy mobilitása jellemzi. Csak akkor nyilvánul meg, ha a makromolekulák jelentős hosszúságúak (nagy tömegűek), és különösen jellemző a kis intermolekuláris kölcsönhatási erőkkel rendelkező rugalmas láncú polimerekre.
Jelentős intermolekuláris kölcsönhatások (dipólusok, hidrogénkötés) esetén a HEA-k magasabb hőmérsékleten figyelhetők meg, pl. amikor az intermolekuláris kölcsönhatás erői gyengülnek. Egy makromolekula viszonylagos könnyűsége, amely a külső mechanikai feszültség hatására sokféle konformációt vesz fel, megmagyarázza a fenti nagy deformációkat. T s (több száz százalék). A terhelés megszüntetése után a szegmensek hőmozgása következtében a makromolekulák visszaállnak eredeti konformációjukba és az elért nagy rugalmasságú deformáció megszűnik, i. visszafordítható. Ha egy lineáris polimer deformációs folyamata lassan megy végbe, hogy a makromolekuláknak legyen idejük az egyik egyensúlyi konformációból a másikba mozogni, akkor az EES helyett a polimer viszkózus áramlási állapot(VTS). A hőre lágyuló műanyagokban a HES a hőmérsékleti tartományban figyelhető meg T Val vel - T hova
T k – a polimer áramlási (olvadási) hőmérséklete a területen II
(lásd 8. ábra).
A HTS-ben a hőre lágyuló polimer folyadék, és viszonylag kis külső erők hatására visszafordíthatatlanul tud folyni, pl. képlékeny deformációt mutatnak. Az áramlás során az egyes makromolekulák egymáshoz képest mozognak. A HTS deformációja korlátlanul fejlődhet, és visszafordíthatatlan. A viszkózus-folyékony állapot a területnek felel meg IIIábrán. 8.
Egyes hálózati polimerek is képesek HEA-kká átalakulni. Ahogy azonban a hőmérséklet fölé emelkedik T kissé megpuhulnak, majd visszafordíthatatlanul tönkremennek.
A polimerek kristályos állapota. Számos hőre lágyuló polimer létezhet kristályos állapotban. Így a polietilén, a polipropilén és a poliamidok mikroszkopikus kristályokat képezhetnek.
Kristályos, folyadékkristályos és orientált amorf polimerek, mint az egykristályok, mutatkoznak tulajdonságok anizotrópiája(9. ábra).
A polimerek a hőmérséklet csökkenésével folyadékból (olvadék, oldat) kristályos állapotba kerülnek. A kristályosodás az egyes szegmensek helyzetének rögzítése és a nagy hatótávolságú, háromdimenziós sorrendű elemek elrendezésükben való megjelenése következtében következik be.
A polimerekben történő kristályosítási folyamat végrehajtásához bizonyos szükséges, de nem mindig elegendő feltételeket be kell tartani.
Rizs. 9. Rendezett makromolekulák anizotrópiája. A detektor által meghatározott mutatók jelentősen eltérnek a tesztelés irányától
Először is, a kristályszerkezet felépítéséhez szükséges, hogy a polimer molekulák legyenek szabályos, azaz lineáris láncszerkezettel rendelkezett, a láncszemek bizonyos váltakozásával és a főlánchoz képest egyenletes térbeli elhelyezkedésükkel.
Másodszor, a fázistranszformáció során a láncok vagy szegmensek kölcsönös egymásra helyezésének a szoros pakolás elve szerint kell történnie. A legtöbb kristályos polimer tömítési együtthatója (a makromolekulák belső térfogatának és a test valós térfogatának aránya) a 0,62...0,67 tartományba esik, és közel áll a közönséges szilárd anyagok tömörítési együtthatójához. Nyilvánvaló, hogy az elágazásokat és terjedelmes oldalsó szubsztituenseket tartalmazó makromolekulák esetében a szoros csomagolás nehézkes, amelyek sztérikus akadályokat okoznak.
Harmadszor, ahhoz, hogy a kristályosodás megtörténjen, a polimer molekuláknak bizonyos mobilitást kell biztosítaniuk, hogy a láncok el tudjanak mozogni és beilleszkedjenek a kristályszerkezetbe. A gyakorlatban a kristályosodás az olvadáspont közelében és alatt is megtörténhet T pl. A folyékony kristályos polimerek még magasabb hőmérsékleten is megtartják kristályos szerveződésüket T pl.
De még ha mindezen feltételek teljesülnek is, a polimerek nem teljesen kristályosak.
A polimerek a kristályosak mellett mindig tartalmaznak amorf régiókat, ezért ezeket kristályosító régióknak is nevezik. Így a kristályos fázis tartalma a nagy sűrűségű polietilénben eléri a 75...90%-ot, a kis sűrűségű polietilénben pedig nem haladja meg a 60%-ot. A kristályszerkezetek viszont morfológiailag mindig hibásak (formájukban és térbeli szerveződésükben).
A kis molekulatömegű vegyületekkel ellentétben a polimerek olvadása nem egy bizonyos hőmérsékleten, hanem a kémiai szerkezetük, molekulatömegük és kinetikai jellemzőik által meghatározott hőmérsékleti tartományban megy végbe. Ennek az intervallumnak bizonyos átlaghőmérsékletét veszik olvadási hőmérsékletnek.
A kristályosság foka, a kristályszerkezetek morfológiája és a polimer olvadási hőmérséklet-tartománya összefügg a kristályosodási folyamat időbeli és relaxációs jellegével. Ha a hőmérsékletet lassan csökkentjük, változatosabb kristályszerkezetek képződnek.
táblázatban A 3. táblázat egyes polimerek átlagos olvadási hőmérsékletét mutatja.
3. táblázat
Átlagos olvadási hőmérsékletek
néhány polimer
Ezekből az adatokból egyértelműen kiderül T pl növekszik a polimerek elemi egységeinek polaritásának, szerkezetük szabályosságának növekedésével, valamint a makromolekulák rugalmasságának csökkenésével.
A polimerek szupramolekuláris szerkezete(NMS) a makroláncok fizikai szerveződését tükrözi, és minden polimerre jellemző, függetlenül azok fizikai és fázisállapotától. Az NMS előfordulásának oka a makroláncok intermolekuláris kölcsönhatása. Morfológiailag a polimerek NMS-ei összetett, térben elkülönülő, különböző méretű és formájú aggregátumok, amelyek makromolekulák meghatározott módon történő egymásra halmozásával jönnek létre. A szupramolekuláris struktúrák létrehozása a rugalmas lánc alapvető tulajdonságát tárja fel - azt a képességet, hogy „magán” hajtogatható (csomagolás) vagy golyókká guruljon.
A rugalmas makromolekulák tekercsek formájában lehetnek. Ennek a formának a stabilitását a felület és a felületi energia legalacsonyabb értéke határozza meg. Egy tekercs egy vagy több makromolekulából áll, amelyekben a lánc egyes szakaszai véletlenszerűen vannak elrendezve. Ez az NMS a legtöbb amorf polimerre jellemző, és előállításuk során képződik.
A polimerekben M> 10 4 struktúrák széles körben elterjedtek, általában az olvadás vagy oldódás szakaszában keletkeznek intermolekuláris erők hatására akár egy makromolekula vagy szegmenseinek felhajtása során, akár a szomszédos makromolekulák lineáris fragmentumainak összeillesztése során. Hajtogatott formációk ( csomagokat) nagyobb és morfológiailag bonyolultabb szerkezeti aggregátumokat képezhetnek – rostok(10. ábra,
A, b). Szintetizált polimerekben köteg-fibrilláris szerkezet (10. ábra, V) megelőzi a fejlettebb szupramolekuláris struktúrák kialakulását – lamellák(10. ábra, G).
Rizs. 10. A– a kötegek és fibrillumok képződésének diagramja polimerekben; b– makromolekulák csomagolása orientált kristályos polimerbe; V– a kristályos szál szerkezetének diagramja, majd lamellákba helyezve ( G)
A kristályosodási körülményektől függően az NMS rostos maradhat, vagy átalakulhat lamellás (lemezszerű) ill. szferulitos(11. ábra, V, G).
| A) |
| G) |
| V) |
| b) |
Rizs. 11. A polimerek kristályos képződményeinek típusai: A– krisztallit;
b– rostok; V– radiális szferulitok; G– gyűrűs szferulitok
Ez utóbbiak az egyik központból gömb alakúra fejlődő rostokból keletkeznek, amelyeket az ún. átvezető láncok, azaz makromolekulák szakaszai, amelyek a szomszédos szferulitok részei. Az átfutó láncok amorf régiókat képeznek egy kristályos polimerben. A szferulitok nemcsak rostszálak lerakásával, hanem lamellákkal is létrejöhetnek.
A kristályokban lévő polimer sűrűsége a makromolekulák sűrűbb pakolódása miatt nagyobbnak bizonyul, mint a rendezetlen makroláncokkal teli interstrukturális zónákban, és nagyobb, mint az amorf régiókban. Egyes polimerek átlagos sűrűségének (ρ), a kristályos (ρ cr) és amorf (ρ am) komponensek sűrűségének értékeit a táblázat tartalmazza. 4.
4. táblázat
Polimer sűrűség értékek, kg/m 3
3.4. A polimerek folyadékkristályos állapota
3.4.1. Az anyag folyékony kristályos állapotának természete
A folyadékkristályos állapotú anyagok szerkezete köztes a folyadék és a kristály szerkezete között. Ezt a köztes állapotot mezomernek nevezik, a „mezosz” szóból – köztes. A mezofázisoknak többféle típusa van:
folyadékkristályok, amelyeket helyzetileg rendezetlen kristályoknak vagy orientációsan rendezett folyadékoknak nevezhetünk, anizotróp alakú (megnyúlt) molekulák alkotják, beleértve a merev láncú makromolekulákat is;
alacsony alakú anizotrópiájú molekulákból képződött műanyag kristályok, polimer gömböcskék, helyzetük jelenléte és az orientációs rend hiánya jellemzi őket;
rugalmas láncú makromolekulák és szerves ciklusos szerkezetek alkotta kondikristályok.
A mezofázisokat alkotó molekulákat vagy makromolekulák töredékeit mezogénnek, a megfelelő kristályokat mezomorfnak nevezzük. A folyadékkristályok legáltalánosabb tulajdonsága a tulajdonságok anizotrópiája, ami különösen zavarossá válik. Ennek a tulajdonságnak köszönhetően fedezték fel a 19. század végén a folyadékkristályokat. F. Reinitzer - amikor a hőmérséklet csökkent, a folyékony anyag koleszteril-benzoát zavarossá vált, majd átlátszóvá vált, amikor növekedett. A tisztulási hőmérséklet megléte a folyadékkristályos rendeződés meglétének egyik jellemző jele. A mezofázis kialakulásának másik jellegzetes jele az enyhe hőhatás. A molekuláris csomagolás típusát, jellegzetes mintáját - „textúráját” - polarizáló mikroszkóppal határozzák meg. A folyadékkristály szerkezet paramétereit röntgendiffrakciós analízissel határozzuk meg. A kristályos testek olvadása során olvadékban keletkező folyadékkristályokat termotrópnak nevezzük. Liotrópnak nevezzük azokat a folyadékkristályokat, amelyek koncentrációjuk megváltozásakor oldatban jelennek meg.
Az első tudósok, akik megjósolták a polimerek általi mezofázis kialakulásának lehetőségét, V. A. Kargin és P. Flory voltak. Az 1960-as években A folyadékkristályos rendeződést először merev láncú, majd flexibilis láncú polimereknél fedezték fel. A folyadékkristályos polimerek fontos előnye a kis molekulatömegű folyadékokkal szemben, hogy előbbiek üveges átalakuláson mennek keresztül, aminek köszönhetően a folyadékkristályos szerkezet szilárd állapotban rögzül. Ez a körülmény jelentősen kiterjeszti a szóban forgó jelenség gyakorlati felhasználási területeit, különösen az információ rögzítésére és tárolására szolgáló eszközökben.
A polimerek mezomorf állapotba való átmenetének fő kritériuma a szubsztituens szegmensének vagy fragmensének hosszának az átmérőhöz viszonyított aránya x = L/d >> 1, amelyet az aromás poliamidok, cellulóz-éterek, - helikális polipeptidek, DNS, fésű alakú polimerek stb. A megadott jellemző arány lehetővé teszi a fázisátalakulási koncentráció kiszámítását:
ahol A konstans 5-10. Ez a kapcsolat jól érvényesül a liotróp rendszerekre, pl. merev láncú polimerek megoldásai különböző rugalmassági mechanizmusokkal - perzisztens, forgó izomer, szabadon tagolt. A kristályos fázis három fő típusa ismert: nematikus, szmektikus és koleszterikus (3.16. ábra). Az elsőben a molekulák hajlamosak egy előnyös irány mentén orientálódni; a másodikban a spirál által képviselt uralkodó irány mentén; a harmadikban - a molekulák orientációjával együtt egy vagy több dimenzióban nagy hatótávolságú transzlációs rend van, más szóval rétegrend.
A folyadékkristályos fázis kialakulhat merev láncú polimerek oldataiban és olvadékaiban, valamint olyan kopolimerekben, amelyek makromolekulái rugalmas és merev szakaszokat tartalmaznak. A polifoszfazén, polidietil-sziloxán és polidipropil-sziloxán polimerek folyadékkristályos rendeződése, amelyek egyértelműen nem felelnek meg az L >> d kritériumnak, azt a feltételezést eredményezte, hogy bizonyos feltételek mellett lehetséges a lánc megkeményedése, spontán kiegyenesítése, majd a láncba való bepakolása. úgynevezett condis-crystal. Ez a kifejezés egy konformációslag rendezetlen kristályra vonatkozik, hosszúkás láncokkal.
A polimer folyadékkristályos nematikus rendeződésének első elméletét L. Onsager javasolta 1949-ben hosszú, L hosszúságú és d átmérőjű hengeres rudak modellmegoldására L >> d feltétel mellett. Ha egy V térfogatú oldat N rudat tartalmaz, akkor c koncentrációjuk és φ térfogatrészük rendre egyenlő:
A makromolekulák hőmozgása miatt a folyadékkristályos rendezés során a hosszú tengelyeik egyirányú orientációja nem lehet szigorú, az adotthoz viszonyított irányok szerinti eloszlásukat az eloszlásfüggvény jellemzi. A vizsgált rendszer esetében a szorzat megegyezik az egységnyi térfogatra jutó rudak számával, amelyek irányai a kis térszögön belül vannak. a vektor körül. A vektor tetszőleges irányt vehet fel, míg izotróp megoldásnál = const, rendezett megoldásnál az orientáció irányával egybeeső irányban van maximuma.
Onsager elméletében a rúd megoldásának Gibbs-függvényét három tag összegeként fejezik ki:
ahol G 1 a rudak mozgásához kapcsolódó Gibbs-függvényhez való hozzájárulást jelenti, G 2 figyelembe veszi a rendezett állapotba való átmenet során elkerülhetetlen entrópiaveszteségeket. A legérdekesebb a harmadik G 3 tag, amely a rudak közötti kölcsönhatás Gibbs-függvényére (szabadenergia) vonatkozik. Onsager szerint
ahol B(γ) a második viriális kölcsönhatási együttható a rudak között, amelyek hosszú tengelyei y szöget zárnak be egymással. Ebben az esetben a rudak kölcsönhatásának csak a kölcsönös áthatolhatatlanság miatti esetleges taszításuk szab határt. Ezért a B(γ) érték egyenlő azzal a térfogattal, amelyet az egyik rúd kizár a másik mozgásából.
A 3.17. ábrából az következik, hogy a kizárt térfogat és ezért B(γ) egyenlő:
ábrán látható paralelepipedonnak felel meg. 3.17.
A (3.118)-ból jól látható, hogy ha γ → 0, G 3 → 0, ezért az orientációs rendeződés, vagy más szóval a rudak egymással párhuzamos elrendezése termodinamikailag kedvező, mivel a Gibbs-függvény csökkenéséhez vezet. a rendszerről. Ez a következtetés általános jellegű. A mezofázis molekuláris pakolásának típusa és textúrája, bármilyen bizarr is legyen, mindig megfelel a Gibbs-függvény minimális értékének.
Onsager elméletében a következő végeredmények születtek.
1. Az orientáció rendezése hosszú merev rudak megoldásában másodrendű fázisátalakulás.
2. φ-nél< φ i , раствор изотропен, при φ >φ a - anizotróp, φ i-nél< φ < φ a раствор разделяется на две фазы - изотропную и анизотропную.
3. Az átmeneti régiók a makromolekula aszimmetria jellemzőihez kapcsolódnak:
A folyadékkristályos rendeződést merev rudak oldatában elméletileg Flory is vizsgálta az oldat rácsmodellje alapján. A kritikus koncentráció és az aszimmetria paraméter között a következő összefüggést vezette le:
Amikor a rudak vagy rúdszerű merev láncú makromolekulák koncentrációja eléri a , az oldatot két fázisra osztják - izotróp és anizotrop (folyadékkristályos). A φ2 növekedésével az első relatív mennyisége csökken, a második növekszik, és a határértékben az egész oldat folyadék-rendűvé válik. A rúd alakú molekulák folyadékkristályos elrendezésű oldat fázisdiagramjának általános nézetét először Flory készítette. ábrán láthatónak felel meg. A szintetikus poli-γ-benzil-L-glutamát polipeptid oldatának 3.18 fázisdiagramja. A diagram bal felső része az izotróp fázisnak, a jobb felső rész az anizotróp fázisnak, a görbék által határolt középső rész az izotróp és az anizotrop fázis együttélésének felel meg.
Az ilyen diagramokat a fázisszétválasztás keskeny folyosója jellemzi. Úgy gondoljuk, hogy egy olyan ponton kell konvergálnia, amely megfelel a polimer izotróp állapotból folyadékkristályos állapotba való átmenetének feltételezett hőmérsékletének. Nyilvánvaló, hogy ennek a pontnak a diagram jobb felső sarkában kell lennie, ami azt jelenti, hogy a hőmérséklet emelkedésével a folyosónak szűkülnie kell és jobbra kell fordulnia. Amikor a hőmérséklet 15°C fölé emelkedik (a folyosó kezdete), a polimerkoncentrációk aránya az együttélő izotróp és anizotróp fázisban viszonylag kis mértékben tér el - (F 2) a /(F2) anis = 1,5 értéktől. Ezt az eredményt Flory jósolta. T< 15 °С в широкой двухфазной области концентрация полимера в анизотропной фазе (φ 2 ≈ 0,7 - 0,85) значительно выше по сравнению с изотропной (φ 2 ≈ 0,01-0,05).
