Suyuq kristallar va ularning xususiyatlari

SUYUQ KRISTALLAR VA ULARNING XUSUSIYATLARI
Reja:
1. Suyuq kristallar haqida tushuncha
2. Suyuq kristall turlari. Nematik, smektik va holesterik
3. Elektr va magnit maydonlaridagi suyuq kristallarning xossalari
4. Suyuq kristallarni qo’llanilishi matritsaviy displeylar.

Тayanch so’z va iboralar:Suyuq kristallar. Nematik, smektik holesterik. Matritsaviy qurilmalar. Displeylar.

Suyuq kristallar.
Suyuq kristallar-suyuqlik va kristall xossasiga ega bo’lgan moddalar bo’lib unda bir vaqtning o’zida ham kristallik, ham suyuqlik xususiyatlari namoyon bo’ladi. Ma’lumki moddadarining ko’pchiligi uchta agregat holatda (qattiq, suyuq, gaz) bo’lishi mumkin. Murakkab molekulalarga ega bo’lgan ba’zi organik moddalar yuqoridagi uchta holatdan tashqari to’rtinchi holatda ham bo’lishi mumkin. Ular eritilayotganida oddiy suyuqlikdan farqlanuvchi suyuq kristall fazasi xosil bo’ladi. Mazkur faza kristallning erish haroratidan boshlanib undan yuqori harorat intervalida mavjud bo’ladi. Agar uni ayni shu interval chegarasidan yuqori haroratga qadar qizdirilsa, suyuq kristall oddiy suyuqlikka aylanib qoladi. Suyuq kristallar 1888 yilda Avstriyalik batanik-olim F.Reynitser tomonidan birinchi marta olingan va tadqiq qilingan. F.Reynitser sintez qilgan yangi modda xolesteril benzoat ikkita erish nuqtasiga egadir. Bu qattiq jismning harorati 1450 S ga yetganda, u loyqa suyuqlikka aylanadi. 1790 S haroratda esa suyuqlik tiniqlashib qoladi, ya’ni o’zini optik nuqtai nazardan oddiy suyuqlikdek, masalan suvdek tutadi.
F.Reynitser polyarizatsion mikrosko’p ostida holesteril benzatning loyqa fazasini ko’zatganda u ikkilanma nur sindirishga ega ekanligini aniqladi. Molekulalarning fazoda tartiblanishi odatdagidek to’liq bo’lmasa ham u suyuq kristallar xususiyatiga jiddiy ta’sir ko’rsatadi. Shuning bilan ham ular oddiy suyuqlikdan farq qiladi. Molekula o’qlarining eng oddiy tartiblanishlaridan tashqari, suyuq kristallarning molekulalarida bundan ham murakkab oriyentatsion tartiblanish amalga oshishi ham mumkin. Suyuq kristallarning turlari. Nematik, smektik va xalesterik. Molekulalar o’qlarining tartiblanishining ko’rinishiga qarab suyuq kristallar uch turga bo’linadi: 1. Nematik. Nematik grekcha “nema” so’zidan olingan bo’lib “ip” deganidir. Nematiklar tarkibida mikrosko’pik ipsimon strukturalar mavjud bo’lib ularning oxiri yoxud erkin, yoxud idishning devoriga yopishuvchan bo’ladi. 1930 yilning boshlarida nematik moddalarning umuiy molekulyar strukturasi qarama-qarshi muloxazalarning yuzaga kelishiga sabab bo’ldi. Хuddi shu vaqtda nemis fiziklari Ornshteyn va Kastlar nematik moddadardagi molekulalar butun hajm bo’ylab emas, balki faqat ayrim soxalarda parallel o’qlarga ega bo’lgan gurux yoki “uya” larga to’plangan degan fikrni ilgari surdilar.
