Размягчение и стеклование

У аморфных тел нет никакой определенной температуры плавления. При притоке тепла (повышении температуры) аморфные тела постепенно размягчаются, и их свойства все больше начинают напоминать свойства жидкостей. Вязкость аморфных тел уменьшается, перескоки атомов из одного положения в другое учащаются.

При понижении температуры аморфные тела по своим свойствам все больше и больше напоминают твердые тела. Этот процесс называется стеклованием.

5.7. Жидкокристаллическое
состояние вещества

Радикальное изменение симметрии в теле соответствует фазовому переходу между агрегатными состояниями вещества. Это, как известно, кристаллическое твердое тело, жидкость и газ (пар), которым соответствует симметрия в первом случае дальнего порядка, во втором — ближнего и в третьем — полное отсутствие симметрии. Однако фазовые состояния могут различаться по симметрии не столь радикально.

Вещества, обладающие свойствами и жидкости, и твердого тела, называются жидкими кристаллами. Основные типы жидкокристаллических состояний представлены на рис. 5.8.

Рис. 5.8. Типы жидкокристаллических структур: а — нематические;
б — смектические; в — холестерические

Ориентация молекул характеризуется направленным вдоль ее максимального размера единичным вектором , называемым директором.

По рис. 5.8, а видно, что для нематических жидких кристаллов директор имеет только одну компоненту nх. Для смектических жидких кристаллов директор имеет только одну компоненту n_х, причем отличную от нуля только при 0 < x < L, где L — толщина слоя. Для холестерических жидких кристаллов директор имеет две компоненты nх = sin(z / h); nу = cos(z / h), где h — шаг спирали, по которой повернуты молекулы.

Жидкокристаллические вещества очень широко распространены в биологических мембранах. Так, по рис. 5.8 видно, что, имея сравнительно свободное перемещение по оси y (свойства жидкости), мембрана, устроенная из смектических кристаллов, будет непроницаема вдоль оси х (свойства твердого тела).

Оказалось, что среди жидкокристаллических веществ многие состоят из полярных молекул (диполей). Наложением электрического поля перпендикулярно директору можно управлять ориентацией молекул. Так можно существенно менять оптические свойства жидкого кристалла, например, отражение. На этом основаны многие технические приложения. Укажем, например, на использование жидких кристаллов в устройствах индикации (дисплеи).

Уместно сказать, что до сих пор подчеркивалась связь изменения упорядоченности (симметрии) с температурой. Соответствующие жидкие кристаллы называются термотропными. В биологических объектах (мембранах) присутствуют, как правило, вещества, свойства упорядоченности которых существенно меняются при изменении концентраций как их самих, так и окружающих их молекул. Такие вещества (жидкие кристаллы) называются лиотропными.