A Moszkvai Állami Egyetem Kémiai Karának Makromolekuláris Vegyületek Tanszékének vezető kutatója, egyetemi docens, a kémiai tudományok doktora, az Orosz Föderáció Fiatal Tudósok Elnöki Díjának 2009. évi kitüntetettje előadásának átiratát közöljük. , Alexey Bobrovsky, 2010. december 2-án a Politechnikai Múzeumban a „Public Lectures Polit. RU” projekt részeként.
Lásd még:
Előadás szövege. 1. rész
Jó estét! Néhány változtatást szeretnék tenni az előírásokon: az előadás két részből áll: először folyadékkristályok, majd folyadékkristályos polimerek, ezért az első rész után néhány kérdés feltevését szeretném javasolni. Könnyebb lesz.
Szeretném elmondani, hogy a fő feladat, amit az előadásra való felkészülés során kitűztem magam elé, nem annyira az, hogy rengeteg információval töltsem fel Önt a folyadékkristályokról és felhasználásukról, hanem az, hogy valamilyen módon érdekelje a folyadékkristályok iránt. néhány kezdeti fogalom: mik ezek, és megmutatják, milyen szépek és érdekesek, nem haszonelvű (hol használhatók), hanem tudomány és művészet (milyen szépek önmagukban) szemszögéből. Jelentésem terve.
Először is elmondom, hogy mikor és hogyan fedezték fel a folyadékkristályos állapotot, mitől egyediek a folyadékkristályok más tárgyakhoz képest, majd a beszámolóm második részében a folyadékkristályos polimerekről és arról, hogy miért érdekesek és csodálatosak. .
Mindenki tudja, hogy a legtöbb anyagban a molekulák kristályos állapotot alkotnak, a molekulák háromdimenziós kristályrácsot alkotnak, három dimenzióban rendeződnek, és bizonyos hőmérsékletre hevítve fázisátalakulás figyelhető meg a háromdimenziós rendezett állapotból egy háromdimenziós rendezett állapotba. rendezetlen folyékony halmazállapotú, és további melegítéssel - gáz halmazállapotúvá . Kiderült, hogy vannak olyan közbülső fázisok, amelyeknek a folyadék halmazállapota van, de ennek ellenére van valamilyen rendje: nem háromdimenziós, hanem kétdimenziós vagy más degenerált rend. Most elmagyarázom, miről beszélünk.
Az első jelentés egy szokatlan halmazállapotról - a folyadékkristályos halmazállapotról, bár ez a kifejezés akkor még nem létezett - 1888-ban történt. Egyes adatok szerint az anyag ilyen szokatlan állapotát 1850-ben jegyezték fel, de általánosan elfogadott tény, hogy 1888-ban Friedrich Reinitzer osztrák tudós a koleszterin-benzoátot – a koleszterin származékát – vizsgálta, és felfedezte, hogy ha melegítik. 145°-on a kristályos fázis (fehér por) furcsa zavaros folyadékká alakul, és további 179°-ra melegítéskor közönséges átlátszó folyadékká alakul át. Megpróbálta megtisztítani ezt az anyagot, mivel nem volt biztos benne, hogy tiszta koleszteril-benzoátja van, de ennek ellenére ez a két fázisátalakulás reprodukálódott. Ebből az anyagból mintát küldött barátjának, Otto von Lehmann fizikusnak. Lehman közönséges kristályokat tanulmányozott, beleértve a műanyag kristályokat is, amelyek puha tapintásúak és különböznek a szokásos kemény kristályoktól. A fő vizsgálati módszer a polarizációs optikai mikroszkóp volt - olyan mikroszkóp, amelyben a fény áthalad egy polarizátoron, áthalad egy anyagon, majd egy analizátoron - egy vékony anyagrétegen. Ha egy bizonyos anyag kristályait helyezzük a polarizátor és az analizátor közé, akkor láthatunk textúrákat – jellemző képeket a különböző kristályos anyagokra – és így tanulmányozhatjuk a kristályok optikai tulajdonságait. Kiderült, hogy Otto von Lehmann segített megérteni, mi az oka a köztes állapotnak, a téveszmének. Otto von Lehmann komolyan meg volt győződve arról, hogy a kristályos anyagok, kristályok minden tulajdonsága kizárólag a molekulák alakjától függ, vagyis nem mindegy, hogyan helyezkednek el ebben a kristályban, fontos a molekulák alakja. A folyadékkristályok esetében pedig igaza volt - a molekulák alakja határozza meg a folyadékkristályos fázis kialakításának képességét (főleg a molekulák alakja). Itt a folyadékkristályok tanulmányozásának főbb történelmi szakaszairól szeretnék beszélni, amelyek véleményem szerint a legfontosabbak.
1888-ban Reinitzer azt írta, hogy vannak kristályok, amelyek lágysága olyan, hogy folyékonynak nevezhető, majd Lehmann írt egy cikket a folyó kristályokról, sőt, ő alkotta meg a kifejezést. folyadékkristályok. Fontos történelmi epizód: a 20-30-as években Fredericks szovjet fizikus a különféle mágneses és elektromos terek folyadékkristályok optikai tulajdonságaira gyakorolt hatását tanulmányozta, és felfedezett egy fontos dolgot: a folyadékkristályokban lévő molekulák orientációja nagyon könnyen megváltozik a külső mezők hatása, és ezek a mezők nagyon gyengék és nagyon gyorsan változnak. A 60-as évek vége óta fellendülés kezdődött a folyadékkristályos rendszerek és a folyadékkristály-fázisok tanulmányozásában, és ez összefügg azzal a ténnyel, hogy megtanulták használni őket. Először a közönséges elektronikus digitális órák információmegjelenítő rendszereinél, majd a számológépeknél, és a számítástechnika megjelenésével világossá vált, hogy a folyadékkristályok aktívan felhasználhatók kijelzők gyártására. Természetesen egy ilyen technológiai ugrás ösztönözte a folyadékkristályok kutatását az alaptudomány szempontjából, de szeretném felhívni a figyelmet arra, hogy mekkora az időkülönbség a folyadékkristályokkal kapcsolatos tudományos felfedezések között. Valójában az emberek kíváncsiságból érdeklődtek irántuk, nem volt haszonelvű érdeklődés, senki sem tudta, hogyan kell használni őket, ráadásul azokban az években (20-30-as években) sokkal érdekesebb volt a relativitáselmélet. Fredericks egyébként a relativitáselmélet népszerűsítője volt a Szovjetunióban, majd elnyomták és a táborokban halt meg. Valójában 80 év telt el a folyadékkristályok felfedezése után, amíg megtanulták használni őket. Gyakran hozom ezt a példát, amikor a tudományfinanszírozás sajátosságairól beszélek.
A folyadékkristályos fázis főbb típusaival szeretnék foglalkozni. Hogyan működik a mezofázis, nevezetesen a folyadékkristályos fázis?
A folyadékkristályos fázist jellemzően rúd- vagy korong alakú, azaz alakanizometriájú molekulák alkotják, elsősorban rudak vagy korongok. Elképzelhetsz egy jó kísérletet, amit könnyű beállítani: ha véletlenszerűen beöntesz pálcákat egy dobozba és megrázod, akkor ennek a rázásnak az eredményeként észreveszed, hogy maguk a rudak párhuzamosan helyezkednek el, így a legegyszerűbb nematikus. fázis elrendezve. Egy bizonyos irány mentén orientációs sorrend van, de a molekulák tömegközéppontja rendezetlen. Vannak sokkal bonyolultabb fázisok, például a szmektikus típusúak, amikor a tömegközéppont síkban van, vagyis ilyen réteges fázisok. A koleszterikus fázis nagyon érdekes: lokális sorrendje megegyezik a nematikuséval, van tájékozódási rend, de több száz nanométeres távolságban egy bizonyos csavarodási irányú spirális szerkezet alakul ki, és az ún. ez a fázis abból adódik, hogy a molekulák királisak, vagyis molekuláris kiralitásra van szükség (később elmagyarázom, mi ez), hogy ilyen spirális csavart alakítsunk ki. Ennek a fázisnak is vannak érdekes tulajdonságai, mint például a nematikus, és szintén találhat valamilyen alkalmazást. A fázisok, amelyekről beszéltem, a legegyszerűbbek. Vannak úgynevezett kék fázisok.
Kicsit kitérek rájuk, amikor a polimerekről beszélek, ez egy kicsit a munkámhoz kapcsolódik. Itt ezek a vonalak jelzik a molekulák orientációjának irányát, és az ilyen fázisok fő szerkezeti eleme olyan hengerek, amelyekben a molekulák hosszú tengelyeinek orientációja ügyesen változik, vagyis ennek a hengernek a közepén az orientáció a henger tengelye, és a perifériára távolodva forgás figyelhető meg. Ezek a fázisok szerkezeti szempontból nagyon érdekesek, polarizáló mikroszkópban nagyon szépek, és fontos megjegyezni, hogy a kis molekulatömegű folyadékkristályok esetében ezek a fázisok néhány tized fokban léteznek, legfeljebb 2 -3°-os hőmérsékleti tartományban, a polimerek esetében pedig sikerült megörökítenem ezeket az érdekes szerkezeteket, erről majd később mesélek. Egy kis kémia. Hogyan néz ki a folyadékkristály-molekulák szerkezete?
Általában egy 2-3 benzolgyűrűből álló aromás rész található, néha két aromás gyűrű kapcsolódik közvetlenül, vagy lehet egy kapcsolóegység. Fontos, hogy ez a töredék megnyúlt, azaz hossza nagyobb, mint a szélessége, és elég merev legyen, és lehetséges a hosszú tengely körüli forgás, de ez a forgás során az alak megnyúlt marad. Ez nagyon fontos a folyadékkristályos fázis kialakulásához. A rugalmas farok jelenléte a molekulában fontos - ezek különféle alkilfarok, és fontos a különféle poláris szubsztituensek jelenléte. Ez az alkalmazás szempontjából fontos, és dipólusmomentumokat, valamint a külső mezőkben való átorientációs képességet hoz létre, vagyis ez a molekula két fő részből áll: egy mezogén fragmentumból valamilyen szubsztituenssel (poláris vagy nem poláris) és egy rugalmas farokból. ami meghajolhat. Miért van rá szükség? Belső lágyítóként működik, mert ha merev molekulákat veszünk, akkor azok kikristályosodnak - háromdimenziós kristályt alkotnak mezofázisok nélkül, folyadékkristályos fázisok nélkül, és a rugalmas farok gyakran segít abban, hogy a kristályok között köztes fázis képződjön. és egy közönséges izotróp folyadék. A molekulák másik típusa a korong alakú molekulák. Íme az ilyen korongok általános felépítése, amelyek mezafázisokat is képezhetnek, de teljesen más szerkezetűek, mint a megnyúlt molekulákon alapuló fázisok. Szeretném hangsúlyozni, milyen szépek a folyadékkristályok polarizáló mikroszkóp alatt.
A polarizációs mikroszkópia a folyadékkristályok vizsgálatának első módszere, vagyis abból a képből, amelyet a kutató a keresztezett polarizátorok polarizációs mikroszkópjában néz, meg lehet ítélni, hogy milyen mezofázis, milyen típusú folyadékkristályos fázis képződik. Ez a jellemző kép a nematikus fázisra, amelynek molekulái csak orientációs rendet alkotnak. Így néz ki a smectic fázis. Hogy képet adjunk ennek az egésznek a léptékéről, vagyis sokkal nagyobb, mint a molekuláris lépték: a kép szélessége több száz mikron, vagyis ez egy makroszkopikus kép, sokkal nagyobb, mint a hullámhossz a látható fénytől. Az ilyen képeket elemezve pedig meg lehet ítélni, hogy milyen szerkezetről van szó. Természetesen léteznek pontosabb módszerek ezeknek a mezofázisoknak a szerkezetének és egyes szerkezeti jellemzőinek meghatározására - olyan módszerek, mint a röntgendiffrakciós analízis, különféle spektroszkópia -, amelyek lehetővé teszik számunkra, hogy megértsük, hogyan és miért vannak ilyen vagy olyan módon csomagolva a molekulák. .
Egy másik képtípus a rövid DNS-fragmensek koncentrált oldata (vizes oldat) – ilyen képet a Colorado Egyetemen készítettek. Általánosságban elmondható, hogy a biológiai objektumokban a folyadékkristályos fázisok kialakulásának fontossága és sajátosságai egy külön nagy vita témája, és ebben nem vagyok szakértő, de azt mondhatom, hogy sok biológiai természetű polimer képes folyadékot előállítani. kristályos fázis, de ez általában liotróp folyékony kristályos fázis, azaz Fontos, hogy oldószer, például víz legyen jelen, hogy ez a folyadékkristályos fázis kialakuljon. Ezeket a képeket kaptam.
Így néz ki a koleszterikus mezofázis - az egyik tipikus kép. Szeretném megmutatni, hogy milyen szép fázisátalakulások vannak: amikor a hőmérséklet változik, fázisátalakulást figyelhetünk meg.
A hőmérséklet változásakor a fénytörés változása figyelhető meg, így a színek megváltoznak, közeledünk az átmenethez - és egy izotróp olvadékba való átmenet figyelhető meg, vagyis minden elsötétült, sötét kép látható a keresztezett polarizátorokban.
Egy másik esetben ez egy kicsit bonyolultabb: először sötét kép látszik, de a természet megtéveszt minket, a molekulák egyszerűen úgy vannak orientálva, hogy izotróp olvadéknak tűnjenek, de volt folyadékkristályos fázis. Itt van az átmenet egy másik folyadékkristályos fázisba - lehűléskor rendezettebb irányváltozások következnek be. A vörös színhez a csavarvonal bizonyos magasságú spirális szerkezete társul, és a spirál magassága megváltozik, a hélix csavarodik, így színváltozás következik be. Különböző eltérések láthatók, vagyis a spirál csavarodik, és most egy ponton ennek a mintának a kristályosodása figyelhető meg, mindez kék színűvé válik. Ezt azzal mutatom meg, hogy az egyik személyes motívum például a folyadékkristályok tanulmányozása során a szépségük, örömmel nézem őket mikroszkópon keresztül, minden nap megvan a boldogság, hogy ezt csinálom, és az esztétikai érdeklődés is támogatott. tudományos érdeklődés alapján. Most kristályosodás lesz, minden valós időben történik. Csengeim és sípjaim nincsenek, ez egy közönséges, mikroszkópra szerelt szappantartó, szóval a minőség megfelelő. Itt nőnek ennek a vegyületnek a szferulitjai. Ezt a vegyületet a Cseh Köztársaság vegyészei szintetizálták számunkra. (Mi magunk is szintetizálunk LCD vegyületeket.) Kicsit el kell mondanunk, hogy miért használják őket széles körben.
Mindannyian viszünk magunkkal egy kis mennyiségű folyadékkristályt, mert minden mobiltelefon-monitor folyadékkristályokra épül, nem beszélve a számítógép-monitorokról, kijelzőkről, televízió-monitorokról, és általában a plazma- és LED-monitorok komoly versenyéről – akkor pl. amennyire én tudom (nem vagyok ebben jártas), nem. A folyadékkristályok stabilak, és nem igényelnek nagy feszültséget a képváltáshoz - ez nagyon fontos. A folyadékkristályokban egy fontos kombináció figyelhető meg, az úgynevezett tulajdonságok anizotrópiája, vagyis a közeg különböző irányú tulajdonságainak különbözősége, alacsony viszkozitása, más szóval folyékonyság, lehetőség nyílik valamilyen optikai tulajdonság létrehozására. Jellegzetes kapcsolási idővel ezredmásodperc vagy akár mikroszekundum kapcsolna és reagálna, amikor a szem nem veszi észre ennek a változásnak a sebességét, ezért lehetséges az LCD-k és televízió-kijelzők létezése, valamint a külső mezőkre való nagyon nagy érzékenység. Ezeket a hatásokat Fredericks előtt fedezték fel, de ő tanulmányozta őket, és azt az orientációs átmenetet, amelyről most beszélek, Fredericks-átmenetnek hívják. Hogyan működik egy egyszerű digitális óra számlap, és miért használják olyan széles körben a folyadékkristályokat?
A készülék így néz ki: van egy folyadékkristályréteg; a pálcikák a folyadékkristály molekulában az orientáció irányát képviselik, természetesen nem méretarányosak, sokkal kisebbek, mint a többi dizájnelem, két polarizátor van, úgy vannak keresztezve, hogy ha nem lenne folyadékkristály réteg, a fény nem jutna át rajtuk. Vannak olyan üveghordozók, amelyekre vékony vezető réteget visznek fel, hogy elektromos mezőt lehessen alkalmazni; Van egy ilyen trükkös réteg is, amely bizonyos módon orientálja a folyadékkristály molekulákat, és az orientáció úgy van beállítva, hogy a felső szubsztrátumon a molekulák egy irányba, a másik szubsztrátumon pedig merőlegesen orientálódjanak. , vagyis a folyadékkristály molekulák csavart orientációja szerveződik, így a fény polarizátorra kerülve polarizálódik - folyadékkristályos közegbe kerül, és polarizációs síkja a folyadék orientációját követve forog. kristálymolekula - ezek a folyadékkristály-molekulák tulajdonságai. És ennek megfelelően, mivel síkpolarizációban 90°-kal elfordul, a fény nyugodtan halad át ezen a geometrián, és ha elektromos mezőt alkalmazunk, a molekulák az elektromos tér mentén sorakoznak, így a polarizált fény nem változtatja meg a polarizációját. és nem tud átjutni másik polarizátoron. Így jelenik meg egy sötét kép. A valóságban tükröt használnak egy karórán, és olyan szegmenseket lehet készíteni, amelyek lehetővé teszik bizonyos kép megjelenítését. Ez a legegyszerűbb séma, persze a folyadékkristályos monitorok sokkal bonyolultabb felépítésűek, többrétegűek, a rétegek általában nagyon vékonyak - több tíz nanométertől a mikronig -, de az elv alapvetően ugyanaz, és ez az átmenet az, amikor a A molekulák orientációja az elektromos vagy mágneses tér mentén megváltozik (a monitorok elektromos teret használnak, mert ez könnyebb) Fredericks-átmenetnek (effektus) nevezik, és minden ilyen eszközben aktívan használják. Az első prototípus egy nematikus kijelző a számlapban.
