Ученые Института физики им. Л.В. Киренского ФИЦ КНЦ СО РАН запатентовали электрооптический жидкокристаллический элемент, управляемый ионно-сурфактантным методом. Используя этот метод, исследователи могут электрическим полем переориентировать молекулы жидких кристаллов на границе с подложками и тем самым изменять светопропускание жидкокристаллической ячейки. Российский федеральный институт промышленной собственности включил изобретение красноярских ученых в число 100 лучших изобретений России прошлого года.

Жидкий кристалл под поляризационным микроскопом...

Жидкий кристалл под поляризационным микроскопом / Михаил Крахалев

Основой современных жидкокристаллических устройств являются ячейки, состоящие из двух параллельных подложек, зазор между которыми заполнен жидким кристаллом (ЖК). Если такую ячейку расположить между скрещенными поляризаторами, то интенсивность проходящего через систему света будет зависеть от ориентации молекул жидкого кристалла. Это означает, что, изменяя ориентационную структуру ЖК внутри ячейки внешним воздействием, можно управлять интенсивностью проходящего света.

Жидкие кристаллы — особое состояние вещества, в котором оно обладает одновременно свойствами, как жидкостей (текучесть), так и кристаллов (анизотропия). ЖК представляют собой вязкие жидкости, состоящие из молекул вытянутой или дискообразной формы, определенным образом ориентированных во всем объеме этой жидкости.

В коммерчески доступных ЖК устройствах переориентация жидкого кристалла вызывается действием электрического поля на весь объем. Такое явление получило название перехода Фредерикса. В этом случае ориентация молекул на границе с подложками остается неизменной. Красноярские физики предложили иной способ управления, в котором под действием внешнего электрического поля изменяется ориентация молекул ЖК на границе с подложками, что приводит к изменению положения молекул во всей ячейке. Авторы назвали свой метод управления ионно-сурфактантным. В будущем он, возможно, позволит снизить управляющие напряжения для ЖК-устройств.

Изобретение красноярских ученых вошло в базу да...

Изобретение красноярских ученых вошло в базу данных «100 лучших изобретений России» за 2016 год

Для изготовления ЖК ячейки с новым способом управления используются две стеклянные подложки с прозрачными электродами, которые покрывают полимерными пленками. Между этими подложками располагается слой жидкого кристалла, в который предварительно добавляют поверхностно-активное вещество (сурфактант) цетилтриметиламмоний бромид. Это вещество, растворяясь в ЖК, распадается на ионы. Часть положительно заряженных ионов «прилипает» к поверхности полимера и упорядочивает жидкий кристалл перпендикулярно подложкам. Приложенное к ячейке постоянное электрическое поле заставляет положительные ионы (катионы) перемещаться к отрицательному электроду, а отрицательные ионы (анионы) — к положительному. В результате одна из подложек освобождается от катионов и на ней молекулы ЖК располагаются параллельно границе.

Схема эффекта ионной модификации поверхностного...

Схема эффекта ионной модификации поверхностного сцепления в ячейке жидкокристаллического устройства

Это приводит к переориентации ЖК во всем объеме, что изменяет пропускание света ячейкой, расположенной между скрещенными поляризаторами. В исходном состоянии, когда молекулы расположены перпендикулярно подложкам, свет через ячейку не проходит. Изменение ориентационной структуры под действием электрического поля приводит к существенному увеличению пропускания света. Сейчас ученые изучают возможность управления не только светопропусканием, но и отражением света с использованием ионно-сурфактантного метода.

«Существует интересная особенность работы ионно-сурфактантного метода. Для некоторых жидких кристаллов в силу особенностей их строения переориентация молекул с использованием эффекта Фредерикса невозможна или происходит при слишком больших управляющих напряжениях. Однако мы продемонстрировали, что ионно-сурфактантный метод позволяет изменять ориентацию молекул любых жидких кристаллов, прикладывая к ячейкам небольшое напряжение величиной около трех вольт», − рассказал кандидат физико-математических наук, научный сотрудник лаборатории молекулярной спектроскопии Института физики им. Л.В. Киренского ФИЦ КНЦ СО РАН Виталий Сутормин.

Дополнительная информация для СМИ по тел.: 8 983-144-41-15, Екатерина Бурчевская, специалист группы научных коммуникаций ФИЦ КНЦ СО РАН.