Демонстрация свойств холестерика

Попробуем продемонстрировать удивительные свойства холестериков. Безусловно, все посмотреть не удастся, ведь читатель понимает, что некоторые эффекты требуют определенного приборного обеспечения.

Прежде всего убедимся, что холестерик, действительно, избирательно отражает свет и цвет его зависит от различных факторов. Для тех, у кого имеется под рукой поляризационный микроскоп, можно посоветовать полюбоваться жидкокристаллическими текстурами. Для этого скрестим поляроиды. Напомним, что через два скрещенных поляроида свет не проходит.

Теперь возьмем обычное предметное стекло (если его нет, можно вырезать из оконного) и нанесем на это стекло тонкий слой холестерика. Этот слой желательно покрыть тонким покровным стеклышком. Получившуюся конструкцию предварительно немного подогреем на пламени спиртовки и поместим на столик микроскопа.

Нагревать надо до t = 45—50°С. При таком нагреве наш холестерик будет находиться в изотропножидком состоянии (напомним, что полученная нами смесь пеларгоната и олеата холестерина имеет интервал существования жидкого кристалла 28,6—33,6°С).

Глядя в окуляр микроскопа, мы видим, что темное поле зрения остается темным. По мере охлаждения образца в поле зрения появляются необыкновенные красивые разноцветные текстуры. Мы наблюдаем интерференционную картину от жидкого кристалла. Это будет означать, что наша смесь стала жидкокристаллической.

Здесь же можно пронаблюдать, как влияют сдвиговые деформации на интерференционную картину. Для этого достаточно пошевелить покровное стеклышко каким-нибудь предметом. Эти деформации, вызванные касанием, изменяют структуру холестерика, что находит отражение в наблюдаемой картине. Автору известны случаи, когда художники-декораторы, занимающиеся разработкой рисунков тканей, обращаются за «помощью» к интерференционным картинкам жидкого кристалла.

Для тех читателей, у которых нет микроскопа, приведенное описание опять же остается только описанием. Учитывая интересы этих читателей, давайте приступим к изготовлению таких холестерических образцов, которые не требуют каких-либо приборов.

Мы уже говорили о том, каким образом применяют холестерические жидкие кристаллы для визуализации температурного распределения. Там отмечалось, что холестерик можно наносить тонким слоем непосредственно на объект исследования либо пользоваться готовыми полимерными пленками.

Первый способ непосредственного нанесения слоя холестерика технологически проще, но жидкий кристалл после такого нанесения можно считать потерянным. По окончании работы жидкий кристалл с объекта стирают ватой или тканью и выбрасывают. К тому же на исследуемый объект необходимо нанести черный экран. Таким экраном может служить слой черной туши, сажи, любой черной краски.

Собственно, в разборе недостатков этого способа заключено описание всей процедуры. Итак, наносим черный экран, а затем тонкий слой жидкого кристалла. Если ваш объект находится при комнатной температуре, то его надо немного подогреть, чтобы холестерик, нанесенный на него, вышел в область существования мезофазы, т. е. до температуры примерно 30°С.

Учитывая то, что холестерика у нас немного, попытаемся создать пленку, которую можно использовать неоднократно. Вы, конечно, понимаете, что наша пленка будет грубейшей моделью той, которую сейчас научились делать химики.

Итак, нам надо отыскать две пленки, между которыми мы поместим холестерик. Излишне напоминать, что одна пленка должна быть черной, а другая — прозрачной. Поиск таких пленок предоставим читателю. Для этой цели можно использовать майларовую пленку. Если вы ее найдете, это будет решение всех пленочных проблем. Если нет, то можно предложить более доступный всем способ.

Можно взять использованную рентгеновскую пленку, под горячей водой ее отмыть, чтобы она стала прозрачной. После этого ее высушивают и на одну из двух отмытых пленок одинакового размера наносят черный экран. На противоположную сторону зачерненной пленки наносят тонкий слой холестерика. Эту процедуру лучше проводить так. Жидкий кристалл разогревают, перемешивая, до t = 40—50°С и в жидком состоянии наливают небольшое количество на пленку.

Совсем неплохо будет, если эту пленку предварительно немного подогреть. Для чего нужны эти подогревания? Дело в том, что в жидком состоянии вязкость нашей смеси будет меньше и ее легче будет размазывать по всей площади пленки. Это размазывание можно произвести кисточкой, валиком. Полученный бутерброд из зачерненной пленки и холестерика накрывается второй прозрачной пленкой — защитной и тщательно прокатывается валиком, чтобы обеспечить хорошее прилегание.

Итак, мы получили демонстрационную жидкокристаллическую пленку. Продемонстрируем возможности этой пленки в области тепловидения. Положим ее на ладонь так, чтобы прозрачная пленка была сверху. Подержав немного пленку на ладони, мы видим, как на черном фоне начинают появляться цветные пятна, которые составляют цветовой след вашей ладони, т. е. ее тепловую карту.

Можно поднести пленку к светящейся настольной лампе. По мере приближения к лампе на пленке можно увидеть изменяющуюся цветную картину. Наша пленка визуализирует температурное распределение, создаваемое ладонью, лампой. Таким образом, у нас появился цветотепловой локатор. Возможности такого локатора огромны. Вы сможете найти много объектов, чье температурное распределение будет интересно увидеть. Условие одно: температура вашего объекта должна входить в область существования холестерика.

Можно продемонстрировать возможности пленки в качестве дефектоскопа. Для этого возьмите металлический параллелепипед и с одной стороны просверлите в нем несколько отверстий, но так, чтобы эти отверстия не были сквозными. К той стороне, где отверстия не видны, плотно приложите пленку холестерика и начните этот брусок нагревать.

За счет того, что металл стал неоднородным, неоднородной станет его теплопроводность. Если подобрать подходящий температурный режим, то вы увидите на пленке местоположения отверстий, хотя глазом со стороны сплошной стенки эти отверстия не видны.

Если пленку приложить к какому-нибудь проводнику и пропустить через него малый ток, то холестерик «заметит» выделяющуюся теплоту, даже если рука не почувствует нагревания.

В условиях школьной лаборатории можно найти не один и не два объекта, где может проявить себя жидкий кристалл. Посмотрите вокруг себя внимательно, пытливым молодым взором, и вы обнаружите много возможностей для холестерика проявить себя в самом выгодном свете.

Еще одно замечание. Если вы приобрели в магазине термоиндикаторы на разные температуры, то возможностей у вас появится больше. Чтобы определить, какой термоиндикатор надо применить, необходимо иметь термометр или термопару. С их помощью можно ориентировочно определить температуру исследуемого объекта. Если температура тела, температурное распределение которого вы исследуете, выше рабочей области термоиндикатора, то можно с помощью обычного вентилятора немного охладить объект и холестерик «заработает».

Читатель, безусловно, заметил, что все наши демонстрации касаются влияния температуры на цвет жидкого кристалла холестерического типа. Это объясняется простейшими экспериментальными возможностями. Если же у кого-то возникнет желание поработать с холестериком дальше, то для этого надо внимательно перечитать о холестериках и наметить план других возможных экспериментов. Такому любознательному человеку хочется пожелать успехов!