És ez egy olyan kép, amely szemlélteti, milyen kicsi elektromos térre van szükség egy folyadékkristály-molekula átirányításához. Valójában ez egy galvanikus cella, amely két krumpliból áll elektrolitként, vagyis nagyon kis, 1 V körüli feszültségre van szükség egy ilyen átirányításhoz, ezért ezeket az anyagokat olyan széles körben használják. Egy másik alkalmazás, és a koleszterikus folyadékkristályokról beszélünk, amelyről részletesebben beszélek, annak a ténynek köszönhető, hogy a hőmérséklettől függően képesek megváltoztatni a színüket.
Ez a spirál eltérő menetemelkedéséből adódik, így például a hőmérséklet-eloszlás is láthatóvá válik. Befejeztem a kis molekulájú folyadékkristályokról szóló beszélgetést, és készen állok meghallgatni a velük kapcsolatos kérdéseit, mielőtt rátérnék a polimer folyadékkristályokra.
Az előadás megbeszélése. 1. rész
Tatyana Sukhanova, Bioszerves Kémiai Intézet: Válaszoljon az amatőr kérdésére: milyen tartományban változik a folyadékkristályok színe, és ez hogyan függ a szerkezetüktől?
Alekszej Bobrovszkij: Koleszterikus folyadékkristályokról beszélünk. Itt a szín a koleszterikus hélix magasságától függően változik. Vannak koleszterikusok, amelyek szelektíven verik vissza a fényt az UV tartományban, illetve a láthatatlan tartományban, és vannak olyan koleszterikusok, amelyek szelektíven verik vissza a fényt ennek a periodicitásnak köszönhetően az infravörös tartományban, vagyis mikronokról, tíz mikronokról, ill. a színes képek esete, amit polarizált optikai mikroszkóppal mutattam be, ott bonyolultabb, a szín pedig abból adódik, hogy a polarizált fény, a polarizációs sík folyadékkristályban másképp forog, és ez attól függ, hullámhossz. Összetett színválaszték létezik, és a teljes látható tartomány le van fedve, vagyis sokféle színt lehet elérni.
Borisz Dolgin: Mesélnél egy kicsit többet az életről?
Alekszej Bobrovszkij: Az életről? Konkrétan a folyadékkristályok szerepéről a biológiában?
Borisz Dolgin: Igen.
Alekszej Bobrovszkij: Sajnos ez egyáltalán nem az én témám. A végén adok egy linket a könyvhöz. Először is, amikor a folyadékkristályok biológiában való kapcsolatáról beszélnek, arról beszélnek, hogyan használhatók az orvostudományban - sokféle lehetőség létezik. A lipid sejtmembránokban a folyadékkristályos állapot ésszerű biológiai hőmérsékleten jön létre.
Borisz Dolgin: És ez egyáltalán nem műtárgy, és ez egy kiegészítő kutatás.
Alekszej Bobrovszkij: Igen. Számomra úgy tűnik, hogy a folyadékkristályos állapot szerepe még mindig nem igazán ismert, és néha van bizonyíték arra, hogy a sejtben lévő DNS létezhet folyadékkristályos állapotban, de ez a jövőbeli kutatások témája. Ez nem az én tudományterületem. Inkább a folyékony kristályos szintetikus polimerek érdekelnek, ezekről a továbbiakban még szólok.
Borisz Dolgin: Az LCD polimerek teljesen mesterségesek?
Alekszej Bobrovszkij: Igen, többnyire minden mesterséges. Például egyes bogarak és lepkék elszíneződése az ilyen természetes nem folyékony kristályoknak, hanem a kitines biológiai polimereknek köszönhető fagyott folyadékkristályos állapotnak köszönhető. Így alakult ki az evolúció, hogy a színezés nem a pigmenteknek, hanem a polimerek ravasz szerkezetének köszönhető.
Mihail Potanin: Lenne egy kérdésem a folyadékkristályok mágneses érzékenységével kapcsolatban. Mennyire érzékenyek a Föld mágneses mezőire? Lehet velük iránytűt készíteni?
Alekszej Bobrovszkij: Nem, te nem tudod. Sajnos ez történt. Mi határozza meg a folyadékkristályok érzékenységét? Létezik a diamágneses szuszceptibilitás és a dielektromos állandó fogalma, és elektromos tér esetén minden sokkal kényelmesebb és jobb, vagyis elég 1 V-ot ténylegesen ráadni egy ilyen folyadékkristályos cellára - és minden átirányul. , és mágneses tér esetén teslákról beszélünk - ilyen térerősség összehasonlíthatatlanul nagyobb, mint a Föld mágneses mezejének erőssége,
Lev Moszkovkin: Lehet egy teljesen amatőr kérdésem. Az előadás teljesen elbűvölő, az esztétikai elégedettség remek, de maga az előadás már kevésbé. Az Ön által mutatott képek hasonlítanak a magra - esztétikailag is aktívak - és a Jabotinsky-reakcióra, bár a képei nem ciklikusak. Köszönöm.
Alekszej Bobrovszkij: Nem vagyok kész erre a kérdésre válaszolni. Ezt meg kell vizsgálni a szakirodalomban. A polimerekben és a folyadékkristályokban létezik a „scaling”, azaz az önhasonlóság elmélete. Nehezen tudok válaszolni erre a kérdésre, nem vagyok kompetens ebben a témában.
Natalia: Most a Nobel-díjat orosz tudósoknak ítélik oda. Ön szerint Fredericks, ha életben maradt volna, megkaphatta volna ezt a kitüntetést? Általánosságban elmondható, hogy a témával foglalkozó tudósok közül valaki kapott Nobel-díjat?
Alekszej Bobrovszkij: Szerintem persze Fredericks lenne az első jelölt. A háború alatt egy táborban halt meg. Ha 1968-1970-ig élt volna, ő lett volna az első jelölt a Nobel-díjra – ez teljesen nyilvánvaló. Még mindig nagyszerű fizikus, de nem kapott díjat (tudósainkról beszélünk), - Cvetkov a szentpétervári fizikusiskola alapítója, sajnos az ilyen vagy olyan mértékben szétesett. Azt a kérdést, hogy ki kapta a folyadékkristályokért járó Nobel-díjat, konkrétan nem vizsgálták vagy tanulmányozták, de véleményem szerint csak Paul de Gennes kapott polimerekért és folyadékkristályokért Nobel-díjat.
Borisz Dolgin: A folyadékkristályok tanulmányozásának divatja végleg elmúlt?
Alekszej Bobrovszkij: Igen, persze, már nincs izgalom, mert a legegyszerűbb mezofázisnál (nematikus folyadékkristályos fázis) már sok minden világos, és egyértelmű, hogy ez a legoptimálisabb a használatra. A bonyolultabb fázisok iránt továbbra is van némi érdeklődés, mert a jól tanulmányozotthoz képest bizonyos előnyök érhetők el, de a folyadékkristályos állapotról szóló publikációk száma csökken.
Borisz Dolgin: Vagyis nem látsz minőségi ugrásokat a megértésben, nincs olyan zóna, ahol globális rejtély lenne.
Alekszej Bobrovszkij: Szerintem jobb nem jósolni, mert bármi megtörténhet. A tudomány nem mindig fejlődik következetesen. Néha vannak furcsa ugrások, ezért nem vállalok jóslatokat.
Konsztantyin Ivanovics: Szeretném tudni, mennyire biztonságosak az emberi élet számára.
Alekszej Bobrovszkij: Az LCD-kijelzőket gyártó emberek biztonsági teszteken esnek át. Ha megiszik egy liter folyadékkristályt, akkor valószínűleg rosszul érzi magát, de mivel milligrammokat használnak, nincs komoly veszély. Ez sokkal biztonságosabb, mint a törött, szivárgó higany a hőmérőből. Ez kárban teljesen összehasonlíthatatlan. Jelenleg folyik a kutatás a folyadékkristályok újrahasznosításával kapcsolatban. Hallottam egy jelentést, ahol komolyan veszik ezt a problémát, hogy már nagy mennyiségű selejt van, és hogyan lehet visszanyerni, de a környezet problémái minimálisak. Biztonságban vannak.
Borisz Dolgin: Volt egy nagyon érdekes dolog a végén. Ha elképzelsz egy használt LCD monitort és így tovább. Mi lesz vele ezután, mi történik? Hogyan ártalmatlanítják - vagy nem ártalmatlanítják, vagy valahogy lebomlik, vagy megmarad?
Alekszej Bobrovszkij: Szerintem a folyadékkristály molekulák az elsők, amik külső hatásokra bomlanak le.
Borisz Dolgin: Tehát itt nincs különösebb sajátosság?
Alekszej Bobrovszkij: Természetesen nem. Szerintem a műanyagok és polimerek újrahasznosításával kapcsolatos problémák sokkal bonyolultabbak.
Oleg: Kérem, mondja meg, mi határozza meg a folyadékkristályos fázisok hőmérséklet-tartományát? Mint tudják, minden modern kijelző nagyon széles hőmérsékleti tartományban működik. Hogyan sikerült ezt elérni, és az anyag milyen tulajdonságai és szerkezete határozza meg ezeket?
Alekszej Bobrovszkij: Remek kérdés. Valójában a közönséges vegyületek, az egyenként szintetizált szerves vegyületek többsége olyan hőmérsékletű, mint azt bemutattam, a koleszteril-benzoát 140 °C-on olvad, majd izotróp bomlás 170 °C-on. Vannak olyan anyagok, amelyek alacsony, szobahőmérséklet körüli olvadáspontúak, és 50° körül alakulnak át közönséges izotróp folyadékká, de ahhoz, hogy ilyen széles hőmérsékleti tartományt lehessen megvalósítani, egészen mínuszig keverékeket kellett készíteni. Különböző anyagok hagyományos kevert összetételei, ha összekeverik, olvadáspontjuk nagymértékben csökken. Egy ilyen trükk. Általában ezek homológ sorozatok, a kijelzőkben egy bifenil-származékot használnak, ahol nincs X és nitril szubsztituens, és a különböző hosszúságú farokokat alkilfaroknak tekintjük, és 5-7 komponens keveréke teszi lehetővé a redukálást. az olvadáspont 0° alatt, miközben a tisztulási hőmérsékletet, azaz a folyadékkristály izotróp fázisba való átmenetét 60° felett hagyja el - ez egy ilyen trükk.
Előadás szövege. 2. rész
Először is szeretném elmondani, mik azok a polimerek.
A polimerek olyan vegyületek, amelyeket ismételt ismétléssel, azaz azonos egységek kémiai kötésével állítanak elő - a legegyszerűbb esetben azonosak, mint a polietilén esetében, ezek egyetlen láncban egymáshoz kapcsolódó CH 2 egységek. Természetesen vannak bonyolultabb molekulák, még DNS-molekulák is, amelyek szerkezete nem ismétlődik, és nagyon összetett módon szerveződik.
A polimer topológia fő típusai: a legegyszerűbb molekulák a lineáris láncú molekulák, vannak elágazó, fésű alakú polimerek. A fésű alakú polimerek fontos szerepet játszottak a folyadékkristályos polimerek előállításában. A csillag alakú, gyűrűhöz kötött polikatenánok különböző molekulaformák. Amikor a folyadékkristályos állapot kutatása javában zajlott, amikor a folyadékkristályokat vizsgálták, felmerült az ötlet: lehetséges-e ötvözni a folyadékkristályok egyedi optikai tulajdonságait a polimerek jó mechanikai tulajdonságaival - bevonat-, filmképző képességgel , és néhány termék? És ami eszembe jutott 1974-ben (ott volt az első publikáció) - a 60-as évek végén - a 70-es évek elején elkezdtek különböző megközelítéseket javasolni a folyékony kristályos polimerek előállítására.
Az egyik megközelítés az, hogy rúd alakú, pálcika alakú molekulákat kötnek egy lineáris makromolekulához, de kiderült, hogy az ilyen polimerek nem képeznek folyadékkristályos fázist - ezek közönséges törékeny üvegek, amelyek hevítéskor bomlásnak indulnak és nem adnak semmit. . Ezután párhuzamosan két laboratóriumban (erről később részletesebben beszélek) javasoltak egy olyan megközelítést, amellyel az ilyen rúd alakú molekulákat a fő polimer lánchoz flexibilis távtartókon - vagy oroszul decoupleseken keresztül - rögzíthetik. És akkor a következő kiderül: a fő polimer lánc között enyhe autonómia van, nagyrészt függetlenül megy végbe, és a rúd alakú molekulák viselkedése, vagyis a fő polimer lánc nem zavarja a rúd alakú kialakulását a folyadékkristályos fázis töredékei.
Ez a megközelítés nagyon gyümölcsözőnek bizonyult, és ezzel párhuzamosan két laboratóriumban - Nikolai Alfredovich Plate laboratóriumában a Szovjetunióban és a Ringsdorfi laboratóriumban - egy ilyen megközelítést egymástól függetlenül javasoltak, és most örömmel dolgozom a Valerij Petrovics Shibaev laboratóriumában a Moszkvai Állami Egyetem Kémiai Karán, vagyis abban a laboratóriumban dolgozom, ahol mindezt feltalálták. Természetesen voltak viták a prioritásokról, de ez mind lényegtelen.
A folyadékkristályos polimerek fő típusai. Nem beszélek az ilyen főláncokról vagy a fő polimer lánc fő csoportjairól (ez az ilyen polimerek egyik fajtája), elsősorban a fésű alakú folyadékkristályos polimerekről beszélek, amelyekben a rúd alakú töredékek a főlánc egy rugalmas alifás leválasztón keresztül.
A folyékony kristályos polimerek előállításának megközelítésének fontos előnye a szintézis és a különböző tulajdonságok kombinációja szempontjából a homopolimerek előállításának lehetősége. Vagyis veszel egy monomert, amely például egy kettős kötés miatt képes láncmolekulát képezni, amit itt sematikusan ábrázoltunk, és kapsz egy homopolimert, vagyis egy olyan polimert, amelynek molekulái azonos rúd alakú töredékekből állnak. , vagy kopolimereket készíthet két különböző fragmens kombinálásával - mindkettő alkothat egy mezofázist, vagy kombinálhat nem mezogén fragmentumokat mezogén fragmensekkel, és kiderül, hogy képesek vagyunk kémiailag rákényszeríteni a különböző komponenseket, hogy azonosak legyenek. polimer rendszer. Vagyis ha megpróbálnánk egy ilyen monomert kémiai kötés nélkül keverni egy ilyen monomerrel, akkor két külön fázist adnának, és kémiai kötéssel egy rendszerbe kényszerítenénk őket, és akkor megmutatom, miért ez jó.
A polimer folyadékkristályok és az alacsony molekulatömegű folyadékkristályok közötti fontos előny és különbség az üveges állapot kialakításának lehetősége. Ha megnézzük a hőmérsékleti skálát: magas hőmérsékleten izotróp fázisunk van, amikor a hőmérséklet csökken, folyadékkristályos fázis képződik (ilyen körülmények között a polimer nagyon viszkózus folyadéknak tűnik), és lehűtve átmenet üveges állapot figyelhető meg. Ez a hőmérséklet általában közel van a szobahőmérséklethez vagy valamivel magasabb, de ez a kémiai szerkezettől függ. Így a kis molekulatömegű vegyületekkel ellentétben, amelyek vagy folyékonyak, vagy kristályos állapotba kerülnek, a szerkezet megváltozik. A polimerek esetében ez a szerkezet üveges állapotban dermedtnek bizonyul, ami akár évtizedekig is fennmaradhat, és ez az alkalmazás szempontjából fontos, például az információ tárolásának rögzítéséhez módosíthatjuk a a molekula szerkezetét és orientációját, a molekula fragmentumait, és szobahőmérsékleten lefagyasztjuk. Ez fontos különbség és előnye a kis molekulatömegű vegyületekből származó polimereknek. Mire jók még a polimerek?
Ez a videó egy folyadékkristályos elasztomert mutat be, vagyis olyan érzést kelt, mint egy gumiszalag, amely melegítéskor összehúzódik, lehűléskor pedig kitágul. Ez a munka az internetről származik. Ez nem az én munkám, itt egy gyorsított kép, vagyis a valóságban sajnos ez az átmenet több tíz percen belül megfigyelhető. Miért történik ez? Mi az a folyadékkristályos elasztomer, amelynek üvegesedési hőmérséklete meglehetősen alacsony, azaz szobahőmérsékleten rugalmas állapotban van, de a makromolekulák térhálósodnak, és ha folyadékkristályos fázisban filmet szintetizálunk, akkor a polimer lánc kissé megismétli a mezogén csoportok orientációját, és ha felmelegítjük, akkor a mezogén csoportok rendezetlen állapotba kerülnek, és ennek megfelelően rendezetlen állapotba helyezik át a fő polimer láncokat, és megváltozik a makromolekuláris tekercsek anizometriája. Ez oda vezet, hogy melegítéskor a mezofázisból az izotróp fázisba való átmenet során a minta geometriai méretei megváltoznak a polimer tekercsek alakjának változása miatt. Kis molekulatömegű folyadékkristályok esetében ez nem figyelhető meg. Két németországi csoport - a Finkelman, a Zentel - és más csoportok sokat dolgoztak ezeken a dolgokon. Ugyanez figyelhető meg a fény hatására is.
Nagyon sok munka foglalkozik fotokróm polimerekkel, amelyek azobenzol fragmentumot tartalmaznak - két benzolgyűrűt, amelyek NN kettős kötéssel kapcsolódnak egymáshoz. Mi történik, ha az ilyen molekuláris fragmentumokat fény éri? Az úgynevezett transz-cisz izomerizáció figyelhető meg, és a rúd alakú töredék fénnyel besugározva ferde ívelt cisz formává, hajlított töredékké alakul. Ez is oda vezet, hogy a rendszerben nagymértékben lecsökken a rend, és ahogy korábban láttuk hevítéskor, úgy a besugárzás során is megfigyelhető a geometriai méretek csökkenése, a fólia alakjának változása, ebben az esetben megfigyeltük. egy csökkentés.
A besugárzás során különféle hajlítási alakváltozások valósulhatnak meg, azaz UV fénnyel besugározva a film ilyen meghajlítása valósítható meg. Ha látható fénynek van kitéve, fordított cisz-transz izomerizáció figyelhető meg, és ez a film kitágul. Mindenféle lehetőség lehetséges - ez függhet a beeső fény polarizációjától. Azért beszélek erről, mert ez most a folyadékkristályos polimerek kutatásának meglehetősen népszerű területe. Ez alapján még néhány készüléket is sikerül elkészíteniük, de eddig sajnos elég hosszúak az átállási idők, vagyis kicsi a sebesség, ezért konkrét felhasználásról nem lehet beszélni, de ezek mégis olyan mesterségesen létrehozott izmok, amelyek a hőmérséklet változásakor vagy különböző hullámhosszú fény hatására működnek. Most közvetlenül a munkámról szeretnék egy kicsit mesélni.