Ularning taxminlaricha, har bir uya tarkibida bir millionga yaqin moleklalar joylashgan bo’ladi. Yaqinda Shvetsiyalik olim K.Ozen nematik moddadagi molekulalarning barcha o’qlari bir-biriga parallel, ularning o’zlari esa modda bo’ylab bir xilda joylashganligini isbotladi. Хozirgi vaqtda uya nazariyasi go’yo ishonch qozonmagandek bo’lib turibdi. 2. Smektik. Smektik, grekcha smegma-sovun so’zidan olingan bo’lib, Smektiklar sigarasimon shakldagi molekulalardan tashkil topgan bo’lib u molekulalarning katta o’qlari bir-biriga parallel orintatsiyalangan qatlamlar to’plamini xosil qiladi. Smektik suyuq kristall moddalarning eng ko’p tarqalgan misoli sovun ko’pigidir. Sovun pufaklarining tashqi va ichki sirtlari orasida suv bo’lib u smektik qatlamlardan iborat bo’ladi. Agar pufak siqilsa, suvning molekulalari qatlamdan siqib chiqariladi va u yana qaytadan suyuqlik eritmasiga qaytib o’tadi. Smektik suyuq kristall modda qutblangan yoruғlikni o’tkazadigan mikrosko’p yordamida ko’zatilganda u o’zini optik jixatdan uch o’lchamlik kristalldek, xususan kvarsga o’xshab tutadi. Demak, qatlamga perpendikulyar ravishda tarqalayotgan yoruғlik tezligi qatlamga parallel tarqalayotganiga nisbatan kichik ekan.boshqacha aytganda, molekulalarning o’zun o’qi bo’ylab yoruғlik ko’ndalangiga nisbatan kichik tezlik bilan tarqaladi. Bunday tipdagi kristall strukturalar optik musbat strukturalar deb ataladi. 3. Holesterik. Тarkida holesterik mavjud bo’lgan juda ko’p sondagi birikmalar xolesterik deb ataladi. Хolesterik fazaning xususiyati ko’p jixatidan smektik va nematik fazalarning xususiyatiga o’xshash.
Хolesterik suyuq kristallardagi molekulalar ham smektik suyuq kristallardagi molekulalar kabi qatlamlarga to’planganlar. Ammo har bir qatlamning ichida molekulalar o’qining bir-biriga nisbatan joylashuvi esa nematik fazani eslatadi. Хolesterik molekulalarining o’zun o’qi qatlam tekisligiga parallel bo’lganligi uchun ulardagi qatlamlar juda yupqa bo’ladi. Ma’lumki yoruғlikni qutblanish tekisligini (buruvchi) aylantiruvchi kristall moddalar optik aktiv modda deb ataladi. O’tkazilgan tajribalar xolesterik modda ham optik aktiv modda ekanligini va qutblanish tekisligini 1800 gacha burchakka burishini ko’rsatdi. Хolesterik suyuq kristalining optik xususiyatlaridan yana biri uning doiraviy dixroizmga (ikkilanma nur sindirishda nurlardan biri ikkinchisiga qaraganda ko’proq yetiladi) ega bo’lishidir. Smektik va nematik moddalarga qarama-qarshi xolestik suyuq kristallar optik manfiydirlar. Buning ma’nosi sho’qi molekulyar qatlamlarga perpendikulyar tarqalayotgan yoruғlikning tezligi masimal qiymatga ega. Uchchala suyuq kristall moddalarga xos xususiyat ikkinlanma nur sindirilishining mavjudligidir. Хolesterik holatda modda haroratga qarab, dastlab binafsha, keyin xavorang, keyin ko’k, keyin sariq, qizil va nihoyat infraqizil soxaga o’tganda ular yana rangsizlanadi.
Ҳamma xolesterik suyuq kristallar ham haroratning o’zgarishi bilan bir xil tarzda ta’sirlanmaydi. Masaln ba’zilari o’z rangini faqat qizildan yashilgacha o’zgartiradi. Elektr va magnit maydonlaridagi suyuq kristallarnnig xossalari. Oddiy nematik moddaning molekulalari elektr va magnit maydonda xuddi temir kukunlari kabi ta’sirlashadi: Juda kichik maydonning o’ziyoq molekulalarning o’zun o’qlarini bir-biriga parallel joylashtiradi. Magnit maydoni suyuq kristallarning yopishqoqligini ham o’zgartiradi. Elektr maydoniga joylashtirilgan yupqa suyuq kristall qatlamida difraksion panjaraga o’xshash fazoviy-davriy strukturalar vujudga keladi.
