Produttore di polimeri a cristalli liquidi. Polimeri a cristalli liquidi

Ministero dell'Istruzione e della Scienza della Federazione Russa

Università Federale di Kazan (regione del Volga).

Istituto Chimico dal nome. A. M. Butlerova

Dipartimento di Chimica Inorganica

Abstract sull'argomento:

« Polimeri a cristalli liquidi"

Lavoro completato

studente del gruppo 714

Khikmatova G.Z.

Ho controllato il lavoro

Ignatieva K.A

Kazan-2012.

Introduzione…………………………..3

1. Cristalli liquidi………………………..

1.1.Storia della scoperta…………...……………….……...4

1.2. Tipi di fase cristallina………………...………….……....7

1.3.Metodi per lo studio dei cristalli liquidi………..………………….…………....11

2. Polimeri di cristalli liquidi……..……………….13

2.1.Principi di progettazione molecolare dei polimeri LC..............14

2.2. Principali tipologie di polimeri a cristalli liquidi……………….18

2.3.Struttura e caratteristiche delle proprietà dei polimeri LC.………………….….20

2.4.Ambiti di applicazione….……………..................................................

2.4.1 Controllo del campo elettrico: il percorso per ottenere materiali ottici a film sottile………………...……………21

2.4.2.Polimeri LC colesterici - filtri spettrozonali e polarizzatori circolari……………..23

2.4.3.Polimeri LC come mezzi otticamente attivi controllati per la registrazione di informazioni……………………………………….………………..24

2.4.4.Fibre ad altissima resistenza e plastiche auto-rinforzate…………………..…………………..25

Letteratura utilizzata…………….………28

Applicazione.

Introduzione.

Gli anni '80 nella scienza dei polimeri furono segnati dalla nascita e dal rapido sviluppo di un nuovo campo: la chimica e la fisica dei polimeri cristallini liquidi. Quest'area, che ha unito chimici sintetici, fisici teorici, chimici fisici classici, scienziati dei polimeri e tecnologi, è cresciuta in una nuova direzione intensamente sviluppata, che ha portato molto rapidamente al successo pratico nella creazione di fibre chimiche ad alta resistenza, e oggi attira l'attenzione di ottici e specialisti di microelettronica. Ma la cosa principale non è nemmeno questa, ma il fatto che lo stato cristallino liquido nei polimeri e nei sistemi polimerici, come si è scoperto, non solo è estremamente comune - oggi sono state descritte molte centinaia di cristalli liquidi polimerici - ma rappresenta anche uno stato stabile stato di equilibrio dei corpi polimerici.
C'è anche qualche paradosso in questo. Nel 1988 si è celebrato il centenario da quando il botanico austriaco F. Reinitzer descrisse la prima sostanza liquida cristallina, il colesterolo benzoato. Negli anni '30 del secolo scorso fu sviluppata la fisica dei cristalli liquidi organici a basso peso molecolare e negli anni '60 milioni di dispositivi basati su questi cristalli funzionavano già nel mondo. Tuttavia, negli anni '60 e '70, la maggior parte degli scienziati dei polimeri non poteva immaginare, ad esempio, l'esistenza di polimeri cristallini liquidi termotropici di tipo colesterico, e in generale tali sistemi sembravano rappresentanti esotici di oggetti macromolecolari atipici. E in effetti negli ultimi anni c'è stata una sorta di “esplosione” di informazioni, e oggi nessuno si stupisce dei polimeri cristallini liquidi liotropici e termotropici, sintetizzati a decine ogni mese.

In questo lavoro volevo parlare di quando e come è stato scoperto lo stato cristallino liquido, di cosa rende unici i cristalli liquidi rispetto ad altri oggetti, dei polimeri cristallini liquidi e perché sono interessanti e meravigliosi.

Cristalli liquidi.

La maggior parte delle sostanze può esistere solo in tre stati di aggregazione: solido, liquido e gassoso. Modificando la temperatura di una sostanza, questa può essere trasferita sequenzialmente da uno stato all'altro. Di solito veniva considerata la struttura dei solidi, che comprendeva cristalli e corpi amorfi. Una caratteristica distintiva dei cristalli è l'esistenza in essi di un ordine a lungo raggio e di anisotropia delle proprietà (ad eccezione dei cristalli con un centro di simmetria). Nei solidi amorfi esiste solo un ordine a corto raggio e, di conseguenza, sono isotropi. L'ordine a corto raggio esiste anche in un liquido, ma il liquido ha una viscosità molto bassa, cioè ha fluidità.

Oltre ai tre stati della materia elencati, ce n'è un quarto, chiamato cristalli liquidi.È intermedio tra solido e liquido e viene anche chiamato stato mesomorfo. In questo stato possono essere presenti un numero molto elevato di sostanze organiche con molecole complesse a forma di bastoncino o di disco. In questo caso vengono chiamati cristalli liquidi O mesofase.

In questo stato, la sostanza ha molte caratteristiche di un cristallo, in particolare è caratterizzata dall'anisotropia delle proprietà meccaniche, elettriche, magnetiche e ottiche e allo stesso tempo hanno le proprietà di un liquido. Come i liquidi, sono fluidi e prendono la forma del contenitore in cui sono posti.

In base alle loro proprietà generali, le LC possono essere divise in due grandi gruppi. Vengono chiamati cristalli liquidi che si formano quando si chiamano cambiamenti di temperatura termotropico. Vengono chiamati cristalli liquidi che compaiono nelle soluzioni quando la loro concentrazione cambia liotropico.

1.1. I cristalli liquidi furono scoperti nel 1888. Il professore austriaco di botanica F. Reinitzer mentre studiava la nuova sostanza da lui sintetizzata, il colesterolo benzoato, che è un estere del colesterolo e dell'acido benzoico.

Scoprì che quando riscaldata a 145°, la fase cristallina (polvere bianca) si trasforma in uno strano liquido torbido, e quando ulteriormente riscaldata a 179°, si osserva una transizione in un normale liquido trasparente. Ha provato a purificare questa sostanza, poiché non era sicuro di avere benzoato di colesterolo puro, ma nonostante ciò queste due transizioni di fase sono state riprodotte. Inviò un campione di questa sostanza al suo amico fisico Otto von Lehmann. Lehman ha studiato i cristalli ordinari, compresi i cristalli di plastica, che sono morbidi al tatto e diversi dai normali cristalli duri. Il principale metodo di studio era la microscopia ottica a polarizzazione - un microscopio in cui la luce passa attraverso un polarizzatore, passa attraverso una sostanza e quindi attraverso un analizzatore - attraverso un sottile strato di sostanza. Quando i cristalli di una determinata sostanza vengono posizionati tra il polarizzatore e l'analizzatore, è possibile vedere le strutture - immagini caratteristiche per diverse sostanze cristalline - e quindi studiare le proprietà ottiche dei cristalli. Si è scoperto che Otto von Lehmann lo ha aiutato a capire quale fosse la ragione dello stato intermedio, dell'illusione. Otto von Lehmann era seriamente convinto che tutte le proprietà delle sostanze cristalline, dei cristalli, dipendano esclusivamente dalla forma delle molecole, cioè non importa come si trovano in questo cristallo, la forma delle molecole è importante. E nel caso dei cristalli liquidi aveva ragione: la forma delle molecole determina la capacità di formare una fase cristallina liquida (principalmente la forma delle molecole). Nel 1888 Reinitzer scrisse che esistono cristalli la cui morbidezza è tale da poter essere definiti liquidi, poi Lehmann scrisse un articolo sui cristalli fluenti, infatti coniò il termine cristalli liquidi. Si è scoperto che i cristalli liquidi sono molto numerosi e svolgono un ruolo importante nei processi biologici. Fanno parte, ad esempio, del cervello, del tessuto muscolare, dei nervi e delle membrane. Il termine “cristalli liquidi”, basato sull’uso congiunto di due parole, in un certo senso opposte – “liquido” e “cristallino”, ha attecchito bene, sebbene il termine “mesofase”, introdotto dal fisico francese J. Friedel trent'anni dopo la scoperta di F. Reinitzer, derivata dalla parola greca "mesos" (intermedio), è apparentemente più corretta. Queste sostanze rappresentano una fase intermedia tra quella cristallina e quella liquida; nascono quando la fase solida si scioglie ed esistono in un certo intervallo di temperature finché, dopo ulteriore riscaldamento, si trasformano in un liquido ordinario. Un episodio storico importante: negli anni '20 e '30, il fisico sovietico Fredericks studiò l'influenza di vari campi magnetici ed elettrici sulle proprietà ottiche dei cristalli liquidi e scoprì una cosa importante: l'orientamento delle molecole nei cristalli liquidi cambia molto facilmente sotto l'influenza dei campi esterni, e questi campi sono molto deboli e cambiano molto rapidamente. Dalla fine degli anni '60 iniziò un boom nello studio dei sistemi a cristalli liquidi e delle fasi a cristalli liquidi, ed è associato al fatto che hanno imparato a usarli. Innanzitutto, per i sistemi di visualizzazione delle informazioni nei normali orologi digitali elettronici, poi nelle calcolatrici e con l'avvento della tecnologia informatica, è diventato chiaro che i cristalli liquidi possono essere utilizzati attivamente per la produzione di display. Naturalmente, un tale salto tecnologico ha stimolato lo studio dei cristalli liquidi dal punto di vista della scienza fondamentale, ma va notato quanto sia ampio il divario temporale tra le scoperte scientifiche relative ai cristalli liquidi. In effetti, la gente se ne interessava per curiosità, non c'era interesse utilitaristico, nessuno sapeva come usarli e, inoltre, in quegli anni (20-30) la teoria della relatività era molto più interessante. A proposito, Fredericks fu il divulgatore della teoria della relatività in Unione Sovietica, poi fu represso e morì nei campi. Trascorsero infatti 80 anni dalla scoperta dei cristalli liquidi finché non impararono ad usarli.