Mi a munkám, a laboratóriumunk feladata. A kopolimerizáció előnyeiről, a teljesen eltérő fragmensek egy polimer anyagban való kombinálásának lehetőségéről már beszéltem, és a fő feladat, az ilyen különböző multifunkcionális folyadékkristályos polimerek létrehozásának fő megközelítése a funkcionális monomerek széles skálájának kopolimerizálása. lehetnek mezogének, vagyis a folyadékkristályos polimerek képződéséért felelősek.fázisok, királisak (a kiralitásról később lesz szó), fotokróm, azaz fény hatására képesek változni, elektroaktívak, amelyek egy nagy dipólusmomentum, és egy mező hatására átirányítható, különféle funkciós csoportok alakulhatnak ki, amelyek például fémionokkal léphetnek kölcsönhatásba, és az anyag változásai is lehetségesek. És ez egy ilyen hipotetikus fésű alakú makromolekula, amit itt rajzoltunk, de a valóságban kettős vagy háromkomponensű kopolimereket kapunk, amelyek különböző fragmenskombinációkat tartalmaznak, és ennek megfelelően különböző hatások segítségével megváltoztathatjuk ezeknek az anyagoknak az optikai és egyéb tulajdonságait, pl. , fény és elektromos mező. Egy ilyen példa a kiralitás és a fotokromicitás kombinációjára.
A koleszterikus mezofázisról már beszéltem - a helyzet az, hogy egy spirális molekulaszerkezet képződik bizonyos hélix-emelkedéssel, és az ilyen rendszerekben a fény szelektív visszaverődése van az ilyen periodicitás miatt. Ez egy filmszakasz sematikus diagramja: egy bizonyos hélix emelkedés, és tény, hogy a szelektív reflexió lineárisan kapcsolódik a spirál emelkedéséhez - arányos a spirál osztásközével, vagyis a spirál magasságának ilyen vagy olyan módon történő megváltoztatásával, megváltoztathatjuk a film színét, a szelektív visszaverődés hullámhosszát. Mi okoz egy ilyen szerkezetet bizonyos fokú csavarással? Ahhoz, hogy ilyen szerkezet alakuljon ki, királis fragmentumokat kell bevinni a nematikus fázisba.
A molekuláris kiralitás a molekulák azon tulajdonsága, hogy nem kompatibilisek tükörképükkel. A legegyszerűbb királis töredék, ami előttünk van, a két tenyerünk. Ezek nagyjából egymás tükörképei, és semmiképpen sem hasonlíthatók össze. A molekuláris kiralitás bevezeti a nematikus rendszerbe azt a képességet, hogy csavarodjon és hélixet képezzen. Azt kell mondanunk, hogy még mindig nincs egyértelmű, jól magyarázható elmélet a spirális csavarodásról, de ennek ellenére megfigyelhető.
Van egy fontos paraméter, nem foglalkozom vele, - ez a csavaró erő, és kiderült, hogy a csavaró erő - a királis fragmentumok spirális szerkezet kialakítására való képessége - erősen függ a királis fragmentumok geometriájától.
Olyan királis-fotokróm kopolimereket kaptunk, amelyek mezogén fragmentumot tartalmaznak (kék pálcikaként ábrázolva) - ez a nematikus folyadékkristályos fázis kialakulásáért felelős. Királis-fotokróm fragmentumokkal rendelkező kopolimereket kaptak, amelyek egyrészt királis molekulát (csoportot), másrészt fotoizomerizációra, azaz fény hatására geometriát megváltoztatni képes fragmenst tartalmaznak, és az ilyen molekulák besugárzásával transz-cisz-izomerizációt indukálunk, megváltoztatjuk a királis fotokróm fragmens szerkezetét, és ennek eredményeként a koleszterikus hélix indukálási hatékonyságát kiváltó képességét, azaz így tudjuk például fény hatására tekerjük le a koleszterikus hélixet, ezt megtehetjük reverzibilisen vagy irreverzibilisen. Hogyan néz ki egy kísérlet, mit tudunk megvalósítani?
Van egy szakaszunk egy koleszterikus polimerből készült koleszterikus filmből. Maszkkal besugározhatjuk és lokálisan izomerizációt indukálhatunk, az izomerizáció során megváltozik a királis fragmentumok szerkezete, csökken a csavarodási képességük, és megfigyelhető a hélix lokális letekeredése, és mivel a hélix letekerődése figyelhető meg, megváltoztathatjuk a szín szelektív visszaverődésének hullámhosszát, vagyis a színes filmeket.
A laboratóriumunkban kapott minták maszkon keresztül besugárzott polimer minták. Ilyen filmekre különféle képeket rögzíthetünk. Ez hasznos lehet, de szeretném felhívni a figyelmet arra, hogy munkánk fő célja az ilyen rendszerek szerkezetének a molekuláris tervezésre, az ilyen polimerek szintézisére és az ilyen rendszerek tulajdonságaira gyakorolt hatásának vizsgálata. . Emellett megtanultuk nemcsak a fényt, a szelektív visszaverődés hullámhosszát, hanem az elektromosságot is. Például rögzíthetünk valamilyen színes képet, majd elektromos mező alkalmazásával valahogy megváltoztathatjuk azt. Az ilyen anyagok sokoldalúsága miatt. Az ilyen átmenetek - a spirál letekerése-csavarása - visszafordíthatóak lehetnek.
Ez az adott kémiai szerkezettől függ. Például előidézhetjük a szelektív visszaverődés (valójában a színezés) hullámhosszát a felvétel-törlési ciklusok számától, vagyis ultraibolya fénnyel besugározva letekerjük a spirált, és a film zöldből pirosra változik. , majd 60°-os hőmérsékletre melegíthetjük és fordított csavarást indukálhatunk. Így sok hurkot valósíthat meg. Befejezésül szeretnék egy kicsit visszatérni a folyadékkristályok és a folyadékkristályos polimerek esztétikai oldalához.
Megmutattam és beszéltem egy kicsit a kék fázisról - egy összetett, nagyon érdekes szerkezet, még mindig tanulmányozzák, nanorészecskéket vezetnek be, és látják, mi változik ott, és a kis molekulatömegű folyadékkristályokban ez a fázis néhány fok töredékében létezik. (2°-3°, de nem több), nagyon instabilak. Elég egy kicsit megnyomni a mintát - és ez a gyönyörű textúra, egy példa itt látható, megsemmisül, és a polimerekben 1994-1995-ben hosszú hevítéssel, bizonyos hőmérsékleteken fóliák égetésével sikerült. A koleszterikus kék fázisok ilyen gyönyörű textúráit látni, és minden trükk nélkül (folyékony nitrogén használata nélkül) sikerült csak lehűteni ezeket a filmeket és megfigyelni ezeket a textúrákat. Nemrég találtam ezeket a mintákat. 15 év telt el - és ezek a textúrák teljesen változatlanok maradtak, vagyis a kék fázisok ravasz szerkezete, mint néhány ősi rovar a borostyánban, több mint 10 éve rögzített.
Ez kutatási szempontból természetesen kényelmes. Ezt behelyezhetjük egy atomerőmikroszkópba, és tanulmányozhatjuk az ilyen filmek metszeteit - kényelmes és gyönyörű. Nekem ennyi. Szeretnék a szakirodalomra hivatkozni.
Sonin Anatolij Sztyepanovics első könyvét több mint 20 éve, 1980-ban olvastam a „Centaur and Nature” kiadótól, majd még iskolás koromban elkezdtek érdeklődni a folyadékkristályok iránt, és így történt, hogy Anatolij Sztyepanovics Sonin a dolgozatom lektora volt. Egy modernebb kiadvány tudományos témavezetőm, Valerij Petrovics Shibaev „Folyadékkristályok az élet kémiájában” című cikke. Óriási mennyiségű angol nyelvű irodalom van; ha van kedved és vágyad, sok mindent magad is megtalálhatsz. Például Dierking „Textures of Liquid Crystals” című könyve. Nemrég találtam egy könyvet, ami a folyadékkristályok biomedicinában való felhasználásával foglalkozik, vagyis ha valakit érdekel ez a konkrét szempont, ajánlom. Van egy e-mail a kommunikációhoz, mindig szívesen válaszolok kérdéseire, esetleg küldök néhány cikket, ha van ilyen érdeklődés. Köszönöm a figyelmet.
Az előadás megbeszélése. 2. rész
Alekszej Bobrovszkij: Mutatni kellett valami konkrét kémiát. Ez az én mulasztásom. Nem, ez egy többlépcsős szerves szintézis. Néhány egyszerű anyagot veszünk, lombikban hasonlít egy kémiai konyhára, az ilyen reakciók során a molekulák összetettebb anyagokká egyesülnek, szinte minden szakaszban izolálják őket, valahogy elemzik őket, megállapítják a kívánt szerkezet egyezését. azokkal a spektrális adatokkal, amelyeket a műszerek adnak nekünk, hogy biztosak lehessünk abban, hogy erre az anyagra van szükségünk. Ez egy meglehetősen bonyolult szekvenciális szintézis. Természetesen a folyadékkristályos polimerek előállítása még munkaigényesebb szintézist igényel. Úgy tűnik, hogy a különböző fehér porok narancssárga port készítenek. A folyadékkristályos polimer úgy néz ki, mint egy gumiszalag, vagy egy szilárd szinterezett anyag, de ha felmelegítjük és vékony filmet készítünk belőle (ez melegítésnél lehetséges), akkor ez a furcsa anyag gyönyörű képeket ad mikroszkópban.
Borisz Dolgin: Lenne egy kérdésem, talán más területről, sőt, talán előbb Lev, aztán én, hogy ne vonja el a figyelmet a tényszerű részről.
Lev Moszkovkin: Nagyon lenyűgözött a mai előadás, számomra ez valami új felfedezése. A kérdések egyszerűek: milyen erős az izomerő? Miben működik? És tudatlanságból mi az a textúra, miben különbözik a szerkezettől? Az előadása után számomra úgy tűnik, hogy mindent, ami az életben strukturált, mindezt a folyadékkristályoknak köszönhetően, szintén nagyrészt fény és gyenge impulzus szabályozza. Nagyon szépen köszönjük.
Alekszej Bobrovszkij: Persze nem lehet azt mondani, hogy mindent a folyadékkristályok szabályoznak, ez persze nem így van. Az anyag önszerveződésének különböző formái léteznek, és a folyadékkristályos állapot csak az egyik ilyen önszerveződési forma. Milyen erősek a polimer izmok? Nem ismerem a mennyiségi jellemzőket a meglévő vas alapú eszközökhöz képest, durván véve persze nem olyan erősek, de azt akarom mondani, hogy például a modern páncélzatok tartalmazzák a Kivlar anyagot – egy olyan szálat, ami folyadékkristályos szerkezetű főlánctípus, mezogén csoportokat tartalmazó polimer a főláncban. Ennek a rostnak az előállítása során a makromolekulákat a húzás iránya mentén megfeszítik, és nagyon nagy szilárdságot biztosítanak, ami lehetővé teszi erős szálak készítését a páncél, a működtetők vagy az izmok számára a fejlesztési szakaszban, de az erők elérhetők ott nagyon gyenge. A textúra és a szerkezet közötti különbség. A textúra egy olyan fogalom, amelyet olyan emberek használnak, akik szőnyegekkel, dolgok tervezésével, egyes vizuális dolgokkal, művészi tervezéssel foglalkoznak, vagyis elsősorban a megjelenés. Még szerencse, hogy a folyadékkristályok szerkezete, vagyis a jellegzetes kép sokat segít a folyadékkristály szerkezetének meghatározásában, de ezek valójában más fogalmak.
Oleg Gromov, : Azt mondtad, hogy vannak olyan polimer folyadékkristályos szerkezetek, amelyek fotokróm hatásúak és elektromos és mágneses érzékenységgel rendelkeznek. A kérdés ez. Az ásványtanban az is ismeretes, hogy Csuhrov az 50-es években írt le szervetlen összetételű folyadékkristályos képződményeket, és köztudott, hogy léteznek szervetlen polimerek, ezért a kérdés az: léteznek-e szervetlen folyadékkristályos polimerek, és ha igen, lehetséges-e. ezeket a funkciókat ellátni, és ebben az esetben hogyan valósulnak meg?
Alekszej Bobrovszkij: A válasz inkább nem, mint igen. A szerves kémia, a szén azon tulajdonsága, hogy sokféle vegyületet képez, lehetővé tette különféle kis molekulatömegű folyadékkristályok, polimer vegyületek kolosszális tervezését, és általában ezért beszélhetünk néhány egyfajta sokszínűség. Ez több százezer kis molekulatömegű polimer anyag, amely folyadékkristályos fázist képezhet. A szervetleneknél a polimerekről nem tudok, csak néhány vanádium-oxid szuszpenzió jut eszembe, amelyek szintén polimernek tűnnek, és ezek szerkezete általában nincs pontosan megállapítva, és ez a kutatási szakasz. Ez kicsit kilógott a tudomány fősodrából, ahol mindenki a hagyományos szerves folyadékkristályok tervezésén dolgozik, és valóban előfordulhatnak liotróp folyadékkristály-fázisok képződményei, amikor a fázist nem a változás indukálja. hőmérsékleten, de elsősorban oldószer jelenlétében, vagyis általában szükségszerűen megnyúlt nanokristályokról van szó, amelyek az oldószer hatására orientációs rendet alkothatnak. Ezt a speciálisan elkészített vanádium-oxid adja. Lehet, hogy nem tudok más példát. Tudom, hogy több ilyen példa is van, de azt állítani, hogy ez egy polimer, nem teljesen helyes.
Oleg Gromov, Az Orosz Tudományos Akadémia Biokémiai és Analitikai Kémiai Intézete: Hogyan tekintsük tehát a Csuhrov és mások által az 50-es években felfedezett folyadékkristályos képződményeket?
Alekszej Bobrovszkij: Nem vagyok tisztában, sajnos ez a terület távol áll tőlem. Amennyire én tudom, úgy tűnik számomra, hogy természetesen lehetetlen konkrétan a folyékony kristályos állapotról beszélni, mert őszintén szólva a „folyékony” szó nem vonatkozik az üveges állapotú polimerekre. Helytelen azt állítani, hogy ez egy folyadékkristályos fázis; helyes azt mondani, hogy „fagyott folyadékkristályos fázis”. Valószínűleg a hasonlóság, az elfajult rend, amikor nincs háromdimenziós rend, de kétdimenziós rend van, valószínűleg általános jelenség, és ha megnézed, sok helyet találsz. Ha az e-mail címemre küldesz linkeket ilyen munkákra, nagyon megköszönném.
Borisz Dolgin: Nagyon jó, ha sikerül egy újabb platformmá válnunk, ahol a különböző szakterületek tudósai kapcsolatot tarthatnak fenn.
Alekszej Bobrovszkij: Ez nagyszerű
Hang a közönségtől: Újabb amatőr kérdés. Azt mondta, hogy a fotokróm folyadékkristályos polimerek viszonylag alacsony válaszarányt mutatnak a környezet változásaira. Mennyi a hozzávetőleges sebességük?
Alekszej Bobrovszkij: Perceken belüli válaszról beszélünk. Nagyon vékony filmek erős fényexpozíciója esetén az emberek egy második választ is elérnek, de ez egyelőre lassú. Van egy ilyen probléma. Vannak effektek, amik máshoz kapcsolódnak (erről nem beszéltem): van egy polimer filmünk, és abban fotokróm töredékek vannak, és kellő intenzitású polarizált fénynek lehetünk kitéve, és ez a fény okozhat rotációs diffúzió, vagyis ezeknek a molekuláknak a polarizációs síkra merőleges forgása - van ilyen hatás, kezdetben nagyon régen fedezték fel, most már tanulmányozzák is, és én is ezt csinálom. Megfelelően nagy fényintenzitás mellett ezredmásodperceken belül hatások figyelhetők meg, de ez általában nem a film geometriájának megváltozásával jár, hanem belül, elsősorban az optikai tulajdonságok megváltoznak.
Alekszej Bobrovszkij: Volt próbálkozás információ rögzítésére szolgáló anyagot készíteni, és voltak ilyen fejlesztések, de tudtommal az ilyen anyagok nem tudják felvenni a versenyt a meglévő mágneses rögzítéssel és más szervetlen anyagokkal, így valahogy elhalt az érdeklődés ebbe az irányba, de ez nem jelenti azt, hogy nem folytatódik újra.
Borisz Dolgin: Valami miatt mondjuk új követelmények kialakulása.
Alekszej Bobrovszkij: A dolog haszonelvű oldala nem érdekel túlságosan.
Borisz Dolgin: A kérdésem részben ehhez kapcsolódik, de nem a felhasználási módjára vonatkozik, kicsit szervezetileg haszonelvű. Azon a területen, ahol az osztályán dolgozik, és így tovább, ahogy mondtuk, vannak közös projektjei, megrendelései bizonyos üzleti struktúráktól stb. Általában hogyan épül fel az interakció ezen a területen: a tényleges kutató tudós, relatíve egy feltaláló/mérnök vagy feltaláló, majd egy mérnök, esetleg különböző alanyok, aztán relatíve valamiféle vállalkozó, aki érti, mit kezdjen vele, lehet, de ez nem valószínű, egy olyan befektető, aki kész pénzt adni egy vállalkozónak, hogy megvalósítsa ezt, ahogy ma mondják, innovatív projektet? Hogyan épül fel ez a lánc a környezetedben olyan mértékben, hogy valamilyen módon kapcsolatba kerültél vele?
Alekszej Bobrovszkij: Még nincs ilyen lánc, és nem tudni, hogy lesz-e. A finanszírozás ideális formája elvileg megegyezik a hagyományos alaptudományéval. Ha az Orosz Alapkutatási Alapítványt és mindezt vesszük alapul, amiről már sokszor szó volt, mert én személy szerint nem szívesen csinálnék valamit, így alkalmazott, parancsot.
Borisz Dolgin: Ezért beszélek különböző témákról, és semmi esetre sem mondom, hogy a tudósnak mérnöknek, vállalkozónak stb. Különféle témákról beszélek, arról, hogyan lehet felállítani az interakciót, hogyan működhet az interakció.
