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

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

Зачем нужны жидкие кристаллы?

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Нашли новые структуры

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

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

 

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

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

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

Похожие новости

  • 07/03/2019

    Сергей Аксенов: наше исследование – это стартовый этап в создании технологий будущего

    ​Ученые уверены, что век квантовых компьютеров – новых технологий, с помощью которых станет возможным решение задач, неподвластных даже самым мощным современным суперкомпьютерам, уже близок. Но прежде физикам необходимо разрешить ряд трудностей, связанных с их созданием.
    465
  • 14/05/2018

    Сибирские ученые опробовали новый метод исследования полупроводниковых наночастиц

    ​Сотрудники Сибирского федерального университета и Института физики имени Л. В. Киренского СО РАН применили новый метод для изучения наночастиц из кадмия и теллура. Они воспользовались особенностью данного соединения, взаимодействие которого со светом меняется в зависимости от магнитного поля.
    625
  • 24/06/2019

    В Сибири работают над электроникой будущего

    ​Ученые Сибирского федерального университета (СФУ) и Института физики имени Л.В. Киренского СО РАН создали самоорганизующийся шаблон из кремнезёма для прозрачных электродов на гибкой подложке, эффективный при разработке современных гибких дисплеев и светодиодов.
    200
  • 24/04/2018

    Как сделать жилье более доступным и экологичным?

    ​​Дом - это что-то теплое, уютное и, на первый взгляд - очень консервативное. Но на самом деле и строительство попевает за техническим прогрессом. Как сделать жилье более доступным, дешевым, экологичным? Мы создали краткий обзор тенденций и технологий будущего, которые появляются уже сейчас.
    920
  • 24/01/2017

    Красноярские ученые рассчитали, как поймать свет с помощью диэлектрических шариков

    ​Теоретические расчеты красноярских физиков показали, что цепочка из одинаковых диэлектрических шариков может быть использована в качестве ловушки для электромагнитных волн. Такая цепочка будет вести себя как световод, который улавливает и захватывает свет, падающий на него под любым углом.
    1129
  • 14/02/2017

    Томский ученый Илья Романченко - о физике и разработках

    ​​​Томский физик Илья Романченко получил премию президента в области науки и инноваций для молодых ученых за 2016 год. В интервью РИА Томск он рассказал о том, как его работа может помочь в борьбе против раковых клеток и террористов, почему в физике недостаточно просто выучить формулы, а также на что он собирается потратить 2,5 миллиона рублей.
    3215
  • 30/11/2018

    Энергоэкономные технологии для науки и промышленности

    ​В Институте физики им. Л. В. Киренского (ФИЦ КНЦ) СО РАН учёные разработали энергосберегающую технологию получения разнообразных редких кристаллов. Многие полезные для промышленности и научных исследований кристаллы растут из оксидов, которые плавятся при очень высоких температурах (в природе - путём кристаллизации в расплавленной магме).
    528
  • 15/12/2017

    Химики создали новый класс люминофоров для электронной промышленности

    ​Международный коллектив химиков из Китая, России и Японии синтезировал новое кристаллическое вещество на основе оксидов редкоземельных металлов, а также описал его структуру и свойства. Расшифровка рентгенограммы нового соединение установила, что он относится к новому, ранее неизвестному классу.
    1018
  • 19/09/2017

    Квантовые симуляторы: как ученые создают искусственные миры

    ​Представьте, что вы хотите рассмотреть быструю, но хрупкую бабочку. Пока она порхает, детально изучить ее довольно трудно, поэтому нужно взять ее в руки. Но как только она оказалась в ваших ладонях, крылышки смялись и потеряли цвет.
    1028
  • 13/04/2018

    Дилатометр измерит деформации космических материалов в вакууме

    Ученые из Института физики им. Л.В. Киренского Федерального исследовательского центра Красноярский научный центр СО РАН (ФИЦ КНЦ СО РАН) разработали измерительную ячейку для исследования свойств материалов при температурах близких к абсолютному нулю.
    611