1.2. Nel processo di studio dei cristalli liquidi, le ragioni fisiche del quarto stato della materia divennero chiare. Il principale è la forma non sferica delle molecole. Le molecole di queste sostanze sono allungate in una direzione o a forma di disco. Tali molecole si trovano lungo una determinata linea o su un piano selezionato. Sono noti tre tipi principali di fase cristallina: nematico(dalla parola greca "nema" - filo), smettico(dalla parola greca "smegma" - sapone), colesterico.

Nei cristalli liquidi nematici, i centri di massa delle molecole si trovano e si muovono in modo caotico, come in un liquido, e gli assi delle molecole sono paralleli. Pertanto, l'ordine a lungo raggio esiste solo rispetto all'orientamento delle molecole. Infatti le molecole nematiche compiono non solo movimenti traslazionali, ma anche vibrazioni orientative. Pertanto non esiste un parallelismo stretto della molecola, ma esiste un orientamento medio predominante (Fig. 7.19) L'ampiezza delle vibrazioni di orientamento dipende dalla temperatura. All'aumentare della temperatura si verificano maggiori deviazioni dal parallelismo nell'orientamento e nel punto di transizione di fase l'orientamento delle molecole diventa caotico. In questo caso, il cristallo liquido si trasforma in un liquido normale.

Di grande interesse per le applicazioni pratiche sono le sostanze che esistono nella mesofase nematica a temperatura ambiente. Attualmente, preparando miscele di varie sostanze, si ottengono nematici nella regione da -20 a +80 gradi e anche in un intervallo di temperature più ampio.

Per caratterizzare l'ordine orientazionale nei cristalli liquidi, vengono solitamente introdotti due parametri: direttore e ordine di orientamento del diploma, chiamato anche parametro d'ordine. Il direttore è un vettore unitario I, la cui direzione coincide con la direzione dell'orientamento medio degli assi lunghi delle molecole. Nei cristalli liquidi nematici il direttore coincide con la direzione dell'asse ottico. Il vettore I caratterizza fenomenologicamente l'ordine a lungo raggio nella disposizione delle molecole. Determina solo la direzione dell'orientamento molecolare, ma non fornisce alcuna informazione su quanto sia perfetto l'ordinamento della mesofase. La misura dell’ordine orientazionale a lungo raggio è parametro d'ordine S, definito come segue:S=1/2(3 ² θ -1) (*), dove θ – l’angolo tra l’asse di una singola molecola e il direttore del cristallo liquido. La media in (*) viene effettuata sull'intero insieme di molecole. Il valore S=1 corrisponde all'ordine orientazionale completo, cioè un cristallo liquido ideale, e S=0 significa disordine orientazionale completo e corrisponde a un nematico che si è trasformato in un liquido isotropo.

Cristalli liquidi colesterici prendono il nome dal colesterolo perché nella maggior parte dei casi sono esteri del colesterolo. Allo stesso tempo, oltre agli esteri del colesterolo, la mesofase colesterica forma anche una serie di altre sostanze. Le molecole di tutti i composti che formano un colesterico contengono un atomo di carbonio asimmetrico legato da quattro legami covalenti a diversi atomi o gruppi di atomi. Tali molecole non possono essere combinate tra loro mediante semplice sovrapposizione, proprio come le mani sinistra e destra. Si chiamano chirale molecole (dall'antico ebraico "erede" - mano).

Costituiti da molecole chirali, i cristalli liquidi colesterici sono simili nella struttura ai nematici, ma presentano una differenza fondamentale. Sta nel fatto che, a differenza del nematico, l'orientamento uniforme delle molecole nel colesterico è energeticamente sfavorevole. Le molecole colesteriche chirali possono essere disposte parallelamente tra loro in un sottile monostrato, ma nello strato adiacente le molecole devono essere ruotate di un certo angolo. L'energia di un tale stato sarà inferiore a quella con un orientamento uniforme. In ogni strato successivo, il direttore I, che giace nel piano dello strato, viene nuovamente ruotato di un piccolo angolo. Pertanto, in un cristallo liquido colesterico viene creato un ordine elicoidale delle molecole (Fig. 7.20). Queste spirali possono essere sia di sinistra che di destra. L'angolo α tra i vettori I degli strati vicini è solitamente centesimi di giro completo, cioè α≈1®. In questo caso, il passo dell'elica colesterica Rè di diverse migliaia di angstrom ed è paragonabile alla lunghezza d'onda della luce nella parte visibile dello spettro. I cristalli liquidi nematici possono essere considerati come un caso speciale di cristalli liquidi colesterici con un passo della spirale infinitamente grande (P→∞). L'ordine elicoidale delle molecole può essere distrutto da un campo elettrico o magnetico applicato perpendicolarmente all'asse dell'elica.

I cristalli liquidi smectici sono più ordinati di quelli nematici e colesterici. Sono come cristalli bidimensionali. Oltre all'ordinamento orientativo delle molecole, simile all'ordinamento nei nematici, esiste un ordinamento parziale dei centri di massa delle molecole. In questo caso, il direttore di ogni strato non si trova più nel piano dello strato, come nel colesterico, ma forma con esso un certo angolo.

A seconda della natura dell'ordine delle molecole negli strati, i cristalli liquidi smectici sono divisi in due gruppi: smectici con non strutturali E smectici con strati strutturali.

IN cristalli liquidi smectici con strati non strutturali i centri di massa delle molecole negli strati si trovano in modo caotico, come in un liquido. Le molecole possono muoversi abbastanza liberamente lungo lo strato, ma i loro centri di massa si trovano sullo stesso piano. Questi piani, detti smectici, si trovano alla stessa distanza l'uno dall'altro, approssimativamente uguale alla lunghezza della molecola. Nella fig. La Figura 7.21a mostra la disposizione delle molecole in tale smettico. Per il cristallo liquido smectico mostrato in figura, il direttore I e la normale n al piano coincidono in direzione. In altre parole, gli assi lunghi delle molecole sono perpendicolari agli strati smectici. Tali cristalli liquidi sono chiamati smectici A. Nella Fig. La Figura 7.21b mostra uno smettico con strati non strutturali, in cui il direttore non è diretto lungo la normale allo strato, ma forma con esso un certo angolo. I cristalli liquidi con questa disposizione di molecole sono chiamati smettici C. In un certo numero di cristalli liquidi smectic esiste un ordinamento più complesso rispetto agli smectic A e C. Un esempio è lo smectic F, i cui dettagli dell'ordinamento non sono stati ancora completamente studiati.

IN smectici con strati strutturali abbiamo già a che fare con l'ordinamento statistico tridimensionale. Anche qui i centri di massa delle molecole si trovano negli strati smectici, ma formano un reticolo bidimensionale. Tuttavia, a differenza delle sostanze cristalline, gli strati possono scorrere liberamente l'uno rispetto all'altro (come in altri smectici!). Grazie a questo libero scorrimento degli strati, tutti gli smectici hanno una sensazione al tatto simile al sapone. Da qui il loro nome (la parola greca “smegma” significa sapone).In alcuni smectics l'ordinamento dei centri di massa delle molecole è lo stesso degli smectics B, ma l'angolo tra il direttore I e la normale n al layer è diverso da zero. In questo caso si forma un ordinamento monoclino pseudoesagonale. Tali smectic sono chiamati smectic H. Esistono anche smectic D, che sono vicini ad una struttura cubica con un reticolo centrato sul corpo. Tra i cristalli liquidi di nuova sintesi ci sono quelli che non possono essere classificati come nematici, colesterici e smectici. Di solito sono chiamate mesofasi esotiche. Questi includono, ad esempio, i cosiddetti cristalli liquidi a forma di disco, o discotici, che vengono studiati intensamente.