Alekszej Bobrovszkij: Különféle külső ajánlataink vannak, de ezek elsősorban tajvani, koreai és ázsiai cégek a folyadékkristály polimerek különféle kijelző alkalmazásokhoz való felhasználásával kapcsolatos különféle munkákra. Volt közös projektünk Philips-szel, Merck-kel és másokkal, de ez egy közös projekt keretein belül zajlik - némi kutatómunka egy részét végzünk, és egy ilyen szellemi outputnak vagy polimerminták formájában megvalósuló outputnak vagy van folytatása, ill. nem, hanem legtöbbször véleménycserével, valamilyen tudományos fejlesztéssel zárul, de ez még nem jutott el semmilyen alkalmazáshoz. Komolyan - lehetetlen megmondani.
Borisz Dolgin: Valamilyen kutatásra, valamilyen lehetőség, ötlet kidolgozására kapsz megbízást.
Alekszej Bobrovszkij: Általában igen, ez előfordul, de nem szeretem ezt a munkaformát (személyes érzésem). Bármi jutott is a fejembe, azt a legjobb tudásom szerint csinálom, és nem azért, mert valaki azt mondta: „Csinálj ilyen-olyan filmet ilyen tulajdonságokkal.” Nem érdekel.
Borisz Dolgin: Képzelj el egy embert, akit ez érdekel. Hogyan tudna ő, ő, aki az ön altruista, szigorúan tudományos érdeklődéséből nyert általános tudományos elképzeléseitek finomításában érdekelt, hogyan tudna kapcsolatba lépni Önnel úgy, hogy az mindkettőtök számára valóban érdekes legyen? Mi ez a szervezeti ábra?
Alekszej Bobrovszkij: Nehezen tudok válaszolni.
Borisz Dolgin: Általános szemináriumok? Mi lehet ez? Nincsenek ilyen próbálkozások – egyes mérnökök?...
Alekszej Bobrovszkij: Közös projekt keretében minden megvalósulhat. Valamiféle interakció teljesen lehetséges, de valószínűleg nem egészen értettem a kérdést, hogy mi a probléma?
Borisz Dolgin: Eddig a probléma a különböző típusú struktúrák közötti interakció hiánya. Nyomást gyakorol rád mint tudósra, vagy olyan dolgokra gyakorol nyomást, amelyeket esetleg nem akarsz. Ez a probléma.
Alekszej Bobrovszkij: Ez a kolosszális alulfinanszírozottság problémája
Borisz Dolgin: Képzeld el, hogy lesz plusz finanszírozás, de ez nem szünteti meg a technikai fejlesztés szükségességét. Hogyan tud úgy áttérni a technológiára, hogy az kielégítse Önt?
Alekszej Bobrovszkij: Az tény, hogy a modern tudomány meglehetősen nyitott, és amit csinálok, azt publikálom – és minél előbb, annál jobb.
Borisz Dolgin: Szóval készen állsz megosztani az eredményeket, remélve, hogy akinek van ízlése, az kihasználhatja?
Alekszej Bobrovszkij: Ha valaki elolvassa a cikkem és van valami ötlete, azt csak megköszönném. Ha ebből a kiadványból konkrét fejlemények születnek, lesznek szabadalmak, pénz, az isten szerelmére. Ebben a formában örülnék, de sajnos a valóságban kiderül, hogy minden párhuzamosan létezik, nincs ilyen kiút. A tudomány története azt mutatja, hogy gyakran késik a konkrét alkalmazás valamely alapvető – kisebb vagy nagyobb – felfedezés után.
Borisz Dolgin: Vagy valamilyen kérés után.
Alekszej Bobrovszkij: Vagy úgy.
Lev Moskovkin: Lenne egy kicsit provokatív kérdésem. A Boris által felvetett téma nagyon fontos. Van itt valamiféle divat hatása (ez hangzott el az egyik szociológiai előadáson)? Azt mondtad, hogy most nem divat a folyadékkristályokkal dolgozni. Ez nem azt jelenti, hogy mivel nem foglalkoznak velük, akkor nincs is rájuk szükség, talán visszatér ez az érdeklődés, és ami a legfontosabb...
Borisz Dolgin: Vagyis Lev visszavezet minket a divat mechanizmusainak kérdéséhez a tudományban, mint egy bizonyos tudományos közösségben.
Lev Moskovkin: Valójában Csajkovszkij is beszélt erről, a divat rendkívül erős minden tudományban. Második kérdés: Jól tudom, hogyan választották ki a tudomány olyan tekintélyeit, akik tudtak általánosítani. Az anyagaidat annyit publikálhatod, amennyit csak akarsz, én személy szerint soha nem találkoztam velük, számomra ez egy egész réteg, amit egyszerűen nem ismertem. Foglalja össze úgy, hogy megértse ennek az értékét ugyanazon élet megértéséhez, annak megértéséhez, hogy mit tehetünk még. Köszönöm.
Borisz Dolgin: A második kérdést nem értettem, de most foglalkozzunk az elsővel - a tudomány divatjáról. Mi a mechanizmusa, hogy ez most nem divat, van ebben valami veszély?
Alekszej Bobrovszkij: Nem látok veszélyt. Nyilvánvaló, hogy a finanszírozással kapcsolatos kérdések fontosak, de ennek ellenére számomra úgy tűnik, hogy a tudomány sok tekintetben konkrét embereken nyugszik, akiknek konkrét személyes érdekei vannak, érdekli ez vagy az a kérdés. Nyilvánvaló, hogy a feltételek bizonyos korlátozásokat diktálnak, azonban bizonyos emberek tevékenysége oda vezet, hogy egy bizonyos terület fejlődik, ahogy minden fejlődik. Annak ellenére, hogy sok szó esik arról, hogy a tudomány kollektívá vált. Valóban vannak nagy projektek, amelyek néha egészen sikeresek is, de ennek ellenére az egyén tudománytörténeti szerepe ma is óriási. A személyes tetszések és érdeklődési körök jelentős szerepet játszanak. Nyilvánvaló, hogy a folyadékkristályokhoz hasonlóan az elektronikai fejlődés is nagy lendületet adott a folyadékkristály-kutatás fejlődésének, amikor rájöttek, hogy a folyadékkristályokat fel lehet használni, és természetesen sokat lehet vele pénzt keresni. pénzt fordítottak kutatásra. Nyilvánvaló, hogy egy ilyen kapcsolat...
Borisz Dolgin: Visszajelzések az üzleti élettől és a tudománytól.
Alekszej Bobrovszkij: ...ez a modern tudomány egyik sajátossága, amikor pénzt kereső és terméket előállító emberektől érkezik a megrendelés - majd a kutatást finanszírozzák, és ennek megfelelően a hangsúly eltolódik az érdekestől mi a nyereséges. Ennek megvannak az előnyei és hátrányai, de ez van. Valójában a folyadékkristályok iránti érdeklődés fokozatosan elapadt, mert már mindent előállítanak, amit ki lehet kinyerni, és mindent még javítani kell. Nem tudom, soha nem gondoltam komolyan, ennek ellenére léteznek különféle kijelző alkalmazások, az optoelektronikában, a folyadékkristályok alkalmazásai (az emberek ezen dolgoznak), mint szenzorok, egészen addig a pontig, hogy a munka folyik. a folyadékkristályok biológiai szenzormolekulaként való felhasználásának lehetőségéről. Tehát általában úgy gondolom, hogy az érdeklődés egyszerűen nem fog kiszáradni, ráadásul egy nagy kutatási hullám társul azzal a ténnyel, hogy pénzt kezdtek adni a nano számára. Elvileg annak ellenére, hogy nagy népszerűségnek örvend a nanorészecskéket folyadékkristályokba szúrni, nagyon sok munka létezik, de ezek között vannak jó érdekes művek, amelyek ehhez a témához kapcsolódnak, vagyis mi történik a nanoobjektumokkal, amikor lépjünk be egy folyékony kristályos közegbe, milyen hatások jelennek meg. Úgy gondolom, hogy a fejlesztés lehetséges mindenféle összetett eszköz beszerzése terén, ami összefügg olyan metaanyagok megjelenésével, amelyek nagyon érdekes optikai tulajdonságokkal rendelkeznek - ezek szokatlan szerkezetek, amelyek különféle módon készülnek folyadékkristályokkal kombinálva, új optikai effektusok és új alkalmazások lehetségesek. Jelenleg a Liquid Crystals folyóirat cikkeit recenzim, és ezek szintje csökken, és a jó cikkek száma is csökken, de ez nem jelenti azt, hogy minden rossz, és a folyadékkristályok tudománya nem fog meghalni, mert ez egy nagyon érdekes tárgy. Az érdeklődés csökkenése számomra nem tűnik katasztrófának.
Borisz Dolgin: Itt lassan áttérünk a második kérdésre, amelyet Leo tett fel nekünk. Ha a meglevő alapján születik valami alapvetően új elmélet, valami pluszt ígérve a folyadékkristályokra, láthatóan azonnal megnő az érdeklődés.
Alekszej Bobrovszkij: Lehetséges, hogy ez megtörténik.
Borisz Dolgin: Ha jól értem a kérdést, erről beszélünk: vannak tudományon belüli szövegek, amelyek fokozatosan változtatnak valamit a megértésben, vannak innovatív szövegek, amelyek gyökeresen változnak, ugyanakkor egyfajta interfész a szakemberek és a társadalom között, talán ugyanazokból a tudósokból áll, de más területekről is vannak olyan általánosító munkák, amelyek elmagyarázzák nekünk, mintha valamiféle általános képbe forrasztanák ezeket a darabokat. Ha jól értem, Lev beszélt nekünk erről, megkérdezve, hogyan választják ki, és ki írja ezeket az általánosító műveket?
Alekszej Bobrovszkij: Van egy ilyen fogalom - a tudományos újságírás, ami nálunk nem túl fejlett, de az egész világon létezik, és el tudom képzelni, hogy ott mennyire fejlett, és ennek ellenére itt is létezik. A mostani nyilvános előadás is ezt jelzi
Borisz Dolgin: Nem lehet azt mondani, hogy valaki szándékosan zárja le a munkakört.
Alekszej Bobrovszkij: Nem, senki nem titkol semmit, ellenkezőleg, minden normális tudós igyekszik mindent megtenni, hogy megmutassa a világnak, amit tett: a lehető leggyorsabban és a lehető legjobban elérhető módon. Nyilvánvaló, hogy valaki tud jót, valaki rosszat, de erre valók a tudományos újságírók, akik információátadóként szolgálhatnak a tudósoktól a társadalom felé.
Borisz Dolgin: Már a szovjet időkben is létezett népszerű tudományos irodalom, és volt egy speciális műfaj is - tudományos-fantasztikus irodalom, részben a 60-as évek elején az „Utak az ismeretlenbe” gyűjtemények, az „Eureka” sorozat könyvei, az egyik első poszt. A háború úttörője Daniil Danin volt, aki főleg fizikáról írt. Más kérdés, hogy még mindig vannak olyan tudósok, akik valamilyen általánosító művet írnak, népszerűsítenek valamit valakinek, de nem valószínű, hogy bárki megválasztja, ki fog írni és kit olvasni vagy nem olvasni. Az előbb említett Csajkovszkij ír valamit, valakinek tetszik.
Alekszej Bobrovszkij: Nekem úgy tűnik, ez a probléma. Az a helyzet, hogy hazánkban ma már katasztrofálisan kevés a normális tudós, és maga a tudomány állapota is rosszabb, mint valaha. Ha folyadékkristályokról és folyadékkristályos polimerekről beszélünk, akkor ezek elszigetelt laboratóriumok, amelyek már haldoklik. Nyilvánvaló, hogy a 90-es években valamiféle összeomlás és rémálom volt, de általában azt mondhatjuk, hogy Oroszországban nincs tudomány a folyadékkristályokról. Mármint a tudományos közösség, kiderült, hogy gyakrabban kommunikálok külföldön dolgozókkal, olvasok cikkeket, meg ilyesmi, de tőlünk gyakorlatilag nem érkeznek cikkek. A probléma az, hogy nincs tudományunk, és nem az, hogy ebben a tudományban nincsenek általánosító munkák. Lehet általánosítani, hogy mi történik Nyugaton – ez is csodálatos, de nincs alapja, nincs fontos láncszem, nincsenek tudósok.
Lev Moskovkin: Pontosítok, bár elvileg minden helyes. Az tény, hogy mindig az utolsó előadás témáját járjuk körül. Olyan erős a verseny a tudományban a tudósok között, hogy teljesen hízelgő vagyok, hogy a saját szememmel láttam, és egyetértek azzal, hogy minden tudós arra törekszik, hogy megmutassa a világnak eredményeit. Ez csak olyan személy számára elérhető, aki elismert tekintély, például Timofejev-Reszovszkij. Ezt a szovjet időkben csinálták – köztudott, hogyan – és itt van egy hatás, egy példa, ami sok mindent megmagyarázhat – a zöld jegyzetfüzet hatása, amely ki tudja hol jelent meg, és senki sem emlékszik, mi ez a hétköznapi konferencia. azért hívták, mert egyetlen folyóirat sem, amelyet most a Higher Attestation Commission akkreditál, egy tudományos folyóirat, amely elvileg nem fogadna el ilyen újdonságot, hanem egy új tudományt szült, a genetika, az élet megértésének tudományává változott, és ez általában már ismert. Ez a szovjet időkben felülről való támogatással történt - Timofejev-Reszovszkijt az SZKP Központi Bizottságának plénumán támogatták kollégái versenyéből, különben megették volna.
Borisz Dolgin: Olyan helyzet, amikor az állam a tudomány jelentős részét befejezte: az állam más bázisainak támogatása nélkül nem lehetett megmenekülni.
Lev Moskovkin: A genetikában adatlavina dúl, hogy nincs kit általánosítani, mert senki nem bízik senkiben, és senki sem ismeri el mások tekintélyét.
Borisz Dolgin: Miért?! Nálunk genetikusok beszéltek, akiket más genetikusok hallgattak, és örömmel beszélgettek.
Alekszej Bobrovszkij: Nem tudom, mi történik a genetikában, de a tudományban, amit csinálok, teljesen az ellenkezője a helyzet. Azok, akik új érdekes eredményt kapnak, azonnal megpróbálják a lehető leggyorsabban közzétenni.
Borisz Dolgin: Legalábbis a verseny érdekében – hogy kitűzzünk egy helyet.
Alekszej Bobrovszkij: Igen. Nyilvánvaló, hogy nem írnak le néhány részletet a módszerekről és így tovább, de általában, ha írsz egy e-mailt, és megkérdezed, hogyan csináltad ott, az nagyon érdekes, teljesen megnyílik az egész - és... .
Borisz Dolgin: Megfigyeléseid szerint a tudomány egyre nyitottabb.
Alekszej Bobrovszkij: Én legalábbis a nyitott tudomány korszakát élem, és ez jó.
Borisz Dolgin: Köszönöm. Amikor molekuláris biológusok beszéltek velünk, általában elég nyílt adatbázisokra utaltak, és így tovább, és azt javasolták, hogy vegyük fel velük a kapcsolatot.
Alekszej Bobrovszkij: A fizikában ugyanez van, van egy archívum, ahová még a recenzió átlépése előtt feltehetik egy cikk nyers (vitatott) változatát, de itt inkább a megjelenés sebességéért folyik a küzdelem, minél gyorsabban. kiemelten fontos. Nem látok lezárást. Nyilvánvaló, hogy ennek semmi köze a zárt katonasághoz és a többiekhez, én a tudományról beszélek.
Borisz Dolgin: Köszönöm. Több kérdés?
Hang a közönségtől: Nem annyira kérdésem van, mint javaslatom, ötletem. Úgy gondolom, hogy ez a kristályos képek témája nagy lehetőségeket rejt magában a gyerekek és fiatalok iskolai természettudományos oktatásában. Lehet, hogy van értelme egyetlen, 45 perces elektronikus órát létrehozni, és elosztani a középiskolákban? Ma már léteznek elektronikus táblák, amelyeket sokan nem használnak, az iskoláknak elrendelték, hogy rendelkezzenek velük. Szerintem jó lenne 45 percig megmutatni ezeket a képeket a gyerekeknek, majd a végén elmagyarázni, hogyan történik mindez. Úgy tűnik számomra, hogy érdekes lenne egy ilyen témát javasolni és valahogy finanszírozni.
Alekszej Bobrovszkij: Készen állok segíteni, ha bármi történik. Adja meg, írja meg, amire szüksége van.
Borisz Dolgin: Elképesztő. Így keletkeznek az általánosítások, így rendeződnek. Bírság. Nagyon köszönöm. Egyéb kreatív kérdés? Lehet, hogy valakit kihagytak, nem látjuk, szerintem többnyire megbeszélték.
Borisz Dolgin: Tudósok vannak, tudomány nincs.
Borisz Dolgin: Tehát szükséges vagy szükséges és elégséges feltétel?
Alekszej Bobrovszkij: Igen, a kár visszafordíthatatlan, az idő elveszett, ez teljesen nyilvánvaló, és persze így hangzik: „Hogy van az, hogy Oroszországban nincs tudomány?! Hogy-hogy? Ez nem lehet, van tudomány, vannak tudósok, vannak cikkek.” Először is, szinten szinten minden nap tudományos folyóiratokat olvasok. Nagyon ritkán találkozni orosz szerzők, Oroszországban készült, folyadékkristályokról vagy polimerekről szóló cikkekkel. Ez azért van, mert vagy nem történik semmi, vagy minden olyan alacsony szinten történik, hogy az emberek nem tudják publikálni egy normális tudományos folyóiratban, természetesen senki sem ismeri őket. Ez egy teljesen szörnyű helyzet.
Alekszej Bobrovszkij: Több és több.
Borisz Dolgin: Vagyis nem a szerzőkkel van a baj, hanem a tudománnyal.
Alekszej Bobrovszkij: Igen, vagyis Oroszországban természetesen nincs tökéletes, jól működő, vagy legalábbis valahogyan „Tudomány” néven működő struktúra. Szerencsére nyitottak azok a laboratóriumok, amelyek többé-kevésbé normális szinten dolgoznak, és részt vesznek a nemzetközi tudomány általános tudományos folyamatában - ez az interneten keresztüli kommunikációs képességek fejlesztése, más módon a határok nyitottsága lehetővé teszi. nem elszakadni a globális tudományos folyamattól, hanem ami az országon belül történik, így természetesen nincs elég pénz, és ha növeled a finanszírozást, akkor nem valószínű, hogy bármi is változna, mert a finanszírozás növelésével párhuzamosan szükséges hogy megvizsgálhassa azokat az embereket, akiknek ezt a pénzt adják. Lehet pénzt adni, valaki ellopja, ki tudja mire költi, de a helyzet sehogy sem fog változni.
