В лаборатории у ученых знакомимся с жидкими кристаллами, из которых сделан экран твоего смартфона

Этим летом Красноярский институт физики СО РАН получил грант на три года от Российского научного фонда. В год ученым выделяют 5 миллионов рублей на изучение жидких кристаллов. Мы проникли в закрытую лабораторию и узнали, что представляет из себя вещество с красивым названием и зачем оно нужно.

Старший научный сотрудник Института физики Михаил Крахалев показывает нам запаянную ампулу с МББА — это жидкие кристаллы. Мы ожидали увидеть что-то блестящее и сверкающее, но оказывается, что жидкие кристаллы — обычная мутная жидкость желтоватого цвета. При заморозке она превращается в кристаллы, а при повышении температуры — становится прозрачной и вязкой, как растительное масло.

Зачем нужны жидкие кристаллы?

Сегодня жидкие кристаллы используют в жидкокристаллических дисплеях и мониторах. В основе лежит их способность двигаться под действием магнитного или электрического поля.

— Если хочешь получить движущуюся картинку, ты можешь взять для каждой точечки два поляризатора и очень быстро начать их вращать. Интенсивность света будет меняться и «человечек побежит». Так работает видео. Но постоянно вращать поляризаторы неудобно. Поэтому эту часть работы совершают в ЖК-мониторах жидкие кристаллы, помещенные между поляризаторами. Молекулы подвижны и могут легко поворачиваться под воздействием электрического поля. Интенсивность прошедшего света меняется, но ничего вращать механически уже не нужно, — объясняет Михаил Крахалев.

Первые ЖК-дисплеи появились в 70-х года в Швейцарии, в 80-х в России тоже начинали разработку, но потом пришли девяностые. А уже в 2000-х рынок захватили японские и корейские корпорации.

По словам ученого, первые ЖК-мониторы уступали по качеству изображения электронно-лучевым трубкам, но уже через 10 лет их преимущество было очевидно.

— Электронно-лучевые трубки постоянно мерцали, там «бегал луч». Картинка менялась с частотой 50, 60 или 100 герц. Поэтому если у вас на экране постоянно статическая картинка, рядом рекомендовали ставить кактус, а лучше его менять периодически. В ЖК-мониторах никаких мерцаний нет, глазам гораздо легче. Хотя долго смотреть тоже вредно, развивается близорукость, — рассказывает ученый.

На 2000-е пришлась вторая волна развития плазменных телевизоров. Но продержались они недолго — плазма проигрывала в цене — стоила в полтора раза дороже, а по качеству практически не отличалась.

На сегодня главную конкуренцию жидким кристаллам составляют так называемые «оледы», где изображение создается светящейся полимерной пленкой без дополнительных ламп и поляризаторов.

— «Оледы» можно сделать тоньше и энергоэффективней, это важно для смартфонов, а для телевизоров не так критично. Две огромные корпорации, лидеры рынка телевизоров — LG и Samsung, выбрали разные направления развития — LG развивает «оледы» и делает очень большие панели телевизоров стоимостью 200 тысяч и выше — пока это еще дорогая технология. Samsung развивает ЖК-телевизоры, — рассказывает ученый.

А вот еще один вариант использования вещества — из него получаются хорошие термодатчики. Жидкие кристаллы-холестерики могут менять цвет при изменении температуры. Ученый показывает нам тонкую пленку, которая при соприкосновении с руками моментально меняет свой цвет с коричневого на синий. Выглядит волшебно. И очень знакомо.

Точно по такому же принципу работает так называемое «кольцо настроения». Многие вспомнят забавные украшения из 90-х, которые меняют цвет в зависимости от самочувствия человека. Оказывается, внутри те же жидкие кристаллы, которые просто реагируют на изменение температуры.

— По факту измеряется только температура, но любой психолог подтвердит, что настроение и температура кожи — это связанные вещи. Вышел на улицу — и уже другое настроение, — смеется ученый.

В 80-х годах это же свойство кристаллов-холестериков использовалось, например, в авиационной промышленности. Крыло самолета покрывали тонким слоем кристаллов и следили за цветом, где меняется — там больше температура и, соответственно, сопротивление воздуху.

Нашли новые структуры

В лаборатории молекулярной спектроскопии Института физики ученые разрабатывают новые способы управления жидкими кристаллами и ищут им новые применения. Это называется «поисковое исследование».

В ходе экспериментов уже удалось получить жидкие кристаллы с необычной структурой, где молекулы ориентированы не параллельно или перпендикулярно, а под углом 40 градусов.

— Был набор разных жидких кристаллов и полимеров, я их смешал, в результате получились необычные структуры. Первая реакция была: «Что за ерунда? Бред какой-то!». Потом походил пару месяцев, подумал, начал изучать. Полгода в эти структуры смотрел, выяснял и разобрался, — делится ученый.

Найденные учеными кристаллы отличаются повышенной чувствительностью — нужно в 10 раз меньше электрического напряжения, чтобы заставить молекулы двигаться.

В будущем жидкие кристаллы, возможно, будут использовать и в медицине — в качестве сенсоров, чтобы искать вирусы или антитела в крови человека. Но пока это тоже всего лишь одно из поисковых исследований.