1.3. La microscopia di polarizzazione è il primo metodo per studiare i cristalli liquidi, ovvero dall'immagine osservata da un ricercatore in un microscopio polarizzatore di polarizzatori incrociati, si può giudicare che tipo di mesofase, che tipo di fase cristallina liquida si forma. Questa è l'immagine caratteristica della fase nematica, le cui molecole formano solo un ordine orientazionale. Ecco come appare la fase smettica. Per darvi un'idea della scala di tutto questo, cioè è molto più grande della scala molecolare: la larghezza dell'immagine è di centinaia di micron, cioè è un'immagine macroscopica, molto più grande della lunghezza d'onda di luce visibile. E analizzando tali immagini, si può giudicare che tipo di struttura esiste. Naturalmente, esistono metodi più accurati per determinare la struttura e alcune caratteristiche strutturali di queste mesofasi - metodi come l'analisi della diffrazione dei raggi X, vari tipi di spettroscopia - questo ci permette di capire come e perché le molecole sono impacchettate in un modo o nell'altro .

La mesofase colesterica si presenta così: una delle immagini tipiche.

Quando la temperatura cambia, si osserva un cambiamento nella rifrazione, quindi i colori cambiano, ci avviciniamo alla transizione - e si osserva una transizione verso una fusione isotropica, cioè tutto si è oscurato, un'immagine scura è visibile nei polarizzatori incrociati.

Polimeri a cristalli liquidi.

I polimeri cristallini liquidi (LC) sono composti ad alto peso molecolare in grado di trasformarsi nello stato LC in determinate condizioni (temperatura, pressione, concentrazione in soluzione). Lo stato LC dei polimeri è uno stato di fase di equilibrio, che occupa una posizione intermedia tra gli stati amorfo e cristallino, quindi è spesso chiamato anche mesomorfo o mesofase (dal greco mesos - intermedio). Le caratteristiche caratteristiche della mesofase sono la presenza dell'ordine orientazionale nella disposizione delle macromolecole (o dei loro frammenti) e l'anisotropia delle proprietà fisiche in assenza di influenze esterne. È molto importante sottolineare che la fase LC si forma spontaneamente, mentre l'ordine orientazionale nel polimero può essere facilmente indotto semplicemente allungando il campione a causa dell'elevata anisodiametria (asimmetria) delle macromolecole.

Se i polimeri passano allo stato LC o mesofase come risultato dell'azione termica (riscaldamento o raffreddamento), sono chiamati polimeri LC termotropici; se la fase LC si forma quando i polimeri vengono sciolti in determinati solventi, sono chiamati polimeri LC liotropici.

I primi scienziati che predissero la possibilità che i polimeri formassero una mesofase furono V.A. Kargin e P. Flory.

I polimeri a cristalli liquidi (LCP) sono una classe di materiali termoplastici unici che contengono principalmente anelli benzenici in catene polimeriche che sono strutture simili a bastoncini organizzate in grandi matrici parallele. Sono materiali termoplastici altamente cristallini, naturalmente resistenti al fuoco, termotropici (orientati alla fusione). Sebbene siano simili ai polimeri semicristallini, gli LCP hanno caratteristiche distinte.

I tradizionali polimeri semicristallini hanno una struttura caotica (disordinata) quando fusi, che, raffreddandosi, forma regioni cristalline altamente ordinate circondate da una matrice amorfa. Le molecole LCP rimangono ben ordinate anche quando sono fuse e scivolano facilmente l'una sull'altra quando vengono tagliate. Di conseguenza, hanno una viscosità di fusione molto bassa, facilitando il riempimento di pareti molto sottili e la riproduzione delle forme più complesse. Presentano un ritiro minimo (o nullo) nella direzione del flusso e richiedono pochissimo tempo per fissarsi o polimerizzare. Per consentire al processo di funzionare con precisione, molte aziende manifatturiere e progettisti utilizzano polimeri a cristalli liquidi per produrre parti a pareti sottili che potrebbero dover resistere a temperature elevate.

Vectra E130: marche elettriche LCP
I Vectra Liquid Crystal Polymers (LCP), prodotti da Ticona (la divisione tecnopolimeri di Celanese/Hoechst AG), sono materiali termoplastici termotropici (orientati alla fusione) altamente cristallini che possono fornire dimensioni eccezionalmente precise e stabili, eccellenti prestazioni alle alte temperature, elevata rigidità e resistenza chimica se utilizzato per produrre pareti molto sottili. Il polimero presenta inoltre un basso coefficiente di dilatazione termica, uguale in tutte e tre le dimensioni assiali (x,y,z). Può resistere alle temperature di saldatura a montaggio superficiale, comprese quelle richieste per la saldatura senza piombo. Tali proprietà hanno portato all'uso di Vectra LCP per molte applicazioni elettroniche come prese, bobine, interruttori, connettori e sensori. Molti marchi hanno sovraperformato ceramica, materiali termoindurenti e altre plastiche ad alta temperatura senza produrre residui di carbonio (o quantità trascurabili).
Quando Vaupell Industrial Plastics ha dovuto creare un rivestimento interno dell'alloggiamento della batteria per un dispositivo di visione notturna di precisione militare, ha utilizzato il Vectra E130i LCP per facilitare lo sviluppo del prodotto eliminando virtualmente il restringimento dello stampaggio. Il prodotto ha inoltre fornito un'eccellente durata in un ampio intervallo di temperature.

La guarnizione interna della custodia della batteria è inserita nel guscio esterno in alluminio, lo spazio tra loro non è superiore a 0,05 mm. Il pezzo, realizzato a forma di foglia di trifoglio, ha una sezione trasversale massima di 5,08 cm, anche la lunghezza è di 5,08 cm, le pareti, aperte in basso e in alto, hanno uno spessore di 0,56 mm. Una flangia arrotondata lungo tutto il bordo superiore lo mantiene in posizione all'interno del guscio esterno.

LCP ad alta resistenza di nuova generazione
La resina polimerica cristallina liquida di prossima generazione di DuPont, Zenite LCP, promette maggiore resistenza, rigidità e precisione nei connettori dei dispositivi elettronici e in altri componenti stampati. I test hanno dimostrato che i connettori stampati in Zenite 6130LX forniscono un'eccellente resistenza ai danni durante l'inserimento automatizzato dei pin e l'assemblaggio della scheda. La nuova resina può anche produrre parti con minore deformazione, il che migliora l'adattamento della parte e aumenta la temperatura alla quale supera il punto di snervamento durante la saldatura. Nei test distruttivi della testa del backplane, la nuova resina ha prodotto un aumento del 21% nella resistenza alla frattura, un aumento del 32% nella deflessione prima del cedimento e un modello di frattura più duttile/meno fragile. Durante il collaudo viene utilizzata una pressa dotata di un utensile con estremità rastremata per allontanare le pareti dei connettori. Sono state misurate la forza di frattura e la deflessione della parete. Miglioramenti nella resistenza e nella rigidità rispetto ai dati standard sono evidenti anche per la resistenza alla trazione, la resistenza alla trazione, il modulo di flessione e la resistenza alla flessione.

Gradi medicali Vectra MT LCP
Il polimero cristallino liquido di Vectra ha sostituito l'acciaio inossidabile in una vasta gamma di applicazioni mediche. Alcuni gradi di Vectra LCP sono conformi alle normative USP Classe VI e sono resistenti ai raggi gamma, alla sterilizzazione in autoclave a vapore e alla maggior parte dei metodi di sterilizzazione chimica.

4.2.2. Stati vetrosi e altamente elastici dei polimeri

Lo stato vetroso è una delle forme dello stato solido dei polimeri amorfi, caratterizzata da piccole deformazioni elastiche con elevati valori del modulo elastico E≈2.2·10 3 -5·10 3 MPa. Queste deformazioni sono associate ad un leggero cambiamento nelle distanze tra gli atomi e negli angoli di legame della catena principale.

Lo stato altamente elastico è caratterizzato da grandi deformazioni reversibili (fino al 600-800%) e bassi valori del modulo elastico del polimero (0,2-2 MPa). Lo stiramento di un polimero durante la deformazione altamente elastica è accompagnato dal rilascio di energia sotto forma di calore, mentre la contrazione è accompagnata da compressione. Il modulo elastico di un polimero deformabile aumenta con l'aumentare della temperatura, mentre il modulo elastico allo stato vetroso diminuisce. Nel tempo si verifica una deformazione altamente elastica, poiché è causata dal movimento dei segmenti e, quindi, è un processo di rilassamento cinetico molecolare.