Borisz Dolgin: Szigorúan véve csirke-tojás problémánk van. Egyrészt finanszírozás nélkül nem fogunk tudományt létrehozni, másrészt finanszírozással, de a tudományos közösség nélkül, amely piacot ad a szakértelemnek és biztosítja a normális hírnevet, ezt a pénzt nem tudjuk egy módon, amely segíti a tudományt.
Alekszej Bobrovszkij: Más szóval, nemzetközi szakértelmet és értékelést kell vonzani erős tudósoktól, függetlenül azok országától. Természetesen a kandidátusi és doktori tézisek védéséhez kapcsolódó igazolási ügyeket angolra kell váltani; Az absztraktoknak legalább angol nyelvűeknek kell lenniük. Ez teljesen nyilvánvaló, és lesz valami mozgás ebbe az irányba, lehet, hogy ez valahogy jobbra fog változni, és így - ha mindenkinek pénzt adsz... természetesen erős tudósok, akik több pénzt kapnak - ők természetesen hatékonyabban fog működni, de a pénz nagy része el fog tűnni senki sem tudja hova. Ez a véleményem.
Borisz Dolgin: Kérem, mondja meg, fiatal tudós vagy, de már a tudomány doktora, és a fiatalok más értelemben jönnek hozzád, diákok, fiatalabb tudósok. Vannak, akik érted jönnek?
Alekszej Bobrovszkij: Dolgozom az Egyetemen, akarva-akaratlanul, néha akarom, néha nem akarom, felügyelek tanfolyami, diploma- és posztgraduális munkákat.
Borisz Dolgin: Vannak köztük leendő tudósok?
Alekszej Bobrovszkij: Már. Vannak elég sikeresen dolgozók, akiket például irányítottam, posztdoktorok vagy tudományos csoportvezetők, természetesen csak külföldről beszélünk. Azok, akiket vezettem és Oroszországban maradtak, nem dolgoznak a tudományban, mert élelmezni kell a családjukat és normálisan kell élniük.
Borisz Dolgin: Köszönöm, vagyis a pénzügyeket.
Alekszej Bobrovszkij: Természetesen a finanszírozás és a fizetések nem bírják a kritikát.
Borisz Dolgin: Ez még privát...
Alekszej Bobrovszkij: Ebben nincs titok. Az egyetemen egy kandidátusi minimummal rendelkező vezető kutató fizetése havi tizenötezer rubel. Minden más a tudós tevékenységétől függ: ha képes nemzetközi támogatásokra és projektekre, akkor többet kap, de havi tizenötezer rubelre biztosan számíthat.
Borisz Dolgin: Mi a helyzet a doktori fokozattal?
Alekszej Bobrovszkij: Egyet sem adtak még, még nem tudom pontosan, mennyit adnak, plusz négyezret adnak hozzá.
Borisz Dolgin: Az említett támogatások elég fontos dolgok. Épp ma közöltünk egy érdekes kutató által küldött hírt, de amikor a finanszírozásról kérdezték, elsősorban ennek a területnek a jelentőségéről beszélt, és ismét, nem beszélve publikációinkról, Fursenko miniszter úr azt mondja, hogy a tudományos felügyelőknek támogatásokat kellene kapniuk. hogy finanszírozzák végzős hallgatóikat és ezáltal anyagilag motiválják őket.
Alekszej Bobrovszkij: Nem, ez általában megtörténik egy jó tudományos csoportban, ha valakinek, mint például Valerij Petrovics Sibajevnek, a laboratórium vezetőjének, ahol dolgozom, nagy, jól megérdemelt neve van a tudományos világban, lehetősége van támogatásra. és projektek. Leggyakrabban nem végzek tizenötezres „meztelen” fizetéssel, mindig vannak projektek, de nem mindenki tudja megcsinálni, ez nem általános szabály, ezért mindenki elmegy.
Borisz Dolgin: Vagyis a vezetőnek meglehetősen magas nemzetközi tekintéllyel kell rendelkeznie, és benne kell lennie az áramlatban is.
Alekszej Bobrovszkij: Igen, leggyakrabban. Azt hiszem, sok szempontból szerencsés voltam. Az erős tudományos csoporthoz való csatlakozás eleme pozitívan működött.
Borisz Dolgin: Itt látjuk a jó öreg tudomány visszajelzéseit, azt, hogy létrejött ez a legerősebb tudományos csoport, aminek köszönhetően meg tudtad valósítani a pályádat. Igen, ez nagyon érdekes, köszönöm. enyém az utolsó szó.
Hang a közönségtől: Nem teszek úgy, mintha én ennék az utolsó szót. Szeretném megjegyezni, hogy amiről beszélsz, az teljesen érthető, és ne vedd sportnak. Szeretném megjegyezni, hogy Alekszej Savvatejev előadásában elhangzott, hogy Amerikában egyáltalán nincs tudomány. Az ő nézőpontja éppoly meggyőzően érvelt, mint az öné. Másrészt Oroszországban a tudomány különösen gyorsan fejlődött, amikor a tudomány egyáltalán nem fizetett, hanem aktívan ellopták, és ilyen dolgok történtek.
Borisz Dolgin: 19. század végéről - 20. század elejéről beszélünk?
Borisz Dolgin: Németországban?
Borisz Dolgin: És amikor tudományos kutatásai aktívabban fejlődtek...
Hang a közönségtől: Oroszországban nem ő, hanem általában Oroszországban fejlődött a tudomány a leghatékonyabban, amikor nem fizettek. Van ilyen jelenség. Ezt meg tudom indokolni, ez nem nézőpont, Borisz, ez tény. Felelősségteljesen azt is szeretném elmondani - ez már nem tény, hanem következtetés -, hogy hiábavaló reménysége, hogy a nemzetközi szakértelem és az angol nyelv segíteni fog, mert a Dumában dolgozva éles versenyt látok a jogokért. és lobbizni a Dumában az Amerikával szembeni egyoldalú szerzői jogi törvényekért. Mindannyian hatalmas százalékot tulajdonítanak a szellemi tulajdonnak, egyáltalán nem érdekli őket, hogy ne másolják oda a fegyvereinket, ők maguk csinálják.
Borisz Dolgin: Értem, a probléma...
Alekszej Bobrovszkij: A fegyverek és a tudomány párhuzamos dolgok.
Hang a közönségtől: Az utolsó példa: az a helyzet, hogy amikor Zsenya Ananyevvel együtt tanultunk a Biológiai Karon, mobil elemeket fedeztünk fel a Drosophila genomjában, a felismerés csak a „Chromosomes” folyóiratban való megjelenés után következett be, de Khisin tekintélye áttörte ezt. kiadványt, mert az áttekintés így hangzott: „az ön sötét Oroszországában nem tudják, hogyan replikálják a DNS-t”. Köszönöm.
Borisz Dolgin: Problémát jelentenek az adott országban végzett tudományos kutatások szintjéről alkotott elképzelések a cikkek áttekintésére vonatkozó merev, világos rendszer hiányában, ha általános gondolatokat használnak.
Alekszej Bobrovszkij: Ami az angol nyelvet illeti, minden nagyon egyszerű – ez egy nemzetközi tudományos nyelv. Bármely tudós, aki részt vesz a tudományban, például Németországban, egy német csaknem minden cikkét angolul teszi közzé. Egyébként Németországban sok szakdolgozatot védenek angolul, nem is beszélve Dániáról és Hollandiáról, már csak azért is, mert ott sok a külföldi. A tudomány nemzetközi. Történelmileg a tudomány nyelve az angol.
Borisz Dolgin: Nemrég történt, hogy a tudomány nyelve régen a német volt.
Alekszej Bobrovszkij: Viszonylag mostanában, de most mégis így van, tehát nyilvánvaló volt az angolra való átállás, legalábbis az absztraktok és a hitelesítési dolgok szintjén, hogy a normális nyugati tudósok elolvashassák ezeket az absztraktokat, visszajelzést adhassanak, értékelhessenek, ki a mocsarunkból, különben teljesen elsüllyed az ismeretlenbe, és ami megmarad, az teljes profanáció. Ez már sokféleképpen megtörténik, de valahogy meg kell próbálnunk kijutni ebből a mocsárból.
Borisz Dolgin: Nyissa ki az ablakokat a szagok elkerülése érdekében.
Alekszej Bobrovszkij: Legalább kezdje el a szellőztetést.
Borisz Dolgin: Bírság. Köszönöm. Ez egy optimista recept. Valójában a pályája optimizmusra ösztönöz, minden pesszimizmus ellenére.
Alekszej Bobrovszkij: Ismét eltértünk attól, hogy az előadás fő gondolata, hogy bemutassam, milyen szépek és érdekesek a folyadékkristályok. Remélem, hogy mindaz, amit mondtam, felkelt némi érdeklődést. Most sok információt találhat a folyadékkristályokról, ez az első dolog. Másodszor pedig, minden körülményektől függetlenül tudósok mindig lesznek, semmi sem állíthatja meg a tudományos fejlődést, ez is optimizmusra ad okot, és a történelem azt mutatja, hogy mindig vannak olyanok, akik előre viszik a tudományt, akik számára a tudomány mindenekelőtt.
A „Polit.ru nyilvános előadások” és a „Polit.ua nyilvános előadások” ciklusban a következő előadók hangzottak el:
- Leonard Polishchuk. Miért haltak ki a nagy állatok a késő pleisztocénben? Válasz a makroökológia szemszögéből
- Miroslav Marinovics. A Gulag lelki képzése
- Kirill Eskov. Evolúció és autokatalízis
- Mihail Szokolov. Hogyan kezelik a tudományos termelékenységet. Nagy-Britanniából, Németországból, Oroszországból, USA-ból és Franciaországból szerzett tapasztalat
- Oleg Ustenko. Egy befejezetlen válság története
- Grigorij Sapov. Kapitalista kiáltvány. L. von Mises „Emberi tevékenység” című könyvének élete és sorsa
- Sándor Irvanec. Szóval az vagy, író bácsi!
- Vlagyimir Katanajev. A rák elleni gyógyszerek fejlesztésének modern megközelítései
- Vakhtang Kipiani. Időszakos szamizdat Ukrajnában. 1965-1991
- Vitalij Naishul. A kultúra egyházi átvétele
- Nyikolaj Kaverin. Influenzajárvány az emberiség történetében
- Alekszandr Filonenko. Teológia az egyetemen: visszatérés?
- Alekszej Kondrashev. Az emberi evolúció biológiája és egészsége
- Szergej Gradirovszkij. Modern demográfiai kihívások
- Sándor Kislov. Klíma a múltban, jelenben és jövőben
- Alexander Auzan, Alexander Paskhaver. Közgazdaságtan: társadalmi korlátozások vagy társadalmi tartalékok
- Konstantin Popadin. Szerelem és káros mutációk, avagy miért van szüksége a pávának hosszú farokra?
- Andrej Ostalszkij. A szólásszabadság kihívásai és veszélyei a modern világban
- Leonyid Ponomarjov. Mennyi energiára van szüksége egy embernek?
- Georges Nivat. A sötét fordítása: a kultúrák közötti kommunikáció módjai
- Vlagyimir Gelman. Szubnacionális tekintélyelvűség a modern Oroszországban
- Vjacseszlav Lihacsov. Félelem és gyűlölet Ukrajnában
- Jevgenyij Gontmakher. Oroszország modernizációja: az INSOR pozíciója
- Donald Boudreau. Monopóliumellenes politika a magánérdekek szolgálatában
- Szergej Enikolopov. Az erőszak pszichológiája
- Vlagyimir Kulik. Ukrajna nyelvpolitikája: a hatóságok lépései, a polgárok véleménye
- Mihail Blinkin. Közlekedés az élethez kényelmes városban
- Alekszej Lidov, Gleb Ivakin. Az ősi Kijev szent tere
- Alekszej Savvatejev. Merre tart (és hová vezet) a közgazdaságtan?
- Andrej Portnov. Történész. Polgár. Állapot. Nemzetépítési tapasztalat
- Pavel Plechov. Vulkánok és vulkanológia
- Natalia Vysotskaya. A kortárs amerikai irodalom a kulturális pluralizmus kontextusában
- Beszélgetés Alexander Auzannal. Mi a modernizáció oroszul?
- Andrej Portnov. Gyakorlatok történelemmel ukrán nyelven: eredmények és kilátások
- Alekszej Lidov. Ikon és ikonikus a szakrális térben
- Efim Racsevszkij. Az iskola, mint szociális lift
- Alexandra Gnatyuk. A két világháború közötti időszak lengyel-ukrán kölcsönös megértésének építészei (1918-1939)
- Vlagyimir Zaharov. Extrém hullámok a természetben és a laboratóriumban
- Szergej Nekljudov. Az irodalom mint hagyomány
- Jakov Gilinszkij. A tiltás másik oldalán: egy kriminológus nézete
- Daniil Alexandrov. Középrétegek a tranzit posztszovjet társadalmakban
- Tatiana Nefedova, Alekszandr Nikulin. Vidéki Oroszország: térbeli tömörítés és társadalmi polarizáció
- Alekszandr Zincsenko. Gombok Harkovból. Minden, amire nem emlékszünk az ukrán Katynról
- Alexander Markov. A jó és a rossz evolúciós gyökerei: baktériumok, hangyák, emberek
- Mihail Favorov. Vakcinák, oltás és szerepük a közegészségügyben
- Vaszilij Zagnitko. A Föld vulkáni és tektonikus tevékenysége: okok, következmények, kilátások
- Konstantin Sonin. A pénzügyi válság közgazdaságtana. Két évvel később
- Konsztantyin Szigov. Ki keresi az igazságot? "Európai filozófiai szótár"?
- Mikola Rjabcsuk. Ukrán posztkommunista átalakulás
- Mihail Gelfand. Bioinformatika: molekuláris biológia a kémcső és a számítógép között
- Konsztantyin Szeverinov. A baktériumok öröklődése: Lamarcktól Darwinig és vissza
- Mihail Chernysh, Elena Danilova. Emberek Sanghajban és Szentpéterváron: a nagy változások korszaka
- Judkevics Mária. Ahol születtél, ott jól jön: az egyetemi személyzeti politika
- Nyikolaj Andrejev. Matematikai tanulmányok – a hagyomány új formája
- Dmitrij Bak. „Modern” orosz irodalom: kánonváltás
- Szergej Popov. Hipotézisek az asztrofizikában: miért jobb a sötét anyag, mint az UFO-k?
- Vadim Szkuratovszkij. A múlt század 60-as és 70-es éveinek kijevi irodalmi környezete
- Vlagyimir Dvorkin. Oroszország és Amerika stratégiai fegyverei: a redukció problémái
- Alekszej Lidov. Bizánci mítosz és európai identitás
- Natalja Jakovenko. Az ukrán történelem új tankönyvének koncepciója
- Andrej Lankov. Modernizáció Kelet-Ázsiában, 1945-2010.
- Szergej Sluch. Miért volt szüksége Sztálinnak megnemtámadási egyezményre Hitlerrel?
- Guzel Ulumbekova. Az orosz egészségügyi reform tanulságai
- Andrej Rjabov. A posztszovjet átalakulások köztes eredményei és néhány jellemzője
- Vlagyimir Csetvernin. A libertarizmus modern jogelmélete
- Nyikolaj Dronin. A globális klímaváltozás és a Kiotói Jegyzőkönyv: az évtized eredményei
- Jurij Pivovarov. Az orosz politikai kultúra történelmi gyökerei
- Jurij Pivovarov. Az orosz politikai kultúra fejlődése
- Pavel Pechenkin. A dokumentumfilm mint humanitárius technológia
- Vadim Radaev. Forradalom a kereskedelemben: hatás az életre és a fogyasztásra
- Alec Epstein. Miért nem fáj másnak a fájdalma? Emlékezés és feledés Izraelben és Oroszországban
- Tatiana Chernigovskaya. Hogyan gondoljuk? Többnyelvűség és agykibernetika
- Szergej Aleksasenko. Válság éve: mi történt? mi történik? mi várható?
- Vlagyimir Pasztuhov. A kölcsönös taszítás ereje: Oroszország és Ukrajna – ugyanannak az átalakulásnak két változata
- Alekszandr Jurjev. Az emberi tőke pszichológiája Oroszországban
- Andrej Zorin. Bölcsészettudományi oktatás három országos oktatási rendszerben
- Vlagyimir Plungjan. Miért kell a modern nyelvészetnek korpusznyelvészetnek lennie
- Nyikita Petrov. A sztálini rezsim büntetőjogi jellege: jogi alapok
- Andrej Zubov. Kelet-európai és posztszovjet utak a pluralista államisághoz való visszatéréshez
- Viktor Vakhshtain. A szociológia vége: Perspektívák a tudományszociológiához
- Jevgenyij Oniscsenko. A tudomány versenyképes támogatása: hogyan történik ez Oroszországban
- Nyikolaj Petrov. Orosz politikai mechanika és válság
- Sándor Auzan. A társadalmi szerződés: Kitekintés 2009-ből
- Szergej Guriev. Hogyan változtatja meg a válság a világgazdaságot és a gazdaságtudományt
- Alekszandr Asejev. Az akadémiai városok a tudomány, az oktatás és az innováció központjai a modern Oroszországban
Előadás 4/1
Tantárgy. A polimerek fizikai állapotai. Kristályos, amorf és folyadékkristályos polimerek.
Megkülönböztetni összesített és fázis polimerek halmazállapotai.
Polimerek léteznek két halmozódási állapotban: keményÉs folyékony Az aggregáció harmadik állapota - gáznemű - a polimerek esetében nem létezik a nagyméretű makromolekulák miatt kialakuló igen nagy intermolekuláris kölcsönhatási erők miatt.
BAN BEN kemény Aggregált állapotukban a polimerekre jellemző a molekulák nagy pakolódási sűrűsége, a testekben egy bizonyos forma és térfogat jelenléte, valamint a konzerváló képességük. A szilárd állapot akkor valósul meg, ha az intermolekuláris kölcsönhatás energiája meghaladja a molekulák hőmozgásának energiáját.
BAN BEN folyékony aggregált állapotban a makromolekulák nagy pakolási sűrűsége megmarad. Egy bizonyos térfogat, egy bizonyos forma jellemzi. Azonban ebben az állapotban a polimernek csekély ellenállása van ennek az alaknak a megtartásával szemben. Ezért
a polimer felveszi az edény alakját.
Két halmazállapotban léteznek hőre lágyuló polimerek, amelyek megolvadhatnak. Ezek közé tartozik számos lineáris és elágazó polimer - polietilén, polipropilén, poliamidok, politetrafluor-etilén stb.