Ma’lum sharoitlarda strukturalar davri va difraksion maksimumlarning intensivligi namunadagi kuchlanishga boғliq bo’lib qoladi. Bu esa boshqariladigan difraksion panjaralar yaratishda foydalanish mumkin.
Katta elektr maydonlarda suyuq kristallarning dastlab tiniq namunasi, yoruғlikni kuchli sochilishi tufayli u xira-loyqa bo’lib qoladi. Elektr maydon olingandan so’ng suyuq kristall o’zining dastalabki holatiga qaytadi. (yopishqoqligi katta bo’lgan smektikdan boshqalari, u tasvirni o’zoq vaqt “eslab” qoladi). Suyuq kristallarni qo’llanilishi. Matritsaviy qurilmalar.
Displeylar.
Хozirgi paytda suyuq kristallar texnikaning turli soxalarida keng qo’llanilmoqda. Ularni ba’zilarini quyida ko’rib o’tamiz. 1. Elektr payvandlovchi uchun maska (niqob). Germaniya firmalaridan biri payvandlovchi uchun yangi maska chiqardi. Unda maskadagi qora oyna, ikkita suyuq kristalldan yasalgan yoruғ yupqa qatlam bilan almashtiriladi. Bu tvist yacheyka bo’lib, u fotoelementdan boshqariladi. Elektr yoy chaqnashi bilan suyuq kristallning molekulalari fotoelementdan berilgan kamandaga ko’ra buriladi va yoruғlikni tamomila o’tkazmaydi. Demak suyuq kristall yacheykaga qo’yilgan kuchlanish ta’sirida molekulalar qayta orentatsiyalanadi. Payvandlash to’xtashi bilanoq molekulalar dastlabki holatiga qaytadi. 2. Тibbiyotda qo’llanilishi. Suyuq kristallar xozirgi paytda bemorlarga tashxis qo’yish uchun ishlatilishi mumkin. Shu maqsadda ultratovushli rentgen yaratildi. Bunda inson a’zosi rentgen nuri bilan emas, balki ultratovush bilan yoritiladi, ultratovush inson uchun mutloq zararsizdir. Bundan tashqari asosiy elementi suyuq kristall yacheykadan iborat bo’lgan asbob yordamida ko’zdan turli masofalarda joylashgan ob’ektlar inson tomonidan qaralganda ko’zning akkomadatsiyasini tadqiq qilish, uning vaqtiy tafsifini va akkomodatsiya jarayonida bo’lishi mumkin bo’lgan patologik o’zgarishlarni o’rganish mumkin. Bu asbobda suyu kristall yacheykasida yoruғlikning dinamik sochlish hodisasidan foydalaniladi, yacheykaning o’zi esa ekran vazifasini bajaradi. 3. Matritsaviy displeylar.
Suyuq kristall yacheyka bitta yoki bir necha misol uchun qo’l soati indikatoridagi har bir yacheykaga boshqaruvchi kuchlanishni alohidao’zatishning muammosi yo’q. Endi qandaydir qurilma uchun millionatrofidagi yacheykalar zarur bo’lsin va bu yacheykalarning har birining tavsiflarini bir-biridan mustaqil boshqarish zaruriyati tuғilgandagi holatini tasavvur etib ko’raylik. Biz televizion ekran yoki displey yaratmoqchi bo’lsak, u holda shunday sharoit tuғilishi mumkin.
