Какого цвета температура?

Мы рассмотрели, как используются холестерические жидкие кристаллы в медицине. Этим не исчерпывается применение холестериков в качестве тепловизора. В технике приходится решать задачи, связанные с распределением температур на поверхности того или иного объекта.

Ввиду ограниченного объема книги нельзя рассказать о всех возможных применениях жидких кристаллов в технике, основанных на визуализации температурного распределения. Но трудно удержаться, чтобы не показать, насколько полезными могут быть холестерики.

Жидкий кристалл отыскивает дефекты. Такое утверждение полностью соответствует истине. С помощью холестериков можно определить, имеются ли в исследуемом материале неоднородности (это могут быть трещины, непровары в сварном шве, различные включения). На деталь наносят жидкокристаллическую пленку и нагревают ее. Вследствие разной теплопроводности температура на поверхности тоже будет разная и жидкий кристалл своим цветом тотчас же фиксирует те участки, где имеются дефекты.

Читатель может возразить, что для обнаружения подобных дефектов существуют устоявшиеся методы дефектоскопии — рентгеновский, гамма-излучение, ультразвуковой и т. д. Но, во-первых, названные методы требуют дорогостоящей аппаратуры, во-вторых, необходимы оборудованные камеры с хорошей защитой персонала от ионизующего излучения. Жидкий кристалл может работать в любом месте, лишь бы температурные условия соответствовали его интервалу существования.

Еще один пример из области дефектоскопии, когда применение холестериков очень желательно. Интегральные схемы! Перед тем как попасть в прибор, интегральная схема проверяется техническими контролерами. С ролью такого контролера превосходно может справиться жидкокристаллический тепловизор. На схему наносится холестерик и она подключается к источнику питания. В том месте, где имеется дефект, начинает выделяться большее количество теплоты, и жидкий кристалл «включает» цветовой сигнал тревоги.

Изделий, контролируемых этим способом, можно назвать много. Это многослойные печатные платы, сотовые конструкции деталей самолета. Таким же способом можно проверить качество спайки листов металла или пластика, однородность термоизоляции для диэлектриков, проконтролировать металлокерамические изделия СВЧ- техники.

Метод неразрушающего контроля по чувствительности превосходит методы механического и ультразвукового исследований. Например, с помощью такого контроля удается обнаружить неоднородности в алюминии до 1,5 мм². Надежность метода оценивается как стопроцентная.

Контактный способ контроля обычно применяется в изделиях со сложной конфигурацией. Так, в изделиях со сложной системой внутренних каналов, по которым проходит, например, охлаждающая жидкость, каналы при литье засоряются. На поверхность изделия наносится тонкий слой холестерической смеси, и при продувании канала горячим воздухом на пленке проявляется рисунок канала, и место засорения становится видимым.

Жидкий кристалл помогает конструкторам. Во время работы турбин охлаждающие лопатки испытывают большие температурные нагрузки. Для охлаждения лопаток внутри их конструкторы предусмотрели сеть каналов, по которым протекает жидкость. Но лопатка должна охлаждаться по всему объему одинаково. Чтобы правильно рассчитать расположение этих каналов, потребовались усилия инженеров-расчетчиков, математиков, вычислительных машин. И все же решение этой задачи продвигалось медленно.

Тогда на помощь пришли жидкие кристаллы. На поверхность лопатки нанесли холестерик, и под действием электрического тока он стал нагреваться. Одновременно через каналы пропустили охлаждающую жидкость. Холестерик показал, в каком месте лопатка нагревается сильнее. Конструкторы меняли расположение каналов, и лопатка вновь проверялась жидкими кристаллами. Так продолжалось до тех пор, пока не добились желаемого результата — поверхность лопатки стала равномерно окрашенной. Долговечность таких лопаток значительно повысилась.

Холестерики помогают решать интересные задачи в области аэродинамики. При оценке аэродинамики моделей летательных аппаратов в аэродинамических трубах одной из характеристик является скорость теплообмена. Она определяется многими факторами: характером поверхности, скоростью и режимом потока и т. д. Жидкие кристаллы, нанесенные на поверхность модели, способны дать двумерную картину распределения температуры на ее поверхности.

Интересный метод визуализации воздушных потоков в задачах промышленной аэродинамики предложили ивановские ученые. В этом методе жидкий кристалл наносится на токопроводящую бумагу или стекло с напыленным токопроводящим слоем. При пропускании тока слои нагреваются до максимального значения температуры цветопроявления (фиолетовый цвет). Затем на экран устанавливаются вентилятор, который создает воздуш ную струю, насадки различной формы, тела обтекания.

Потоки воздуха, действующие на жидкокристаллический экран, забирают с его поверхности некоторое количество теплоты, вследствие чего он охлаждается. На участках поверхности, охлажденных до температуры цветопроявления кристалла, проявляются четко ограниченные цветовые линии равных температур.

Таким образом, можно наблюдать, как ведет себя воздушный поток при обтекании препятствий различной формы. При исследовании аэродинамики вентиляционных систем нередко приходится определять структуру воздушных потоков. Как и во многих случаях, жидкие кристаллы малыми средствами позволяют решать большие задачи.

Холестерик используют и как инструмент для изучения СВЧ-пол е и. СВЧ-излучение попадает на подложку, поглощающую его, подложка нагревается, и жидкий кристалл дает двумерную картину распределения мощности СВЧ-поля (рис. 48).

Мы рассмотрели лишь несколько примеров применения холестерических жидких кристаллов в технике, а сколько таких возможностей не упомянуто? Сколько неизвестного таят в себе холестерики?!