Háló polimerek, valamint lineáris és elágazó láncú polimerek, amelyek hevítéskor hálózati szerkezetet vesznek fel, csak ben léteznek szilárd állapot.
A makromolekulák elrendezésének rendezettségi fokától függően a polimerek háromban találhatók fázis állapotok: kristályos, folyékony kristályÉs amorf.
Kristályos az állapotot jellemzik nagy hatótávolságú rend a részecskék elrendezésében , azaz száz- és ezerszer nagyobb, mint maguk a részecskék mérete.
Folyékony kristály a kristályos és az amorf közti állapot.
Amorf fázisállapotot jellemezzük zárja a rendet pozícióban részecskék , azaz a szemcseméretekkel összemérhető távolságokon megfigyelt sorrend.
A polimerek kristályos állapota
A polimerek kristályos állapotát az jellemzi, hogy a makromolekulák egységei háromdimenziós nagy hatótávolságú struktúrákat alkotnak. Ezeknek a szerkezeteknek a mérete nem haladja meg a több mikront; általában úgy hívják krisztallitok . A kis molekulatömegű anyagokkal ellentétben a polimerek soha nem kristályosodnak ki teljesen, a krisztallitokkal együtt amorf (rendellenes szerkezetű) régiók is megmaradnak bennük. Ezért a kristályos állapotú polimereket ún amorf-kristályos vagy részben kristályos. A mintában lévő kristályos régiók térfogati tartalmát ún kristályosság foka . Számszerűsítése különféle szerkezetérzékeny módszerekkel történik. Ezek közül a leggyakoribbak: sűrűségmérés, röntgendiffrakciós módszer, IR spektroszkópia, NMR. A legtöbb polimer kristályossági foka a makromolekulák szerkezetétől és a kristályosodás körülményeitől függően 20-80% között van.
Meghatározzuk a krisztallitok morfológiáját és aggregációjuk típusát kristályosítási módszer . Így, lassú kristályosodás során híg oldatokból kis molekulatömegű oldószerekben (koncentráció ~ 0,01%) a krisztallitok egyszeres, szabályos fazettás lemezek ( lamellák ), amelyek a makromolekula „magára” hajtásával jönnek létre (1. ábra).
1. ábra. Hajtogatott makromolekulák lamellás kristályának szerkezeti vázlata
svarka-info/com
A lamellák vastagsága általában 10-15 nm, amelyet a hajtás hossza határozza meg, hosszúságuk és szélességük tág határok között változhat. Ebben az esetben a makromolekula tengelye a lemez síkjára merőlegesnek bizonyul, és a lemez felületén hurkok alakulnak ki (2. ábra). Az olyan régiók jelenléte miatt, amelyekben a felhajtható makromolekulák hurkai gyűlnek össze, nincs teljes kristályos rend. A kristályosság foka még az egyes polimer egykristályok esetében is mindig 100%-nál kisebb (polietilénnél például 80-90%). A polimer egykristályok morfológiája tükrözi kristályrácsaik szimmetriáját, vastagsága erősen függ a kristályosodási hőmérséklettől és többször is változhat.
Rizs. 2. Makromolekulák gyűrődései polietilén krisztallitokban svarka-info/com
A lamellás kristályok degenerált formája az fibrilláris kristályok (fibrillák), amelyekre jellemző a nagy hosszúság-vastagság arány (3. ábra). Olyan körülmények között fejlődnek ki, amelyek elősegítik az egyik oldal előnyös növekedését, például az oldószer nagy arányú elpárolgása miatt. A fibrillumok vastagsága általában 10-20 nm, hossza pedig eléri a sok mikront.
Rizs. 3. b - mikrofibrill; c - rost. Elektrondiffrakciós minta pásztázása... www. ntmdt. ru
A kristálylemezek az oldatból történő kristályosítás legegyszerűbb formáját képviselik. A kristályosodás sebességének növekedése vagy az oldat koncentrációjának növekedése bonyolultabb struktúrák megjelenéséhez vezet: „ikrek” spirális képződményei (két lemez, amelyek egy krisztallográfiai sík mentén kapcsolódnak egymáshoz), valamint különféle dendrites formák, köztük egy nagyszámú lemez, spirális teraszok, „ikrek” és mások. A koncentráció további növekedésével szferulitok . Szferulitok polimerek olvadékokból történő kristályosítása során is keletkeznek. Ez a polimerekben a kristályos képződmények leggyakoribb és leggyakoribb formája.
BAN BEN szferulitok a lamellák sugárirányban eltérnek a közös középpontoktól (4. ábra). Az elektronmikroszkópos vizsgálatok azt mutatják, hogy a szferulitok fibrilluma sok, egymásra helyezett lamellából áll, amelyek a szferulit sugara köré csavarodnak. Több mikrontól több cm-ig terjedő átmérőjű szferulitok figyelhetők meg.Tömbmintákban háromdimenziós szferulitok, vékony filmekben pedig kétdimenziós, laposak jelennek meg. Feltételezzük, hogy a blokkminták krisztallitjaiban a makromolekula egy része gyűrött konformációjú, a másik része pedig krisztallitból krisztallitba megy át, összekötve őket egymással. Ezek az „áthaladó” láncok és hajtogatási régiók alkotják a szferulitok amorf részét.
Rizs. 4. Polietilén-szebacát gyűrűs szferulitjai
A kristályosodási körülményektől függően ugyanaz a polimer képződhet szferulitok különféle típusok ( radiális, gyűrű alakú ) (5. ábra). Alacsony túlhűlési fokon általában gyűrűs szferulitok, magas fokon radiális szferulitok képződnek. Például a polipropilén szferulitok eltérő optikai tulajdonságokkal, sőt olvadáspontjuk is eltérő attól függően, hogy a polimer milyen kristálymódosulásban kristályosodik ki. A monoklin sejtes polipropilén szferulitok viszont pozitívak vagy negatívak lehetnek. A szferulitot pozitívnak nevezzük, ha kettős törése nagyobb, mint nulla. Ha kisebb, mint nulla, akkor a szferulit negatív.
5. ábra. A szferulitok típusai: a - radiális, b - gyűrűs.
Az olvadék kristályosodása az olvadásponthoz közeli hőmérsékleten (legfeljebb 1˚C túlhűtés) nagyon lassan megy végbe, és a legtökéletesebb, kiegyenesített láncokból felépülő kristályszerkezetek kialakulásához vezet. A kiegyenesített láncú kristályosodás mechanizmusa ritkán valósul meg a gyakorlatban. Ehhez az olvadék hűtésével egyidejűleg nagy feszültségeket kell alkalmazni.
A legtöbb polimer szferulitok formájában kristályosodik. Egyes esetekben azonban csak lamellás kristálycsoportok találhatók a blokkpolimerben. Az egykristályok és a szferulitok között köztes szerkezeti képződményeket is találtak. Ezek a szerkezetek gyakran csiszoltak és nagy méretűek - akár több tíz mikronig is. Egyelőre nem tisztázott, hogy van-e bizonyos számú köztes szerkezet, vagy a különböző morfológiai formák folyamatosan alakulnak át egymásba.
A polimerek amorf állapota
Amorf A polimerek nem rendelkeznek kristályos szerkezettel. A polimerek ezen állapotát a következők jellemzik:
· a háromdimenziós nagy hatótávolságú rend hiánya a makromolekulák elrendezésében,
· rövid hatótávolságú sorrend a makromolekulák egységeinek vagy szegmenseinek elrendezésében, amelyek gyorsan eltűnnek, ahogy távolodnak egymástól.
Úgy tűnik, hogy a polimer molekulák „rajokat” alkotnak, amelyek élettartama a polimerek óriási viszkozitása és a molekulák nagy mérete miatt nagyon hosszú. Ezért bizonyos esetekben az ilyen rajok gyakorlatilag változatlanok maradnak. BAN BEN amorf is jó állapotban vannak polimer oldatok És polimer zselék .
Az amorf polimerek egyfázisúak, és csomagokban összegyűjtött láncmolekulákból épülnek fel. A csomagok szerkezeti elemek, és képesek a szomszédos elemekhez képest elmozdulni. Néhány amorf polimer előállítható ebből gömböcske A gömböcskék egy vagy több makromolekulából állnak, amelyek gömb alakú részecskékké vannak felgöngyölve (6. ábra). A makromolekulák labdává való hajtogatásának lehetőségét nagy rugalmasságuk és az intramolekuláris kölcsönhatási erők túlsúlya határozza meg az intermolekuláris kölcsönhatási erőkkel szemben.
6. ábra. A hemoglobin gömb alakú formája, amely négy vaskomplex molekulát tartalmaz
www. krugosvet. ru
Az amorf polimerek a hőmérséklettől függően három halmazállapotúak lehetnek, amelyek a hőmozgás természetében különböznek egymástól: üveges, erősen rugalmasÉs viszkózus. A polimer elhelyezkedésének szakaszát a szerkezetének változása és a lineáris polimerek makromolekulái közötti adhéziós erők határozzák meg.
Nál nél alacsony hőmérsékletek amorf polimerek találhatók benne üveges feltétel. A molekulaszegmensek nem rendelkeznek mozgékonysággal, és a polimer közönséges szilárd anyagként viselkedik amorf állapotban. Ebben az állapotban az anyag törékeny . A rendkívül rugalmas állapotból a csökkenő hőmérsékletű üveges állapotba való átmenetet nevezzük üvegátmenet , és az ilyen átmenet hőmérséklete az üvegesedési hőmérséklet .
Erősen rugalmas olyan állapot lép fel, amelyet a polimer könnyen nyúló és zsugorodó képessége jellemez meglehetősen magas hőmérsékleten amikor a hőmozgás energiája elegendő a molekula szegmenseinek mozgásához, de még nem elegendő ahhoz, hogy a molekula egészét mozgásba hozza. Rendkívül rugalmas állapotban a polimerek viszonylag kis mechanikai igénybevétel mellett nagyon nagy rugalmas deformáció . Például a gumik majdnem 10-szer nyúlhatnak.
BAN BEN viszkózusállapotban nem csak a szegmensek, hanem a teljes makromolekula is mozoghat. A polimerek megszerzik az áramlási képességet, de a közönséges folyadékokkal ellentétben áramlásukat mindig nagy rugalmasságú alakváltozások kísérik. Az anyag ebben az állapotban, kis erők hatására, kiállít visszafordíthatatlan műanyag deformáció , amely technológiai feldolgozására használható.
A makromolekulák lineáris szerkezetével az amorf állapotú polimerek rugalmas-viszkózus testek, erős térszerkezet kialakulásakor pedig viszkoelasztikus testek.
Bármilyen külső hatás, amely befolyásolja az amorf testekben lévő részecskék mobilitását (hőmérséklet, nyomás változása), hatással van a fizikai tulajdonságokra (az anyag dielektromos jellemzői, gázáteresztő képesség).
A polimerek folyadékkristályos állapota
A folyadékkristályok szokatlan anyagok. Egyesítik a folyadékokban és szilárd anyagokban rejlő tulajdonságokat, amint azt a név is tükrözi. A folyadékokból folyékonyságot vettek fel, vagyis azt a képességet, hogy felvegyék annak az edénynek az alakját, amelybe öntik. Szilárd kristályos testekből - anizotrópia tulajdonságait . Ez utóbbit a folyadékkristályok szerkezete magyarázza - a bennük lévő molekulák nem kaotikusan, hanem rendezetten vannak elrendezve. Azonban nem olyan szigorú, mint a szilárd kristályoknál
Nem minden vegyület jut folyékony kristályos állapotba, hanem csak azok, amelyek molekulái jelentős anizometria (rudak vagy korongok alakja). A molekulák csomagolásától függően megkülönböztetik őket háromféle szerkezet folyékony kristályok - szmektikus , nematikus És koleszterikus .
Szmetikumok, talán a közönséges kristályokhoz áll legközelebb. A bennük lévő molekulák rétegekbe vannak csomagolva, tömegközéppontjaik rögzítettek (7. ábra). BAN BEN nematika Ellenkezőleg, a molekulák tömegközéppontjai kaotikusan helyezkednek el, de általában rúd alakú molekuláik tengelyei párhuzamosak egymással (8. ábra). Ebben az esetben azt mondják, hogy orientációs rend jellemzi őket.
A harmadik típusú folyadékkristályok legösszetettebb szerkezete az koleszterikus. A koleszterikusok kialakulásához úgynevezett királis molekulákra van szükség, amelyek nem kompatibilisek a tükörképükkel.
Rizs. 7. Folyadékkristály sematikus ábrázolása a szmektikus fázisban
http://dic. akadémiai. ru/
https://pandia.ru/text/80/219/images/image009_79.jpg" alt="Fig. 1. A képen a rendező 180°-os elfordulása látható a koleszterikus fázisban. A megfelelő távolság a félciklus, p /2." width="178" height="146">!}
9. ábra. A koleszterikus folyadékkristály sematikus illusztrációja
dic. akadémiai. ru
Egy ilyen polimer láncba más funkciós csoportok is bevihetők, pl. fotokróm fényvezérelt csoportok, ill elektroaktív elektromos tér hatására orientált csoportok.
A folyadékkristályok önmagukban csak egy szűk hőmérsékleti tartományon belül viszkózus folyadékok. Ezért csak ebben a hőmérsékleti tartományban rendelkeznek különleges tulajdonságaikkal. A folyadékkristályos polimerek, a folyadékkristályokkal ellentétben, lehűtve megtartják a folyadékkristályos fázis szerkezetét és tulajdonságait is. Vagyis lehetséges egy érzékeny folyadékkristály-struktúra rögzítése szilárd anyagban anélkül, hogy elveszítené például egyedi optikai tulajdonságait.
A koleszterikusok könnyen reagálnak a hőmérsékletre. Egyesek nagyon gyorsan megváltoztatják a színüket nagyon kis hőmérséklet-változás mellett – ezek segítségével egyedivé teheti őket hőkamerák , vagy hőmérsékleti mutatók. Például egy ilyen anyag felületének lézerrel történő besugárzásával tanulmányozható a nyaláb intenzitáseloszlása. A koleszterikus polimerekből készült bevonatokkal szélcsatornában is tesztelhetők a repülőgépek, mivel a hőmérséklet-eloszlás egyértelműen megmutatja, hogy mely helyeken van nagyobb turbulencia és hol lamináris légáramlás a repülőgép körül.
A polimer koleszterikus anyagok alkalmazásának egyik legérdekesebb példája az előállítás fényvezérelt filmek . Ha egy polimer láncba fotokróm csoportot tartalmazó monomert viszünk be, amelynek alakja bizonyos hullámhosszú fény hatására megváltozik, akkor a koleszterikus szerkezetben a hélix magassága megváltozhat. Más szóval, ha egy anyagot fénnyel besugározunk, megváltoztathatjuk a színét. A kapott anyag ezen tulajdonsága felhasználható színinformációk rögzítésére és tárolására holográfia És kijelző technológia .
A spirál emelkedése azonban nem csak fény- és hőmérsékletváltozás hatására (mint a hőkameráknál), hanem elektromos és mágneses mezők hatására is változtatható. Ehhez be kell vezetni az elektroaktív ill mágnesesen aktív csoportok. Az elektromos vagy mágneses mezőnek való kitettség a folyadékkristály-molekulák orientációjához és torzulásához, majd a koleszterikus hélix teljes letekercseléséhez vezet.
A folyékony kristályos polimerek tanulmányozása, amelyek sokkal fiatalabbak, mint az alacsony molekulatömegű folyadékkristályok, fizikai-kémiai viselkedésük sok ismeretlen aspektusát fogják feltárni.
Az Orosz Föderáció Oktatási és Tudományos Minisztériuma
Kazany (Volga régió) Szövetségi Egyetem
nevét viselő Vegyészeti Intézet. A. M. Butlerova
Szervetlen Kémiai Tanszék
Absztrakt a témában:
« Folyékony kristály polimerek"
A munka befejeződött
a 714. csoport tanulója
Khikmatova G.Z.
Megnéztem a munkát
Ignatieva K.A
Kazan-2012.
Bevezetés…………………………………………………………………………………..3
1. Folyadékkristályok………………………………………………………
1.1. A felfedezés története………………………………………………………………4
1.2. A kristályos fázis típusai………………………………………..…….7
1.3. Folyadékkristályok vizsgálati módszerei…………………………………………..11
2. Folyadékkristályos polimerek…………………………………………….13
2.1.LC polimerek molekuláris tervezésének elvei............14
2.2. Folyadékkristályos polimerek fő típusai………………….18
2.3. Az LC polimerek szerkezete és tulajdonságainak jellemzői…………………….….20
2.4. Alkalmazási területek………………………………………………………..
2.4.1. Elektromos térvezérlés – a vékonyréteg optikai anyagok előállításához vezető út……………………………………………
2.4.2. Koleszterikus LC polimerek – spektrozonális szűrők és cirkuláris polarizátorok……………………………………………………….23
2.4.3.LC polimerek, mint ellenőrzött optikailag aktív adathordozók az információk rögzítésére……………………………………………………….………………..24
2.4.4. Szupernagy szilárdságú szálak és önerősített műanyagok…………………………………………………………………………………….25
Felhasznált irodalom…………………………………………………………………………………………………………………
Alkalmazás.
Bevezetés.
A 80-as éveket a polimertudományban egy új terület – a folyadékkristályos polimerek kémiája és fizikája – születése és gyors fejlődése jellemezte. Ez a szintetikus kémikusokat, elméleti fizikusokat, klasszikus fizikai kémikusokat, polimer tudósokat és technológusokat egyesítő terület intenzíven fejlődő új irányzattá nőtte ki magát, amely nagyon gyorsan gyakorlati sikereket hozott a nagy szilárdságú vegyi szálak előállításában, és mára felkelti a figyelmet. optikusok és mikroelektronikai szakemberek. De nem is ez a lényeg, hanem az, hogy a folyadékkristályos állapot a polimerekben és polimer rendszerekben, mint kiderült, nemcsak rendkívül gyakori – ma már sok száz polimer folyadékkristályt írtak le –, hanem stabilitást is jelent. polimer testek egyensúlyi fázisállapota.
