Клад острова Морица - Васин Михаил (книги онлайн полностью txt) 📗
Здесь надо заметить, что пока более всего интересуются анизотропными жидкостями физики, химики, электротехники, электронщики.
Чем же привлекают жидкие кристаллы специалистов самых разных отраслей? Если говорить коротко, то прежде всего возможностью решать сложнейшие технические проблемы простым и чрезвычайно дешевым способом.
Взять хотя бы измерение температуры. Пленка, которую положил мне на ладонь И. Г. Чистяков, — совершенный измерительный прибор. Точность его достигает одной сотой градуса. Время, необходимое для определения температуры, — одна секунда. Цветная картина — «память» — сохраняется две секунды после того, как измерение закончено. И прибор опять готов к работе. Его можно использовать много раз. А цена ему — копейки. Поэтому в случае необходимости (например, в условиях инфекционной клиники) он может применяться в качестве термометра одноразового пользования.
Есть способ сделать жидкокристаллический термометр еще дешевле. Как расфасовываются сейчас некоторые лекарства? Между двумя листами целлофана укладываются на небольшом расстоянии друг от друга таблетки, в промежутках целлофановые пленки свариваются. Каждая таблетка оказывается надежно замурованной в ячейке. Теперь представим: вместо таблеток в ячейки заключены капельки жидкого кристалла, а одна из двух прозрачных упаковочных пленок заменена черной. Получается множество дешевых термометров — бери ножницы и отстригай нужное количество. Приложил пленочные квадратики к разным участкам кожи — и капельки, последовательно перебрав цвета спектра, укажут своими огоньками распределение температуры на поверхности тела.
Эти цветовые сигналы могут очень многое сказать врачу. Еще Гиппократ утверждал, что если часть тела теплее или холоднее обычного, то она больна. Следовательно, можно по цвету жидкокристаллических капель судить о состоянии пациента. Дело в том, что, как установила современная медицина, всякий воспаленный орган как бы высвечивает тепловое пятно на коже человека. На поверхности тела оставляют свою печать туберкулезный процесс, гнойные маститы, переломы, вывихи и ушибы, воспалительные процессы в желчном пузыре и кишечнике, нарушения периферического кровообращения, даже плод, развивающийся в чреве матери. И все это способны заметить жидкокристаллические термометры.
Но особенно важны они для ранней диагностики рака. Некоторые виды опухолей, как оказалось, теплее окружающей ткани на 1–2, а иногда и на 4 градуса. И понятно, термочувствительная пленка отметит такое повышение температуры, включив сигнал бедствия — синий или фиолетовый.
Жидкие кристаллы, позволяя устанавливать границы воспалительных зон, помогают не только ставить диагноз, но и следить за ходом лечения. Например, хирурги используют термоскопию для того, чтобы убедиться, что после пересадки артерий восстановилось нормальное кровообращение. Можно контролировать ход консервативного лечения, наблюдать за реакцией здоровых и больных тканей на те или иные лекарственные препараты.
Температурный диапазон, в пределах которого могут работать уже известные науке жидкокристаллические вещества, простирается от -20 до +250 градусов. Так что достаточно к поверхности металлической детали приложить подходящую термочувствительную пленку, как возникнет многоцветная картина, на которой нетрудно обнаружить нарушения в тепловом потоке, вызванные наличием трещин, пустот и пор в материале или некачественными соединениями в конструкции, закупоркой каналов, предназначенных для циркуляции жидкостей. Если конфигурация детали сложна и требуются особо точные данные, поступают так: на поверхность наносят сажу (это — экран), а поверх нее — тонкий слой жидкого кристалла. Такая методика позволяет замечать разницу температур в тысячные доли градуса, причем между точками, находящимися друг от друга на расстоянии гораздо меньшем миллиметра. Подобный прием используется также для выявления распределения температур в радиосхемах, когда надо найти место пробоя или короткого замыкания.