La natura della forza elastica che si verifica durante la deformazione dei polimeri negli stati vetrosi e altamente elastici è discussa nella Sezione. 2.2.1. Nel primo caso è associato a un cambiamento nell'energia interna, nel secondo all'entropia. Il meccanismo molecolare dell'elasticità entropica associata al ripristino delle dimensioni più probabili delle bobine macromolecolari è discusso in dettaglio nella Sezione. 2.2.

Lo stato altamente elastico si manifesta più chiaramente nelle gomme “reticolate”, cioè gomma Nei polimeri lineari, la deformazione irreversibile si sovrappone alla deformazione reversibile, cioè fluire. Uno stato altamente elastico può essere osservato nei polimeri in vari intervalli di temperatura, da -100 a 200 °C. L'uso tecnico di materiali altamente elastici è legato alle loro proprietà di assorbimento degli urti e al basso modulo elastico.

Quando esposti a una forza periodica esterna ad alta frequenza, i polimeri che si trovano in uno stato altamente elastico possono trasformarsi in uno stato di deformazione elastico-duro che non è associato al “congelamento” della mobilità dei segmenti (Tabella 4.1). Questo tipo di transizione vetrosa nei campi di forza a temperature superiori alla temperatura di transizione vetrosa strutturale è chiamata transizione vetrosa meccanica. La natura di questo fenomeno è stata discussa in precedenza nella sezione. 2.3.4.

La transizione vetrosa dei polimeri è un processo di rilassamento. È associato al rilassamento, cioè spostando segmenti di macromolecole contenenti 5-20 atomi della catena principale (a seconda della sua flessibilità). Questo processo ha un marcato carattere cooperativo.

Durante la transizione vetrosa si verifica un brusco cambiamento nella capacità termica, nel coefficiente di temperatura di dilatazione volumetrica e nel coefficiente di comprimibilità termica, mentre si osserva solo una piega nelle curve del volume specifico, dell'entalpia e dell'entropia. A T T s le derivate seconde della funzione di Gibbs

cambiare bruscamente, il che è un segno di una transizione di fase di secondo ordine. Nonostante ciò, la transizione vetrosa non è una transizione di fase,

Tabella 4.1 Temperatura di transizione vetrosa, fattore sterico (flessibilità) σ e segmento di Kuhn di varie classi di polimeri

poiché porta ad uno stato metastabile di non equilibrio del sistema. Ciò è confermato da una serie di caratteristiche cinetiche:

una diminuzione monotona e illimitata della temperatura di transizione vetrosa con una diminuzione della velocità di raffreddamento e viceversa;

nella direzione opposta alla variazione della capacità termica durante la transizione vetrosa e una transizione di fase del secondo ordine (durante la transizione vetrosa, la capacità termica diminuisce).

Tipicamente, la temperatura di transizione vetrosa cambia di circa 3°C quando la velocità di raffreddamento cambia di un fattore 10, e solo in alcuni casi può variare di 10-15°C. Bartenev ha proposto una formula per calcolare la temperatura di transizione vetrosa a diverse velocità di variazione della temperatura:

dove c è la costante del materiale; tasso di co-riscaldamento in °C/s.

Teorie della transizione vetrosa. La mobilità di qualsiasi unità cinetica è determinata dal tempo di rilassamento t, che, secondo la formula (2.93), dipende in modo esponenziale dall'energia di attivazione. È stato dimostrato che al diminuire della temperatura l'energia di attivazione per il movimento dei segmenti aumenta rapidamente, il che è associato ad una diminuzione del volume libero del polimero e ad un aumento del sistema di rilassamento cooperativo. Durante la transizione vetrosa il volume libero raggiunge un valore minimo ed il movimento dei segmenti si arresta. Il volume libero del polimero Vst è determinato dall'espressione:

dove V è il volume totale, cioè volume reale del corpo polimerico; V 3 - volume occupato pari al volume delle macromolecole. Il volume libero è distribuito in tutto il polimero sotto forma di micropori, la cui origine è legata all'eterogeneità della struttura.

La variazione del volume corporeo durante il riscaldamento è caratterizzata dal coefficiente

estensioni. A T > T c, la variazione del volume del polimero è determinata principalmente dalla variazione del volume libero; il coefficiente di espansione per questa regione è indicato come 1. A t< Т с свободный объем изменяется в существенно меньшей степени (рис. 4.6), изменение объема полимера в этой области происходит по закону, характерному для твердых кристаллических тел с коэффициентом объемного расширения 2 . Величина ∆= 1 - 2 имеет физический смысл коэффициента температурного расширения свободного объема. Она связана с температурой стеклования полимеров эмпирическим уравнением Бойера-Симхи:

Nella teoria di Gibbs e Di Marzio, il processo di transizione vetrosa di un polimero è considerato dal punto di vista dello stato termodinamico del sistema, determinato dal numero di possibili conformazioni della macromolecola. Si assume che i possibili modi di orientare le unità della catena possano essere ridotti a due casi estremi corrispondenti a valori energetici elevati ε 1 e bassi ε 2 dei conformeri. In relazione al modello isomero rotazionale della catena, i primi sono attribuibili agli isomeri ±gauche, i secondi agli isomeri trans. A T > T c il polimero è caratterizzato da un ampio insieme conformazionale e da una significativa entropia conformazionale molare S K . Al diminuire della temperatura diminuisce l'intensità del movimento termico dei segmenti, cioè flessibilità della catena, quindi, le conformazioni corrispondenti a grandi valori (ε 1) di energia interna vengono congelate e SK diminuisce. Ad una certa temperatura T = T 2, la transizione delle conformazioni trans alla gauche “+” o “-” diventa impossibile e il movimento termico dei segmenti si interrompe. Ciò significa che ∆S K = 0, se applichiamo la formula di Boltzmann per calcolare l'entropia conformazionale e assumiamo che la probabilità termodinamica sia uguale al numero di conformazione.

Poiché T2 è la temperatura alla quale l'entropia in eccesso di un liquido sottoraffreddato (in questo caso un polimero amorfo) rispetto a un cristallo diventa zero, la transizione vetrosa nella teoria di Gibbs-Di Marzio è considerata una transizione di fase del secondo ordine. Infatti, durante la transizione vetrosa, si osservano alcuni segni formali di tale transizione: un salto nella capacità termica, un brusco cambiamento nel coefficiente di espansione volumetrica, ecc. Inoltre, è stato dimostrato che durante la transizione vetrosa, una ridistribuzione della gauche e ha luogo gli isomeri trans, come proposto secondo la teoria di Gibbs-Dee Marzio. In pratica è risultato che T c > T 2 sempre. Pertanto, gli autori della teoria hanno ipotizzato che T 2 = T c solo a velocità di raffreddamento infinitesimali dei polimeri, quando i fenomeni di rilassamento nei polimeri sono ridotti al minimo. Ma anche in queste condizioni non è corretto identificare la transizione vetrosa con una transizione di fase del secondo ordine, perché la transizione vetrosa fissa uno stato metastabile, la cui entropia a qualsiasi temperatura è maggiore dell'entropia dello stato cristallino. Pertanto, si dovrebbe considerare che ci sono due transizioni indipendenti in T 2 e T c, che sono correlate tra loro. La teoria termodinamica della transizione vetrosa fu ulteriormente sviluppata nei lavori di Adam e Gibbs.

Teoria cinetica della transizione vetrosa. Per i polimeri polari con forti interazioni intermolecolari, buoni risultati si ottengono con la teoria di Zhurkov, una delle prime teorie sulla transizione vetrosa. Secondo questa teoria, la transizione vetrosa del polimero, cioè la cessazione del movimento termico dei segmenti è dovuta alla formazione di una rete spaziale di deboli legami coesivi intermolecolari - dipolo, donatore-accettore (incluso l'idrogeno).

L'energia dell'interazione intermolecolare dipende poco dalla temperatura, mentre l'energia del movimento termico delle unità è proporzionale a kT. Al diminuire della temperatura, l'energia del movimento termico diminuisce e, quando risulta insufficiente per vincere le forze dell'interazione intermolecolare, si forma una rete di legami intermolecolari, cioè transizione vetrosa In questo caso, per il passaggio allo stato vetroso, è sufficiente “congelare” la mobilità dei segmenti di Kuhn, preservando il movimento degli altri elementi strutturali - collegamenti, sostituenti laterali.