Még ebben is van némi paradoxon. 1988-ban ünnepelték a centenáriumot, amióta F. Reinitzer osztrák botanikus leírta az első folyadékkristályos anyagot, a koleszteril-benzoátot. A múlt század 30-as éveiben alakult ki az alacsony molekulatömegű szerves folyadékkristályok fizikája, a 60-as években pedig már több millió ilyen kristályra épülő készülék működött a világon. A 60-as és 70-es években azonban a legtöbb polimerkutató nem tudta elképzelni például a koleszterikus típusú termotróp folyadékkristályos polimerek létezését, és általában az ilyen rendszerek az atipikus makromolekuláris objektumok egzotikus képviselőinek tűntek. Valójában az elmúlt években egyfajta információrobbanás történt, és ma már senki sem lepődik meg a liotrop és termotróp folyékony kristályos polimereken, amelyeket havonta tucatnyian szintetizálnak.
Ebben a munkában arról szerettem volna beszélni, hogy mikor és hogyan fedezték fel a folyadékkristályos állapotot, mi a sajátossága a folyadékkristályokban más tárgyakhoz képest, a folyadékkristályos polimerekről és miért érdekesek és csodálatosak.
Folyékony kristályok.
A legtöbb anyag csak három halmazállapotban létezhet: szilárd, folyékony és gáz halmazállapotú. Egy anyag hőmérsékletének változtatásával szekvenciálisan átvihető egyik állapotból a másikba. Általában a szilárd anyagok szerkezetét vették figyelembe, amely kristályokat és amorf testeket tartalmazott. A kristályok megkülönböztető jellemzője a hosszú távú sorrend és a tulajdonságok anizotrópiája (kivéve a szimmetriaközépponttal rendelkező kristályokat). Az amorf szilárd anyagokban csak rövid hatótávolságú rend van, és ennek következtében izotrópok. Folyadékban is létezik kis hatótávolságú rend, de a folyadék viszkozitása nagyon alacsony, azaz folyékonysága van.
A felsorolt három halmazállapoton kívül van egy negyedik, az ún folyékony kristály. Közbenső a szilárd és folyékony között, és más néven mezomorf állapot. Ebben az állapotban nagyon sok szerves anyag lehet összetett rúd- vagy korong alakú molekulákkal. Ebben az esetben úgy hívják folyadékkristályok vagy mezofázis.
Ebben az állapotban az anyag számos kristály tulajdonsággal rendelkezik, különösen a mechanikai, elektromos, mágneses és optikai tulajdonságok anizotrópiája jellemzi, ugyanakkor folyadék tulajdonságaival is rendelkeznek. A folyadékokhoz hasonlóan ezek is folyékonyak, és a tartály alakját veszik fel, amelybe helyezik őket.
Általános tulajdonságaik alapján az LC-k két nagy csoportra oszthatók. Hőmérsékletváltozáskor keletkező folyadékkristályokat nevezünk termotróp. Olyan folyadékkristályokat nevezünk, amelyek az oldatokban jelennek meg, ha koncentrációjuk megváltozik liotróp.
1.1. A folyadékkristályokat 1888-ban fedezték fel. F. Reinitzer osztrák botanikaprofesszor az általa szintetizált új anyag, a koleszteril-benzoát tanulmányozása közben, amely a koleszterin és a benzoesav észtere.
Felfedezte, hogy 145 °C-ra melegítve a kristályos fázis (fehér por) furcsa zavaros folyadékká alakul, és ha tovább melegítjük 179 °C-ra, átmenet figyelhető meg egy közönséges átlátszó folyadékká. Megpróbálta megtisztítani ezt az anyagot, mivel nem volt biztos benne, hogy tiszta koleszteril-benzoátja van, de ennek ellenére ez a két fázisátalakulás reprodukálódott. Ebből az anyagból mintát küldött barátjának, Otto von Lehmann fizikusnak. Lehman közönséges kristályokat tanulmányozott, beleértve a műanyag kristályokat is, amelyek puha tapintásúak és különböznek a szokásos kemény kristályoktól. A fő vizsgálati módszer a polarizációs optikai mikroszkóp volt - olyan mikroszkóp, amelyben a fény áthalad egy polarizátoron, áthalad egy anyagon, majd egy analizátoron - egy vékony anyagrétegen. Ha egy bizonyos anyag kristályait helyezzük a polarizátor és az analizátor közé, akkor láthatunk textúrákat – jellemző képeket a különböző kristályos anyagokra – és így tanulmányozhatjuk a kristályok optikai tulajdonságait. Kiderült, hogy Otto von Lehmann segített megérteni, mi az oka a köztes állapotnak, a téveszmének. Otto von Lehmann komolyan meg volt győződve arról, hogy a kristályos anyagok, kristályok minden tulajdonsága kizárólag a molekulák alakjától függ, vagyis nem mindegy, hogyan helyezkednek el ebben a kristályban, fontos a molekulák alakja. A folyadékkristályok esetében pedig igaza volt - a molekulák alakja határozza meg a folyadékkristályos fázis kialakításának képességét (főleg a molekulák alakja). 1888-ban Reinitzer azt írta, hogy vannak kristályok, amelyek lágysága olyan, hogy folyékonynak nevezhető, majd Lehmann írt egy cikket a folyó kristályokról, sőt, ő alkotta meg a kifejezést. folyadékkristályok. Megállapítást nyert, hogy a folyadékkristályok nagyon nagy számban fordulnak elő, és fontos szerepet játszanak a biológiai folyamatokban. Ezek például az agy, az izomszövet, az idegek és a membránok részei. A „folyékony kristályok” kifejezés, amely két, bizonyos értelemben ellentétes szó – „folyékony” és „kristályos” – együttes használatán alapul, jól meghonosodott, bár a „mezofázis” kifejezést a francia fizikus, J. Friedel harminc évvel F. Reinitzer felfedezése után, a görög "mesos" (köztes) szóból eredeztetve láthatóan helyesebb. Ezek az anyagok a kristályos és a folyékony köztes fázist képviselik, a szilárd fázis megolvadásakor keletkeznek, és egy bizonyos hőmérsékleti tartományban léteznek, amíg további melegítés hatására közönséges folyadékká nem alakulnak. Fontos történelmi epizód: a 20-30-as években Fredericks szovjet fizikus a különféle mágneses és elektromos terek folyadékkristályok optikai tulajdonságaira gyakorolt hatását tanulmányozta, és felfedezett egy fontos dolgot: a folyadékkristályokban lévő molekulák orientációja nagyon könnyen megváltozik a külső mezők hatása, és ezek a mezők nagyon gyengék és nagyon gyorsan változnak. A 60-as évek vége óta fellendülés kezdődött a folyadékkristályos rendszerek és a folyadékkristály-fázisok tanulmányozásában, és ez összefügg azzal a ténnyel, hogy megtanulták használni őket. Először a közönséges elektronikus digitális órák információmegjelenítő rendszereinél, majd a számológépeknél, és a számítástechnika megjelenésével világossá vált, hogy a folyadékkristályok aktívan felhasználhatók kijelzők gyártására. Természetesen egy ilyen technológiai ugrás ösztönözte a folyadékkristályok tanulmányozását az alaptudomány szempontjából, de meg kell jegyezni, hogy mekkora időkülönbség van a folyadékkristályokkal kapcsolatos tudományos felfedezések között. Valójában az emberek kíváncsiságból érdeklődtek irántuk, nem volt haszonelvű érdeklődés, senki sem tudta, hogyan kell használni őket, ráadásul azokban az években (20-30-as években) sokkal érdekesebb volt a relativitáselmélet. Fredericks egyébként a relativitáselmélet népszerűsítője volt a Szovjetunióban, majd elnyomták és a táborokban halt meg. Valójában 80 év telt el a folyadékkristályok felfedezése után, amíg megtanulták használni őket.
1.2. A folyadékkristályok tanulmányozása során világossá váltak a negyedik halmazállapot fizikai okai. A legfontosabb a molekulák nem gömb alakú formája. Ezekben az anyagokban a molekulák egy irányban megnyúltak vagy korong alakúak. Az ilyen molekulák egy bizonyos vonal mentén vagy egy kiválasztott síkban helyezkednek el. A kristályos fázis három fő típusa ismert: nematikus(a görög „nema” szóból - fonal), szmektikus(a görög „smegma” szóból - szappan), koleszterikus.
A nematikus folyadékkristályokban a molekulák tömegközéppontjai kaotikusan helyezkednek el és mozognak, mint a folyadékban, és a molekulák tengelyei párhuzamosak. Így hosszú távú sorrend csak a molekulák orientációja tekintetében létezik. Valójában a nematikus molekulák nemcsak transzlációs mozgásokat hajtanak végre, hanem orientációs rezgéseket is. Ezért nincs a molekula szigorú párhuzamossága, hanem dominál az átlagos orientáció (7.19. ábra) Az orientációs rezgések amplitúdója a hőmérséklettől függ. A hőmérséklet emelkedésével az orientáció párhuzamosságától nagyobb eltérések lépnek fel, és a fázisátmenet pontján a molekulák orientációja kaotikussá válik. Ebben az esetben a folyadékkristály közönséges folyadékká alakul.
A gyakorlati alkalmazások szempontjából a legérdekesebbek azok az anyagok, amelyek szobahőmérsékleten a nematikus mezofázisban vannak. Jelenleg különféle anyagok keverékeinek elkészítésével a nematikus anyagokat -20 és +80 fok közötti tartományban, sőt szélesebb hőmérsékleti tartományban is nyerik.
A folyadékkristályok orientációs sorrendjének jellemzésére általában két paramétert vezetnek be: igazgató és diplomaorientációs rend, amelyet rendelési paraméternek is neveznek. A rendező egy I egységvektor, amelynek iránya egybeesik a molekulák hosszú tengelyeinek átlagos orientációjának irányával. Nematikus folyadékkristályokban a rendező egybeesik az optikai tengely irányával. Az I. vektor fenomenológiailag jellemzi a molekulák elrendezésének nagy hatótávolságú sorrendjét. Csak a molekuláris orientáció irányát határozza meg, de nem ad információt arról, hogy mennyire tökéletes a mezofázis rendezettsége. A hosszú távú tájékozódási rend mértéke az rendelési paraméter S, a következőképpen definiálható: S=1/2(3 ² θ -1) (*), ahol θ – az egyes molekula tengelye és a folyadékkristály rendezője közötti szög. Az átlagolás (*) a teljes molekulaegyüttesen történik. Az S=1 érték a teljes tájékozódási rendnek, azaz egy ideális folyadékkristálynak felel meg, az S=0 pedig a teljes tájékozódási zavart és az izotróp folyadékká átalakult nematikusnak felel meg.
Koleszterikus folyadékkristályok a nevüket a koleszterinről kapták, mert a legtöbb esetben koleszterin-észterek. Ugyanakkor a koleszterin-észtereken kívül számos más anyag is alkotja a koleszterikus mezofázist. Az összes koleszterint alkotó vegyület molekulája aszimmetrikus szénatomot tartalmaz, amely négy kovalens kötéssel kapcsolódik különböző atomokhoz vagy atomcsoportokhoz. Az ilyen molekulák nem kombinálhatók önmagukkal egyszerű szuperpozícióval, akárcsak a bal és a jobb kéz. Úgy hívják királis molekulák (az ősi héber „örökös” szóból - kéz).
A királis molekulákból álló koleszterikus folyadékkristályok szerkezetükben hasonlóak a nematikához, de alapvető különbségük van. Ez abban rejlik, hogy a nematikustól eltérően a molekulák egységes orientációja a koleszterikusban energetikailag kedvezőtlen. A királis koleszterikus molekulák egymással párhuzamosan helyezkedhetnek el egy vékony egyrétegű rétegben, de a szomszédos rétegben a molekulákat bizonyos szögben el kell forgatni. Egy ilyen állapot energiája kisebb lesz, mint egyenletes orientáció esetén. Minden következő rétegben a réteg síkjában fekvő I rendezőt ismét egy kis szögben elforgatjuk. Így a molekulák spirális rendeződése jön létre egy koleszterikus folyadékkristályban (7.20. ábra). Ezek a spirálok lehetnek bal- vagy jobboldaliak. A szomszédos rétegek I vektorai közötti α szög általában a teljes fordulat századrésze, azaz. α≈1®. Ebben az esetben a koleszterikus hélix hangmagassága R több ezer angström, és összehasonlítható a spektrum látható részén lévő fény hullámhosszával. A nematikus folyadékkristályok a végtelenül nagy spirálemelkedésű (P→∞) koleszterikus folyadékkristályok speciális esetének tekinthetők. A molekulák spirális rendeződését a hélix tengelyére merőlegesen alkalmazott elektromos vagy mágneses tér tönkreteheti.
A szmektikus folyadékkristályok rendezettebbek, mint a nematikus és koleszterikus kristályok. Olyanok, mint a kétdimenziós kristályok. A molekulák orientációs rendezése mellett, hasonlóan a nematika rendezettségéhez, létezik a molekulák tömegközéppontjainak részleges rendeződése. Ebben az esetben az egyes rétegek rendezője már nem a réteg síkjában fekszik, mint a koleszteriáknál, hanem bizonyos szöget zár be vele.
A rétegekben lévő molekulák sorrendjének jellegétől függően a szmektikus folyadékkristályok két csoportra oszthatók: smectics a nem szerkezetiÉs smectics szerkezeti rétegekkel.
BAN BEN smektikus folyadékkristályok nem szerkezeti rétegekkel a rétegekben a molekulák tömegközéppontjai kaotikusan helyezkednek el, akár a folyadékban. A molekulák meglehetősen szabadon mozoghatnak a réteg mentén, de tömegközéppontjaik egy síkban vannak. Ezek a smectic-nek nevezett síkok egymástól azonos távolságra helyezkednek el, megközelítőleg a molekula hosszával. ábrán. A 7.21a ábra a molekulák elrendezését mutatja egy ilyen szmektikában. Az ábrán látható szmektikus folyadékkristálynál az I rendező és a síkra vonatkozó normál n iránya egybeesik. Más szóval, a molekulák hosszú tengelyei merőlegesek a szmektikus rétegekre. Az ilyen folyadékkristályokat A szmektikumoknak nevezzük. A 7.21b ábra egy nem szerkezeti rétegekkel rendelkező szmektikát mutat be, amelyben a rendező nem a normál mentén irányul a réteghez, hanem bizonyos szöget zár be vele.Az ilyen molekulaelrendezésű folyadékkristályokat C szmektikának nevezzük. A smektikus folyadékkristályok rendezése bonyolultabb, mint az A és C szmektikákban. Példa erre az F smectic, amelynek rendezésének részleteit még nem vizsgálták teljesen.
BAN BEN smectics szerkezeti rétegekkel már háromdimenziós statisztikai rendezéssel foglalkozunk. Itt a molekulák tömegközéppontjai is a szmektikus rétegekben helyezkednek el, de kétdimenziós rácsot alkotnak. A kristályos anyagoktól eltérően azonban a rétegek egymáshoz képest szabadon csúszhatnak (mint más smektikában!). A rétegek szabad csúsztatásának köszönhetően minden smectikumnak szappanszerű tapintása van. Innen a nevük (a görög „smegma” szó szappant jelent) Számos smektikában a molekulák tömegközéppontjainak sorrendje ugyanaz, mint a B szmektikában, de az I rendező és a normál n közötti szög az réteg értéke nem nulla. Ebben az esetben pszeudohexagonális monoklin rendeződés alakul ki. Az ilyen szmektikumokat H-szmektikának nevezik. Léteznek D szmektikumok is, amelyek testközéppontú rácsos kockaszerkezethez közel állnak. Az újonnan szintetizált folyadékkristályok között vannak olyanok, amelyek nem sorolhatók a nematikusok, koleszterikusok és szmektikumok közé. Ezeket általában egzotikus mezofázisoknak nevezik. Ilyenek például az úgynevezett korong alakú folyadékkristályok, vagy diszkotikumok, amelyeket intenzíven kutatnak.
1.3. A polarizációs mikroszkópia a folyadékkristályok vizsgálatának első módszere, vagyis abból a képből, amelyet a kutató a keresztezett polarizátorok polarizációs mikroszkópjában néz, meg lehet ítélni, hogy milyen mezofázis, milyen típusú folyadékkristályos fázis képződik. Ez a jellemző kép a nematikus fázisra, amelynek molekulái csak orientációs rendet alkotnak. Így néz ki a smectic fázis. Hogy képet adjunk ennek az egésznek a léptékéről, vagyis sokkal nagyobb, mint a molekuláris lépték: a kép szélessége több száz mikron, vagyis ez egy makroszkopikus kép, sokkal nagyobb, mint a hullámhossz a látható fénytől. Az ilyen képeket elemezve pedig meg lehet ítélni, hogy milyen szerkezetről van szó. Természetesen léteznek pontosabb módszerek ezeknek a mezofázisoknak a szerkezetének és egyes szerkezeti jellemzőinek meghatározására - olyan módszerek, mint a röntgendiffrakciós analízis, különféle spektroszkópia -, amelyek lehetővé teszik számunkra, hogy megértsük, hogyan és miért vannak ilyen vagy olyan módon csomagolva a molekulák. .
A koleszterikus mezofázis így néz ki - az egyik tipikus kép.
A hőmérséklet változásakor a fénytörés változása figyelhető meg, így a színek megváltoznak, közeledünk az átmenethez - és egy izotróp olvadékba való átmenet figyelhető meg, vagyis minden elsötétült, sötét kép látható a keresztezett polarizátorokban.
Folyadékkristályos polimerek.
A folyadékkristályos (LC) polimerek olyan nagy molekulatömegű vegyületek, amelyek bizonyos körülmények között (hőmérséklet, nyomás, oldatkoncentráció) képesek LC állapotba átalakulni. A polimerek LC állapota egyensúlyi fázisállapot, amely az amorf és a kristályos állapotok között egy köztes helyzetet foglal el, ezért gyakran nevezik mezomorfnak vagy mezofázisnak is (a görög mezosz - intermedier szóból). A mezofázis jellemzője az orientációs rend jelenléte a makromolekulák (vagy azok fragmentumai) elrendezésében, valamint a fizikai tulajdonságok anizotrópiája külső hatások hiányában. Nagyon fontos hangsúlyozni, hogy az LC fázis spontán képződik, míg a polimerben az orientációs rend könnyen előidézhető a minta egyszerű nyújtásával a makromolekulák nagy anizodiametriája (aszimmetriája) miatt.
Ha a polimerek hőhatás (hevítés vagy hűtés) hatására LC állapotba vagy mezofázisba kerülnek, akkor termotróp LC polimereknek nevezzük, ha pedig az LC fázis a polimerek bizonyos oldószerekben való feloldásakor jön létre, akkor liotróp LC polimereknek nevezzük.
Az első tudósok, akik megjósolták a polimerek mezofázist képező lehetőségét, V.A. Kargin és P. Flory.
