Алексей Бобровский, доцент, с. н. с. химфака МГУ, докт. хим. наук, лауреат Премии Президента РФ для молодых ученых, подготовил к трехлетию нашей газеты особую фотополосу. В ней он представил красоту текстур жидких кристаллов и ЖК-полимеров.
Моя научная работа связана с изучением жидких кристаллов и жидкокристаллических (ЖК) полимеров. Это не только интересно и актуально, но и очень красиво. Первым и самым простым методом изучения жидких кристаллов стала поляризационная оптическая микроскопия. Еще в конце XIX века физик Отто фон Леман начал изучать жидкие кристаллы при помощи микроскопа. Анализ картины (текстуры), наблюдаемой исследователем в поляризационный микроскоп в скрещенных поляризаторах, уже позволяет судить о том, какой тип жидкокристаллической фазы образуется.
Разумеется, существуют более точные и современные методы исследования ЖК-структуры, например рентгеноструктурный анализ, разного рода спектральные и оптические методы. Тем не менее, именно с поляризационной оптической микроскопии начинается изучение новых ЖК-соединений.
Исследуемое соединение помещают в стеклянную ячейку или плоский капилляр с зазором в несколько микрон. Изменение температур и наблюдение картины в скрещенных поляризаторах позволяют определить типы ЖК-фаз и температуры фазовых переходов. Вид текстуры определяется ее оптическими свойствами (двулучепреломление, дихроизм,оптическая активность) и характером топологических дефектов. Так как для разных фаз все эти свойства отличаются, то это и позволяет сделать выводы о типе ЖК-фазы.
И, наконец, жидкие кристаллы просто очень красивы при наблюдении их в поляризационный микроскоп.
Надо отметить, что часто одна и та же ЖК-фаза выглядит очень по-разному в микроскопе. Это может зависеть от ее физических параметров (например, констант упругости или шага спирали для холестериков), граничных условий (обработки подложек специальными соединениями).
Голубые фазы хиральных жидких кристаллов замечательны своим необычным строением: формирование этих фаз есть результат трехмерного упорядочения дефектов. Эти фазы обычно существуют лишь в очень узком температурном интервале, между холестерической фазой и изотропной. Голубые фазы I и II образуют красивую мозаичную текстуру.
В 1995 г. мне удалось синтезировать полимерные холестерики, образующие голубую фазу II. Образцы приходилось выдерживать при определенной температуре десятки часов. Однако потом я с удивлением обнаружил, что если образец полимера охладить до комнатной температуры, то текстура остается неизменной. Высокая вязкость полимеров и способность сохранять структуру в особом стеклообразном состоянии позволили сохранять текстуру голубой фазы десятилетиями. Это в принципе невозможно для большинства обычных, низкомолекулярных соединений. А в моем полимере эта текстура сохраняется уже более 15 лет абсолютно без изменений.
Здесь приведены фотографии текстур всего лишь двух типов ЖК-фаз — холестерической и так называемой голубой фазы (сейчас известно несколько десятков типов фаз). Все фотографии сделаны автором на «мыльницу» Canon A520, присоединенную к поляризационному микроскопу POLAM (ЛОМО). Диаметр поля зрения — порядка 600 микрон.
Холестерическая фаза характеризуется спиральной надмолекулярной структурой с определенным шагом спирали (см. [1, 2]). Как видно из фотографий, текстура холестериков сильно зависит от шага спирали (шаг спирали может составлять величину от сотен нанометров до десятков микрон).
1. Жидкие кристаллы и ЖК-полимеры. Публичная лекция химика Алексея Бобровского — www.polit.ru/lectures/2010/12/10/bobrovsky.html
2. «У каждого с собой есть жидкие кристаллы». Химик Алексей Бобровский о жидких кристаллах — www.gazeta.ru/science/2011/02/25_a_3538865.shtml.
Все фотографии сделаны автором на «мыльницу» Canon A520, присоединенную к поляризационному микроскопу POLAM (ЛОМО). Диаметр поля зрения — порядка 600 микрон.