La formazione di legami intermolecolari durante la transizione allo stato vetroso per un numero di polimeri polari - poliammidi, alcool polivinilico, gelatina - è stata dimostrata mediante spettroscopia IR. Secondo la teoria di Zhurkov, con l'aumentare della polarità del polimero e, di conseguenza, della rigidità della catena, aumenta il valore della temperatura di transizione vetrosa (Fig. 4.7).

Il blocco dei gruppi polari dei polimeri introducendo piccole aggiunte di composti a basso peso molecolare porta ad una diminuzione dell'interazione intermacromolecolare e, di conseguenza, della temperatura di transizione vetrosa. I dati sperimentali confermano questa posizione.

Sulla base di quanto sopra, è ovvio che la temperatura di transizione vetrosa dipenderà principalmente dai fattori che determinano la flessibilità della catena e la possibilità di transizioni conformazionali. La flessibilità della catena è determinata dalla natura dei legami nella catena principale, nonché dal volume e dalla polarità dei sostituenti su questa catena. È noto, ad esempio, che l'introduzione di legami eterei in una catena ne aumenta la flessibilità e di gruppi ammidici la diminuiscono. In accordo con ciò, nel primo caso la temperatura di transizione vetrosa diminuisce, nel secondo aumenta (vedi Tabella 4.1). L'influenza di un deputato si manifesta molto spesso come segue:

i cosiddetti sostituenti indeformabili in massa aumentano la temperatura di transizione vetrosa, ad esempio per il polistirene e il polivinilnaftalene è rispettivamente di 100 °C e 211 °C;

i gruppi laterali flessibili abbassano la temperatura di transizione vetrosa, ad esempio il polimetilacrilato e il polibutilacrilato hanno una temperatura di transizione vetrosa rispettivamente di 2 ° C e -40 ° C;

Un aumento della polarità del sostituente porta ad una diminuzione della flessibilità della catena dovuta alla limitazione della libertà di rotazione e, di conseguenza, ad un aumento della temperatura di transizione vetrosa.

Come accennato in precedenza, nella regione dei valori di basso peso molecolare, quest'ultimo influenza la temperatura di transizione vetrosa del polimero. Ciò si spiega con l'aumento del volume libero del polimero contenente catene corte, poiché le loro estremità impediscono l'impacchettamento denso delle macromolecole. Il volume libero in eccesso di un polimero a basso peso molecolare porta al fatto che le transizioni conformazionali delle macromolecole possono avvenire a temperature più basse rispetto a un polimero a peso molecolare più elevato.

Nel caso dei polimeri reticolati si verifica il fenomeno opposto: la reticolazione “riunisce” le macromolecole, il che porta ad una diminuzione del volume libero e ad un aumento della temperatura di transizione vetrosa del polimero “reticolato” rispetto a quello lineare.

Pubblichiamo la trascrizione di una conferenza di un ricercatore senior presso il Dipartimento di Composti Macromolecolari della Facoltà di Chimica dell'Università Statale di Mosca, professore associato, Dottore in Scienze Chimiche, vincitore del Premio Presidenziale della Federazione Russa per giovani scienziati per il 2009 , Alexey Bobrovsky, tenuto il 2 dicembre 2010 al Museo Politecnico nell'ambito del progetto “Public Lectures Polit. RU".

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Testo della lezione. Parte 1

Buonasera! Vorrei apportare alcune modifiche al regolamento: la lezione è composta da due parti: prima i cristalli liquidi, poi i polimeri a cristalli liquidi, quindi suggerisco di porre alcune domande dopo la prima parte. Sarà più facile.

Vorrei dire che il compito principale che mi sono prefissato nel prepararmi per questa conferenza non è tanto quello di caricarvi di abbondanti informazioni sui cristalli liquidi e il loro utilizzo, ma di interessarvi in ​​qualche modo ai cristalli liquidi, di darvi alcuni concetti iniziali: cosa sono e mostrano quanto sono belli e interessanti, non dal punto di vista utilitaristico (dove possono essere utilizzati), ma dal punto di vista della scienza e dell'arte (quanto sono belli di per sé). Piano della mia relazione.

Prima di tutto ti racconterò quando e come è stato scoperto lo stato cristallino liquido, cosa rende i cristalli liquidi unici rispetto ad altri oggetti, e nella seconda parte del mio resoconto parlerò dei polimeri cristallini liquidi e perché sono interessanti e meravigliosi .

Tutti sanno che nella maggior parte delle sostanze le molecole formano uno stato cristallino, le molecole formano un reticolo cristallino tridimensionale, ordinato in tre dimensioni, e quando riscaldate a una certa temperatura, si osserva una transizione di fase da uno stato ordinato tridimensionale a uno stato liquido disordinato e con ulteriore riscaldamento - allo stato gassoso . Si è scoperto che ci sono alcune fasi intermedie che hanno lo stato aggregato di un liquido, ma, tuttavia, hanno un certo ordine: non tridimensionale, ma bidimensionale o qualche altro ordine degenere. Ora ti spiego di cosa stiamo parlando.

La prima notizia di uno stato insolito della materia - lo stato cristallino liquido della materia, sebbene questo termine non esistesse a quel tempo - ebbe luogo nel 1888. Secondo alcuni altri dati, uno stato così insolito della sostanza fu registrato nel 1850, ma è generalmente accettato che nel 1888 Friedrich Reinitzer, uno scienziato austriaco, esaminò la sostanza benzoato di colesterolo - un derivato del colesterolo - e scoprì che quando riscaldato a 145°, la fase cristallina (polvere bianca) si trasforma in uno strano liquido torbido e dopo un ulteriore riscaldamento a 179° si osserva una transizione in un normale liquido trasparente. Ha provato a purificare questa sostanza, poiché non era sicuro di avere benzoato di colesterolo puro, ma nonostante ciò queste due transizioni di fase sono state riprodotte. Inviò un campione di questa sostanza al suo amico fisico Otto von Lehmann. Lehman ha studiato i cristalli ordinari, compresi i cristalli di plastica, che sono morbidi al tatto e diversi dai normali cristalli duri. Il principale metodo di studio era la microscopia ottica a polarizzazione - un microscopio in cui la luce passa attraverso un polarizzatore, passa attraverso una sostanza e quindi attraverso un analizzatore - attraverso un sottile strato di sostanza. Quando i cristalli di una determinata sostanza vengono posizionati tra il polarizzatore e l'analizzatore, è possibile vedere le strutture - immagini caratteristiche per diverse sostanze cristalline - e quindi studiare le proprietà ottiche dei cristalli. Si è scoperto che Otto von Lehmann lo ha aiutato a capire quale fosse la ragione dello stato intermedio, dell'illusione. Otto von Lehmann era seriamente convinto che tutte le proprietà delle sostanze cristalline, dei cristalli, dipendano esclusivamente dalla forma delle molecole, cioè non importa come si trovano in questo cristallo, la forma delle molecole è importante. E nel caso dei cristalli liquidi aveva ragione: la forma delle molecole determina la capacità di formare una fase cristallina liquida (principalmente la forma delle molecole). Qui vorrei parlare delle principali tappe storiche nello studio dei cristalli liquidi, a mio avviso le più importanti.

Nel 1888 Reinitzer scrisse che esistono cristalli la cui morbidezza è tale da poter essere definiti liquidi, poi Lehmann scrisse un articolo sui cristalli fluenti, infatti coniò il termine cristalli liquidi. Un episodio storico importante: negli anni '20 e '30, il fisico sovietico Fredericks studiò l'influenza di vari campi magnetici ed elettrici sulle proprietà ottiche dei cristalli liquidi e scoprì una cosa importante: l'orientamento delle molecole nei cristalli liquidi cambia molto facilmente sotto l'influenza dei campi esterni, e questi campi sono molto deboli e cambiano molto rapidamente. Dalla fine degli anni '60 iniziò un boom nello studio dei sistemi a cristalli liquidi e delle fasi a cristalli liquidi, ed è associato al fatto che hanno imparato a usarli. Innanzitutto, per i sistemi di visualizzazione delle informazioni nei normali orologi digitali elettronici, poi nelle calcolatrici e con l'avvento della tecnologia informatica, è diventato chiaro che i cristalli liquidi possono essere utilizzati attivamente per la produzione di display. Naturalmente, un tale salto tecnologico ha stimolato lo studio dei cristalli liquidi dal punto di vista della scienza fondamentale, ma vorrei sottolineare quanto sia ampio il divario temporale tra le scoperte scientifiche relative ai cristalli liquidi. In effetti, la gente se ne interessava per curiosità, non c'era interesse utilitaristico, nessuno sapeva come usarli e, inoltre, in quegli anni (20-30) la teoria della relatività era molto più interessante. A proposito, Fredericks fu il divulgatore della teoria della relatività in Unione Sovietica, poi fu represso e morì nei campi. Trascorsero infatti 80 anni dalla scoperta dei cristalli liquidi finché non impararono ad usarli. Faccio spesso questo esempio quando parlo delle peculiarità del finanziamento della scienza.

