Жидкими кристаллами называют вещества, способные в определённом температурном интервале выше точки плавления сочетать одновременно свойства жидкостей и свойства кристаллических тел. Как с помощью жидких кристаллов и полимеров удешевить и упростить ЖК-дисплеи? Над этой и другими проблемами работают в лаборатории химических превращений полимеров химфака МГУ.

Большую часть времени сотрудники лаборатории химических превращений полимеров химфака МГУ посвящают фундаментальным исследованиям. Однако это не мешает им разрабатывать новые принципы создания материалов для записи и хранения информации, предлагать новые идеи, как с помощью жидких кристаллов и полимеров удешевить и упростить ЖК-дисплеи, как усовершенствовать защиту от подделки ценных бумаг или создать индикатор вредных металлов.

Бобровский Алексей Юрьевич — старший научный сотрудник лаборатории химических превращений полимеров химического факультета МГУ имени М.В. Ломоносова, доцент, кандидат химических наук

Алексей Бобровский: Я люблю эксперимент. Для меня самый интересный и важный результат — то, что я сделал своими руками. И мне кажется, что у меня получается делать так, как я хочу

Вещества, способные быстро отображать и передавать информацию, потребляя при этом минимум энергии, оказались чрезвычайно востребованными в 60-е годы прошлого столетия, когда активно развивалась микроэлектроника. Двойственный характер удивительных молекул, анизотропия свойств и высокая молекулярная подвижность, позволил управлять внешним электрическим полем, породив настоящий жидкокристаллический бум. Его главным результатом стало создание быстродействующего и экономичного ЖК-индикатора — основного элемента современных компьютерных дисплеев, плоских экранов телевизоров, всевозможных технических и бытовых приборов, калькуляторов, часов и т.д. Однако, несмотря на уже более чем столетнюю историю жидких кристаллов, их свойства и практический  потенциал оставляют большой простор для исследований. Например, уже привычный для нас жидкокристаллический дисплей — довольно сложная конструкция; он состоит из более десятка различных слоёв, выполняющих разные функции, что делает изготовление прибора сложным и дорогим. Естественно, что интересно было бы упростить и удешевить этот процесс. Именно этим, наряду с другими задачами, занимаются в лаборатории химических превращений полимеров химфака МГУ.

— Самая простая жидкокристаллическая фаза, нематическая, состоит из вытянутых молекул, ориентированных вдоль определенного направления. Самая простая аналогия — спички, хаотично помещенные в просторной коробке: если коробку потрясти, спички сами уложатся в одну сторону, параллельно друг другу, — объясняет старший научный сотрудник этой лаборатории Алексей Бобровский. — Именно такая фаза используется во всех ЖК-дисплеях. Есть более сложные фазы, в которых ориентированные молекулы определённым образом упаковываются в слои или закручиваются в спираль. Я сейчас изучаю именно такие спиральные структуры, так называемую холестерическую мезофазу: локально в ней реализуется ориентационный порядок молекул, однако на расстояниях, сопоставимых с длиной волны света, есть определённая периодичность всей структуры. Она возникает за счет спиральной закрутки молекул. Это придаёт системе очень интересные оптические свойства. Если ввести в систему молекулы, поглощающие свет, то, воздействуя на неё ультрафиолетом, можно менять структуру, геометрию молекул, что в свою очередь ведёт к изменению шага спирали, то есть к сдвигу длины волны селективного отражения. Что это может дать в случае таких полимеров, образующих холестерическую мезофазу? Во-первых, это новый, необычный способ записи «цветной» оптической информации. Дело в том, что, в отличие от низкомолекулярных жидких кристаллов, ЖК-полимеры при комнатной температуре чаще всего находятся в стеклообразном состоянии. Изменив при высоких температурах (80—120 градусов) шаг спирали под действием света и охладив пленку до комнатной температуры, можно зафиксировать полученное изображение на долгие годы.

Жидкими кристаллами называют вещества, способные в определённом температурном интервале выше точки плавления сочетать одновременно свойства жидкостей (текучесть, способность к образованию капель) и свойства кристаллических тел — анизотропию (неодинаковость количественных характеристик физических свойств — оптических, электрических, механических — по различным направлениям).

Со времени открытия жидких кристаллов прошло более ста лет. Впервые их обнаружил в 1888 году австрийский ботаник Фридрих Рейнитцер.

Жидкокристаллические полимеры — высокомолекулярные соединения, способные при определённых условиях  (температуре, давлении, концентрации в растворе) переходить в ЖК состояние. Такое состояние позволяет создавать новые типы конструкционных и функциональных полимерных материалов, сочетающих уникальные свойства низкомолекулярных жидких кристаллов и высокомолекулярных соединений.

Кроме того, известно, что в любом дисплее есть специальный слой, состоящий из трёх цветных пикселей (синего, зелёного и красного), за счёт чего, собственно, и формируется изображение. Так вот эта процедура — получение цветной пиксельной матрицы — довольно сложная, многостадийная. Мы предложили подход к упрощению этого процесса: получать синие, зелёные и красные пиксели в одну стадию, облучая пленку полимера через специальную маску. Если свести к минимуму количество оптических слоёв в дисплее, то это сильно удешевит его.