Bu holda boshqaruvchi kuchlanishni o’zatisha tizimini yaratish muxim muammoga aylanadi. Chunki agar har bir yacheykani kuchlanish o’zatuvchilarini individual kanallar bilan ta’minlasak, u holda televizor ekrani yoki displey uchun yacheykalarga signallarni yetkazuvchi million juft atrofidagi o’tkazgich kerak bo’ladi. Bu esa amalda mumkin emas, demak boshqa yo’lni axtarish kerak. Mana shu yerda enda suyuq kristall yacheykalarni matritsaviy boshqarishi qo’l keladi. Bunda birdaniga juda ko’p sonli yacheykalarni boshqarish amalga oshiriladi. Bunday boshqarishda kuchlanishni o’zatuvchi o’tkazgichlar tizimi ikkita o’zaro perpendikulyar va bir-biridan izolyatsiyalangan parallel o’tkazgichlar tizimlari to’plamidan iborat bo’lib ular kvadratsimon panjarani ya’ni matritsani xosil qiladi. O’zaro perpendikulyar o’tkazgichlar kesishgan joyi suyuq kristall yacheykadan iborat bo’ladi. Demak matritsaviy tizim, yetkazuvchi simlar sonini keskin kamaytirish imkoniyatini beradi. mikrosxema elementlari displey yacheykalari Suyuq kristalli matritsaviy displeylarni va mikroelektron texnikasining ittifoqi xozirda Yaponiyada chiqara boshlanganxozirgi zamon elektron luғatini yuzaga keltirdi. Ular xotirasiga ikki tildagi so’zlar kiritilgan va matritsaviy displey va alfavit klaviatura bilan ta’minlangan oddiy cho’ntak mikrokalkulyator o’lchamidek bo’lgan miniatyuraviy hisoblash mashinasidan iboratdir. Klaviatura bo’yicha bir tildagi so’z terilsa, displeyda shu so’zning boshqa tildagi tarjimasi ko’rinadi. Nazorat savollari 1. Suyuq kristallar 2. Suyuq kristall turlari. Nematik, smektik va holesterik 3. Elektr va magnit maydonlaridagi suyuq kristallarning xossalari 4. Suyuq kristallarni qo’llanilishi matritsaviy displeylar. Suyuq kristallar, suyuq kristall holat, mezomorf holat — moddalarning suyuqlik (oquvchanlik) xossalari hamda qattiq kristallarning baʼzi xossalari (anizotropiya) ga ega boʻlgan oraliq holati. Suyuq kristallar hosil qilgan moddalarning molekulalari tayoqcha yoki choʻziq plastinkasimon shaklda boʻladi. Termotrop va liotrop xillarga boʻlinadi. Termotrop Suyuq kristallar — maʼlum temperatura oraligʻida mezomorf holatda, undan past trada qattiq kristall, yuqori trada esa oddiy suyuklik holatida boʻladi. Masalan, iazoksianizol 118,27° da anizotrop boʻlib, suyuq kristallar hosil qiladi. 135,85° da esa u izotroplikni namoyon qilib, oddiy suyuqlikka aylanadi. Baʼzi moddalarning maxsus erituvchilardagi eritmasi liotrop Suyuq kristallar deyiladi.
Suyuq kristallar molekulalarining tartiblanish darajasiga koʻra nematik ("azoksionizol, sintetik polipeptid eritmalari) va smektik (sovunning suvdagi eritmasi) Suyuq kristallar ga boʻlinadi. Nematik va smektik Suyuq kristallarning tashki koʻrinishini polyarizatsion mikroskop yordamida osongina ajratish mumkin. Nematik Suyuq kristallar ipsimon, smektik Suyuq kristallar konussimon, tayoqchasimon va bosqichli tuzil gan.
Suyuq kristallarning xolesterik (xolesterinning propil efiri) xili ham mavjud boʻlib, uning molekulalari birbiriga parallel joylashgan uzunchoq plastinkasimon shaklda. Xolesterik Suyuq kristallar organik suyukdiklar va qattiq kristallarning optik faolligidan bir necha marta yuqori boʻlgan optik faollikkya ega.
Baʼzi termotrop Suyuq kristallar 2 mezomorf holatda boʻlishi mumkin (qarang Polimorfizm). Bunda strukturaviy oʻtishlar quyidagicha: qattiq^smektik—jematik—>amorfsuyuq kristall faza sxemasi boʻyicha boradi va 1 tartibli faza oʻtish sodir boʻladi.Suyuq kristallar elastik, magnit va optik anizotroplik, yopishqoqlik, elektr oʻtkazuvchanlik va boshqa xossalarga ega.
Suyuq kristallar 1888-yilda F. Reynitser va O. Lemanlar tomonidan kashf etilgan.