Vorrei soffermarmi sui principali tipi di fase cristallina liquida. Come funziona la mesofase, cioè la fase cristallina liquida?

Tipicamente, la fase cristallina liquida è formata da molecole che hanno una forma a bastoncino o a disco, cioè hanno forma anisometrica, principalmente a bastoncini o a dischi. Puoi immaginare un buon esperimento facile da organizzare: se versi dei bastoncini a caso in una scatola e la scuoti, come risultato di questo scuotimento noterai che i bastoncini stessi sono impilati in parallelo, ed è così che il nematico più semplice la fase è organizzata. C'è un ordine di orientamento lungo una certa direzione, ma il centro di massa delle molecole è disordinato. Esistono fasi molto più complesse, ad esempio di tipo smettico, quando il centro di massa si trova su piani, cioè fasi stratificate. La fase colesterica è molto interessante: il suo ordine locale è lo stesso di quella nematica, c'è un ordine orientazionale, ma a distanza di centinaia di nanometri si forma una struttura elicoidale con un certo senso di torsione, e la comparsa di questa fase è dovuta al fatto che le molecole sono chirali, cioè è necessaria la chiralità molecolare (spiegherò più avanti di cosa si tratta) per poter formare tale torsione elicoidale. Anche questa fase ha proprietà interessanti, come quella nematica, e può trovare anch'essa qualche applicazione. Le fasi di cui ho parlato sono quelle più semplici. Ci sono le cosiddette fasi blu.

Mi soffermerò un po’ su di loro quando parlerò di polimeri, questo è un po’ legato al mio lavoro. Qui queste linee indicano la direzione di orientamento delle molecole, e l'elemento strutturale principale di tali fasi sono tali cilindri in cui l'orientamento degli assi lunghi delle molecole cambia abilmente, cioè al centro di questo cilindro l'orientamento è lungo l'asse del cilindro e man mano che si allontana verso la periferia si osserva una rotazione. Queste fasi sono molto interessanti dal punto di vista della struttura, molto belle al microscopio polarizzatore, ed è importante notare che nel caso dei cristalli liquidi a basso peso molecolare queste fasi esistono in qualche decimo di grado, al massimo 2 -3° di escursione termica, e nel caso dei polimeri sono riuscito a catturare queste interessanti strutture, di cui vi parlerò più avanti. Un po' di chimica. Come sono le strutture delle molecole dei cristalli liquidi?

Di solito c'è una porzione aromatica di 2-3 anelli benzenici, a volte possono esserci due anelli aromatici collegati direttamente, può esserci una porzione di collegamento. È importante che questo frammento sia allungato, cioè la sua lunghezza sia maggiore della larghezza, e che sia abbastanza rigido, e sia possibile la rotazione attorno ad un asse lungo, ma durante questa rotazione la forma rimane allungata. Questo è molto importante per la formazione della fase di cristalli liquidi. La presenza di code flessibili nella molecola è importante: si tratta di varie code alchiliche ed è importante la presenza di vari sostituenti polari. Questo è importante per l'applicazione e crea momenti di dipolo e la capacità di riorientarsi in campi esterni, cioè questa molecola è composta da due parti principali: un frammento mesogenico con qualche sostituente (polare o non polare) e una coda flessibile che può piegarsi. Perché è necessario? Agisce come un plastificante interno, perché se prendi molecole rigide, si cristallizzeranno - formeranno un cristallo tridimensionale senza mesofasi, senza fasi cristalline liquide, e la coda flessibile spesso aiuta a formare una fase intermedia tra il cristallo e un normale liquido isotropo. Un altro tipo di molecole sono le molecole a forma di disco. Ecco la struttura generale di tali dischi, che possono anche formare mesafasi, ma hanno una struttura completamente diversa rispetto alle fasi basate su molecole allungate. Vorrei sottolinearvi quanto sono belli i cristalli liquidi al microscopio polarizzatore.

La microscopia di polarizzazione è il primo metodo per studiare i cristalli liquidi, ovvero dall'immagine osservata da un ricercatore in un microscopio polarizzatore di polarizzatori incrociati, si può giudicare che tipo di mesofase, che tipo di fase cristallina liquida si forma. Questa è l'immagine caratteristica della fase nematica, le cui molecole formano solo un ordine orientazionale. Ecco come appare la fase smettica. Per darvi un'idea della scala di tutto questo, cioè è molto più grande della scala molecolare: la larghezza dell'immagine è di centinaia di micron, cioè è un'immagine macroscopica, molto più grande della lunghezza d'onda di luce visibile. E analizzando tali immagini, si può giudicare che tipo di struttura esiste. Naturalmente, esistono metodi più accurati per determinare la struttura e alcune caratteristiche strutturali di queste mesofasi - metodi come l'analisi della diffrazione dei raggi X, vari tipi di spettroscopia - questo ci permette di capire come e perché le molecole sono impacchettate in un modo o nell'altro .

Un altro tipo di immagine è una soluzione concentrata di brevi frammenti di DNA (soluzione acquosa): tale immagine è stata ottenuta presso l'Università del Colorado. In generale, l'importanza e le caratteristiche della formazione di fasi cristalline liquide negli oggetti biologici è un argomento per un'ampia discussione separata, e io non sono un esperto in questo, ma posso dire che molti polimeri di natura biologica possono produrre un liquido fase cristallina, ma solitamente si tratta di una fase cristallina liquida liotropica, cioè è importante che sia presente un solvente, come l'acqua, affinché si formi questa fase cristallina liquida. Queste sono le foto che ho ricevuto.

Ecco come appare la mesofase colesterica: una delle immagini tipiche. Vorrei mostrare quanto siano belle le transizioni di fase: quando la temperatura cambia, possiamo osservare una transizione di fase.

Quando la temperatura cambia, si osserva un cambiamento nella rifrazione, quindi i colori cambiano, ci avviciniamo alla transizione - e si osserva una transizione verso una fusione isotropica, cioè tutto si è oscurato, un'immagine scura è visibile nei polarizzatori incrociati.

In un altro caso, è un po 'più complicato: all'inizio è visibile un'immagine scura, ma la natura ci inganna, le molecole sono semplicemente orientate in modo da sembrare una fusione isotropa, ma c'era una fase cristallina liquida. Ecco la transizione ad un'altra fase cristallina liquida: dopo il raffreddamento, cambiamenti di orientamento più ordinati. Il colore rosso è associato ad una struttura elicoidale con un certo passo dell'elica, e il passo dell'elica cambia, l'elica si torce, quindi c'è un cambiamento nei colori. Sono visibili varie disclinazioni, cioè la spirale si attorciglia, e ora ad un certo punto si osserverà la cristallizzazione di questo campione, tutto questo diventerà blu. Lo dimostro dal fatto che uno dei miei motivi personali per studiare, ad esempio, i cristalli liquidi è la loro bellezza, li guardo con piacere al microscopio, ho la felicità di farlo ogni giorno e l'interesse estetico è supportato per interesse scientifico. Ora ci sarà la cristallizzazione, tutto avverrà in tempo reale. Non ho fronzoli, è un normale portasapone montato su un microscopio, quindi la qualità è appropriata. Qui crescono le sferuliti di questo composto. Questo composto è stato sintetizzato per noi dai chimici della Repubblica Ceca. (Noi stessi sintetizziamo anche i composti LCD.) Occorre dire qualcosa sul motivo per cui sono ampiamente utilizzati.

Ognuno di noi porta con sé una piccola quantità di cristalli liquidi, perché tutti i monitor dei cellulari sono basati su cristalli liquidi, per non parlare dei monitor dei computer, dei display, dei monitor televisivi, e della forte concorrenza dei monitor al plasma e dei monitor LED in generale - poi, come per quanto ne so (non sono un esperto in questo), no. I cristalli liquidi sono stabili e non richiedono molta tensione per cambiare l'immagine: questo è molto importante. Nei cristalli liquidi si osserva un'importante combinazione, la cosiddetta anisotropia delle proprietà, cioè la dissomiglianza delle proprietà in diverse direzioni nel mezzo, la loro bassa viscosità, in altre parole, fluidità, è possibile creare una sorta di ottica dispositivo che commuta e reagisce con un tempo di commutazione caratteristico di millisecondi o addirittura microsecondi è quando l'occhio non nota la velocità di questo cambiamento, motivo per cui è possibile l'esistenza di LCD e display televisivi e un'altissima sensibilità ai campi esterni. Questi effetti furono scoperti prima di Fredericks, ma furono studiati da lui, e la transizione di orientamento di cui parlerò ora è chiamata transizione di Fredericks. Come funziona il quadrante di un semplice orologio digitale e perché i cristalli liquidi sono così ampiamente utilizzati?