Превращение тепловых полей в красочную картину — лишь одно из многих замечательных свойств кристаллических жидкостей. Вот пленка, которая только что лежала на моей ладони, отмечая радужными переливами ее температуру. Ее, давно угасшую, черную, забыли на краешке стола. Я беру металлический стержень и, слегка нажимая, медленно провожу им по глянцевой поверхности. Стержень холодный, но за ним почему-то тянется, тут же исчезая, коричневый след. А если нажать посильнее? След становится красным. Еще сильнее — зеленоватым.
Что это?
Жидкий кристалл реагирует на давление. В зависимости от силы воздействия меняется и цвет. Это свойство анизотропных жидкостей используется для создания механических датчиков. Специально подбирая состав жидкого кристалла, можно добиться весьма высокой чувствительности к давлению — до 2–6 граммов на квадратный сантиметр. Более того, эти вещества, нанесенные на предметы, замечают колебания, сигнализируя переменой цвета. Они делают видимой вибрацию деталей, распространение по поверхности тел ультразвуковых волн и обычного звука. Исследования последнего времени показали, что уже существующие жидкие кристаллы реагируют на акустическое воздействие в интервале частот от нескольких герц до нескольких мегагерц. Нет сомнения, что синтез новых веществ позволит еще более расширить звуковой диапазон, который можно сделать видимым.
…В почте, пришедшей в Институт кристаллографии АН СССР, письмо работников Московской водопроводной станции. Они просят ученых разработать прибор, который будет следить за запахом водопроводной воды и «поднимать тревогу» при отклонениях от нормы.
— Разве и такой прибор возможен? — спрашиваю Игоря Григорьевича Чистякова.
— Конечно. Вот свежие научные данные: жидкие кристаллы «чувствуют» ничтожные — одна часть на миллион — примеси различных паров и газов к воздуху и воде. Следовательно, создание чутких газоанализаторов — вопрос технический: просто надо взять и сделать. Ну, конечно, потребуются люди, некоторые материалы, время. Но научной проблемы здесь уже нет.
Сейчас из сферы научных поисков в сферу конструирования и широкого изготовления начинают переходить дешевые и удобные устройства, необходимые в электротехнике, оптике, электронике. Основаны они на способности некоторых жидких кристаллов очень энергично откликаться на действие слабых магнитных и электрических полей. Это световые табло, загорающиеся при небольшом напряжении и потребляющие ничтожно малую электрическую энергию. Это оптические затворы, управляемые светофильтры, автомобильные и оконные стекла с изменяющейся, по желанию владельца, прозрачностью. Это плоские, как книга, телевизоры. Коротко говоря, круг задач, который может быть решен с помощью жидкокристаллических устройств, практически охватывает все основные задачи информационной техники — получение, хранение, передачу и воспроизведение информации.
Что же это за чудо — жидкие кристаллы, каким образом им удается реагировать на столь разнообразные воздействия?
Этот вопрос волнует ученых. Но на него пока нет однозначного и четкого ответа. Несмотря на солидный возраст, наука, изучающая анизотропные жидкости, пребывает в младенчестве. Хотя к сегодняшнему дню выявлено множество фантастических свойств этих веществ, хотя уже обозначились разнообразнейшие области их применения, разработанной теории жидких кристаллов еще не существует. Все, чего достигла наука — а достигла она немалого, — сделано в значительной мере эмпирически.
Сейчас разработано несколько гипотез, объясняющих процессы, происходящие в жидких кристаллах. Сущность этих гипотез можно изложить (в самом приближенном виде) следующим образом.
В жидкокристаллическом состоянии могут находиться вещества, молекулы которых имеют форму палочек или вытянутых пластинок. Это жироподобные вещества, водные растворы мыл и даже скопления некоторых вирусов.
Внутреннее строение, структура кристаллических жидкостей разных типов различна. У одних палочки-молекулы смотрят лишь в одну, строго определенную сторону, но вращаться вокруг своей оси и перемещаться относительно друг друга могут сравнительно свободно. У других молекулы прочно закреплены концами, как ворсинки в ковре. Несколько ковров, сложенных один на другой, и есть подобие слоя жидкого кристалла такого типа. Двигаться молекулы могут лишь коллективно — как в том случае, когда из стопы вытаскивают один из ковров.