Il dispositivo si presenta così: c'è uno strato di cristalli liquidi; i bastoncini rappresentano la direzione di orientamento nella molecola dei cristalli liquidi, ovviamente non sono in scala, sono molto più piccoli rispetto al resto degli elementi di design, ci sono due polarizzatori, sono incrociati in modo tale che se non ci fossero strato di cristalli liquidi, la luce non li attraversa. Esistono substrati di vetro su cui viene applicato un sottile strato conduttivo in modo da poter applicare un campo elettrico; C'è anche uno strato così complicato che orienta le molecole di cristalli liquidi in un certo modo, e l'orientamento è impostato in modo tale che sul substrato superiore le molecole siano orientate in una direzione e sull'altro substrato - nella direzione perpendicolare , cioè, è organizzato un orientamento di torsione delle molecole di cristalli liquidi, in modo che la luce, quando cade su un polarizzatore, è polarizzata - entra in un mezzo cristallino liquido e il piano della sua polarizzazione ruota seguendo l'orientamento del liquido molecola di cristallo: queste sono le proprietà delle molecole di cristalli liquidi. E di conseguenza, poiché ruota di 90° nel piano di polarizzazione, la luce attraversa tranquillamente questa geometria e, se viene applicato un campo elettrico, le molecole si allineano lungo il campo elettrico, e quindi la luce polarizzata non cambia la sua polarizzazione e non può passare attraverso un altro polarizzatore. Ecco come appare un'immagine scura. In realtà su un orologio da polso viene utilizzato uno specchio e si possono realizzare dei segmenti che permettono di visualizzare qualche immagine. Questo è lo schema più semplice, ovviamente, i monitor a cristalli liquidi sono strutture molto più complesse, multistrato, gli strati sono solitamente molto sottili - da decine di nanometri a micron - ma il principio è sostanzialmente lo stesso, e questa transizione avviene quando il l'orientamento delle molecole cambia lungo il campo elettrico o magnetico (i monitor utilizzano un campo elettrico perché è più semplice) è chiamato transizione (effetto) di Fredericks e viene utilizzato attivamente in tutti questi dispositivi. Il primo prototipo è un display nematico nel quadrante.

E questa è un'immagine che illustra quanto piccolo sia il campo elettrico necessario per riorientare una molecola di cristalli liquidi. In realtà, si tratta di una cella galvanica composta da due patate come elettrolita, ovvero per tale riorientamento è necessaria una tensione molto piccola nell'ordine di 1 V, motivo per cui queste sostanze sono così ampiamente utilizzate. Un'altra applicazione, e stiamo parlando dei cristalli liquidi colesterici, di cui parlerò più in dettaglio, è dovuta al fatto che sono in grado di cambiare colore a seconda della temperatura.

Ciò è dovuto al diverso passo della spirale ed è possibile visualizzare, ad esempio, la distribuzione della temperatura. Ho finito di parlare dei cristalli liquidi a piccole molecole e sono pronto ad ascoltare le vostre domande al riguardo prima di passare ai cristalli liquidi polimerici.

Discussione della lezione. Parte 1

Tatyana Sukhanova, Istituto di Chimica Bioorganica: Rispondi alla domanda dell'amatore: in quale intervallo cambia il colore dei cristalli liquidi e in che modo ciò dipende dalla loro struttura?

Alexey Bobrovsky: Stiamo parlando dei cristalli liquidi colesterici. Qui il colore cambia a seconda del passo dell'elica colesterica. Ci sono colesterici che riflettono selettivamente la luce nella regione UV, rispettivamente, nella regione invisibile, e ci sono colesterici che riflettono selettivamente la luce a causa di questa periodicità nella regione dell'infrarosso, cioè stiamo parlando di micron, decine di micron e in il caso delle immagini a colori, che ho mostrato al microscopio ottico polarizzato, lì è più complicato, e il colore è dovuto al fatto che la luce polarizzata, il piano di polarizzazione in un cristallo liquido, ruota in modo diverso, e questo dipende dalla lunghezza d'onda. Esiste una gamma complessa di colori e l'intera gamma visibile è coperta, ovvero puoi escogitare per ottenere una varietà di colori.

Boris Dolgin: Puoi dirci qualcosa in più sulla vita?

Alexey Bobrovsky: Della vita? Nello specifico sul ruolo dei cristalli liquidi in biologia?

Boris Dolgin: SÌ.

Alexey Bobrovsky: Sfortunatamente, questo non è affatto il mio argomento. Alla fine ti lascio il link al libro. Prima di tutto, quando parlano della connessione dei cristalli liquidi in biologia, parlano di come possono essere utilizzati in medicina: ci sono molte opzioni diverse. Nelle membrane cellulari lipidiche, lo stato cristallino liquido si verifica a temperature biologiche ragionevoli.

Boris Dolgin: E questo non è affatto un artefatto, ma è una ricerca aggiuntiva.

Alexey Bobrovsky: SÌ. Mi sembra che il ruolo dello stato cristallino liquido non sia ancora del tutto noto, e talvolta ci sono prove che il DNA in una cellula possa esistere in uno stato cristallino liquido, ma questo è un argomento per la ricerca futura. Questo non è il mio campo scientifico. Sono più interessato ai polimeri sintetici cristallini liquidi, di cui parlerò ulteriormente.

Boris Dolgin: I polimeri LCD sono completamente artificiali?

Alexey Bobrovsky: Sì, quasi tutto è artificiale. La colorazione, ad esempio, di alcuni coleotteri e farfalle è dovuta a tali cristalli naturali non liquidi, ma allo stato cristallino liquido congelato dovuto a polimeri biologici chitinosi. È così che l'evoluzione ha scoperto che la colorazione non è dovuta ai pigmenti, ma alla struttura astuta dei polimeri.

Michail Potanin: Ho una domanda sulla sensibilità magnetica dei cristalli liquidi. Quanto sono sensibili ai campi magnetici della Terra? È possibile realizzare bussole con loro?

Alexey Bobrovsky: No, non puoi. Sfortunatamente, questo è quello che è successo. Cosa determina la sensibilità dei cristalli liquidi? Esiste il concetto di suscettibilità diamagnetica e costante dielettrica, e nel caso di un campo elettrico tutto è molto più conveniente e migliore, cioè è sufficiente applicare effettivamente 1 V a una cella a cristalli liquidi del genere - e tutto sarà riorientato, e nel caso di un campo magnetico stiamo parlando di tesla - tali intensità di campo incomparabilmente superiori alla forza del campo magnetico terrestre,

Lev Moskovkin: Potrei avere una domanda del tutto amatoriale. La conferenza è assolutamente affascinante, la soddisfazione estetica è grande, ma la presentazione in sé lo è meno. Le immagini che hai mostrato assomigliano al nucleo - sono anche esteticamente attive - e alla reazione di Jabotinsky, sebbene le tue immagini non siano cicliche. Grazie.

Alexey Bobrovsky: Non sono pronto a rispondere a questa domanda. Questo deve essere esaminato in letteratura. Nei polimeri e nei cristalli liquidi esiste la teoria dello “scaling”, cioè dell'autosimilarità. Trovo difficile rispondere a questa domanda, non sono competente in questo argomento.

Natalia: Ora i premi Nobel vengono assegnati agli scienziati russi. Secondo te Fredericks, se fosse rimasto in vita, avrebbe potuto ricevere questo premio? In generale, qualcuno degli scienziati che hanno lavorato su questo argomento ha ricevuto un premio Nobel?

Alexey Bobrovsky: Penso che, ovviamente, Fredericks sarebbe il primo candidato. Morì in un campo durante la guerra. Se fosse vissuto fino al 1968-1970, sarebbe stato il primo candidato al Premio Nobel - questo è abbastanza ovvio. Ancora un grande fisico, ma non è stato premiato (stiamo parlando dei nostri scienziati), - Tsvetkov è il fondatore della scuola di fisica di San Pietroburgo, sfortunatamente è andata in pezzi in un modo o nell'altro. La questione su chi abbia ricevuto il Premio Nobel per i cristalli liquidi non è stata specificamente considerata o studiata, ma, secondo me, solo Paul de Gennes ha ricevuto il Premio Nobel per i polimeri e i cristalli liquidi.

Boris Dolgin: La moda per studiare i cristalli liquidi è scomparsa per sempre?

Alexey Bobrovsky: Sì, certo, non c'è più alcuna eccitazione, perché molto è già chiaro con la mesofase più semplice (fase cristallina liquida nematica), ed è chiaro che è la più ottimale per l'uso. C'è ancora un certo interesse per le fasi più complesse, perché si possono ottenere alcuni vantaggi rispetto a quella ben studiata, ma il numero di pubblicazioni sullo stato liquido cristallino è in calo.

Boris Dolgin: Cioè non si vedono salti qualitativi nella comprensione, nessuna zona in cui ci sarebbe un mistero globale.

Alexey Bobrovsky: Penso che sia meglio non fare pronostici, perché tutto può succedere. La scienza non si sviluppa sempre in modo coerente. A volte si verificano salti strani, quindi non mi impegno a fare previsioni.

Konstantin Ivanovic: Vorrei sapere quanto sono sicuri per la vita umana.

Alexey Bobrovsky: Le persone che producono display LCD vengono sottoposte a test di sicurezza. Se bevi un litro di cristalli liquidi probabilmente ti sentirai male, ma visto che ne vengono utilizzati i milligrammi non c'è pericolo serio. Questo è molto più sicuro del mercurio rotto e che perde da un termometro. Questo è completamente incomparabile in termini di danno. Ora stanno emergendo ricerche sul riciclaggio dei cristalli liquidi. Ho sentito un rapporto in cui questo problema viene preso sul serio, che c'è già una grande quantità di rottami e come possono essere recuperati, ma i problemi per l'ambiente sono minimi. Sono sicuri.

Boris Dolgin: C'è stata una cosa molto interessante alla fine. Se immagini un monitor LCD usato e così via. Cosa gli succederà dopo, cosa sta succedendo? Come viene smaltito? Oppure non viene smaltito, oppure si decompone in qualche modo o rimane?

Alexey Bobrovsky: Penso che le molecole di cristalli liquidi siano la prima cosa che si decomporrà sotto influenze esterne.

Boris Dolgin: Quindi non c'è alcuna specificità particolare qui?

Alexey Bobrovsky: Ovviamente no. Penso che lì i problemi legati al riciclaggio di plastica e polimeri siano molto più complicati.

Oleg: Per favore dimmi cosa determina l'intervallo di temperatura delle fasi cristalline liquide? Come sapete, tutti i display moderni funzionano in un intervallo di temperature molto ampio. Come è stato ottenuto ciò e da quali proprietà e struttura della materia sono determinate?

Alexey Bobrovsky: Ottima domanda. In effetti, i composti ordinari, la maggior parte dei composti organici che vengono sintetizzati individualmente, hanno le temperature che ho mostrato, il colesterolo benzoato fonde a 140°, quindi la decomposizione isotropa a 170°. Esistono singole sostanze che hanno un punto di fusione basso, intorno alla temperatura ambiente, e si trasformano in un normale liquido isotropo intorno ai 50°, ma per realizzare un intervallo di temperature così ampio, fino a temperature sotto lo zero, è stato necessario realizzare delle miscele. Le composizioni miste convenzionali di diverse sostanze, quando miscelate, il loro punto di fusione è notevolmente ridotto. Che trucco. Di solito si tratta di serie omologhe, quello che viene utilizzato nei display è un derivato bifenilico, dove non c'è X e un sostituente nitrilico, e le code di diversa lunghezza sono prese come code alchiliche, e una miscela di 5-7 componenti consente di abbassare il punto di fusione al di sotto di 0°, lasciando la temperatura di schiarimento, cioè la transizione della fase liquida cristallina alla fase isotropa, al di sopra di 60°: questo è un trucco.

Testo della lezione. Parte 2

Prima di tutto vorrei dire cosa sono i polimeri.

I polimeri sono composti ottenuti mediante ripetizione ripetuta, cioè legame chimico di unità identiche - nel caso più semplice, identiche, come nel caso del polietilene, si tratta di unità CH 2 collegate tra loro in un'unica catena. Naturalmente esistono molecole più complesse, anche molecole di DNA, la cui struttura non si ripete ed è organizzata in modo molto complesso.

I principali tipi di topologia polimerica: le molecole più semplici sono molecole a catena lineare, ci sono polimeri ramificati a forma di pettine. I polimeri a forma di pettine hanno svolto un ruolo importante nella preparazione di polimeri cristallini liquidi. I policatenani a forma di stella collegati ad anello sono una varietà di forme molecolari. Quando la ricerca sullo stato cristallino liquido era in pieno svolgimento, quando si studiavano i cristalli liquidi, è nata un'idea: è possibile combinare le proprietà ottiche uniche dei cristalli liquidi con le buone proprietà meccaniche dei polimeri - la capacità di formare rivestimenti, pellicole e alcuni prodotti? E quello che mi venne in mente nel 1974 (c'era la prima pubblicazione) - tra la fine degli anni '60 e l'inizio degli anni '70 iniziarono a proporre diversi approcci alla produzione di polimeri cristallini liquidi.

Un approccio consiste nell'attaccare molecole a forma di bastoncino o bastoncino a una macromolecola lineare, ma si è scoperto che tali polimeri non formano una fase cristallina liquida: sono normali vetri fragili che, una volta riscaldati, iniziano a decomporsi e non danno nulla . Quindi, parallelamente, in due laboratori (ne parlerò più dettagliatamente più avanti), è stato proposto un approccio per attaccare tali molecole a forma di bastoncino alla catena polimerica principale attraverso distanziatori flessibili - o disaccoppianti, in russo. E poi risulta quanto segue: c'è una leggera autonomia tra la catena polimerica principale, procede in gran parte indipendentemente, e il comportamento delle molecole a forma di bastoncino, cioè la catena polimerica principale non interferisce con la formazione delle molecole a forma di bastoncino frammenti della fase cristallina liquida.

Questo approccio si è rivelato molto fruttuoso e, parallelamente, in due laboratori - nel laboratorio di Nikolai Alfredovich Plate in Unione Sovietica e nel laboratorio di Ringsdorf - tale approccio è stato proposto in modo indipendente e sono felice di lavorare ora nel laboratorio di Valery Petrovich Shibaev presso la Facoltà di Chimica dell'Università Statale di Mosca, cioè lavoro nel laboratorio dove tutto questo è stato inventato. Naturalmente ci sono state controversie sulle priorità, ma tutto questo non ha importanza.

Principali tipologie di polimeri a cristalli liquidi. Non parlerò di tali catene principali o dei gruppi principali della catena principale del polimero (questo è un tipo di tali polimeri), parlerò principalmente di polimeri cristallini liquidi a forma di pettine, in cui i frammenti a forma di bastoncino sono collegati ai catena principale attraverso un disaccoppiatore alifatico flessibile.

Un importante vantaggio dell'approccio alla creazione di polimeri cristallini liquidi dal punto di vista della sintesi e della combinazione di diverse proprietà è la possibilità di ottenere omopolimeri. Cioè, prendi un monomero che è in grado di formare una catena molecolare, ad esempio, a causa di un doppio legame, qui rappresentato schematicamente, e puoi ottenere un omopolimero, cioè un polimero le cui molecole sono costituite da frammenti identici a forma di bastoncino , oppure puoi creare copolimeri combinando due frammenti diversi: possono entrambi formare una mesofase, oppure possono combinare frammenti non mesogenici con frammenti mesogenici, e si scopre che abbiamo la capacità di forzare chimicamente componenti dissimili a trovarsi nello stesso sistema polimerico. In altre parole, se provassimo a mescolare un tale monomero con un tale monomero senza legame chimico, darebbero due fasi separate e, legandole chimicamente, le costringiamo a stare nello stesso sistema, e poi mostrerò perché questo è buono.

Un importante vantaggio e differenza tra i cristalli liquidi polimerici e i cristalli liquidi a basso peso molecolare è la possibilità di formare uno stato vetroso. Se si guarda la scala della temperatura: ad alte temperature abbiamo una fase isotropa, quando la temperatura diminuisce si forma una fase liquida cristallina (in queste condizioni il polimero si presenta come un liquido molto viscoso), e una volta raffreddato si passa ad una fase si osserva uno stato vetroso. Questa temperatura è solitamente vicina o leggermente superiore alla temperatura ambiente, ma dipende dalla struttura chimica. Pertanto, a differenza dei composti a basso peso molecolare, che sono liquidi o passano allo stato cristallino, la struttura cambia. Nel caso dei polimeri questa struttura risulta essere congelata in uno stato vetroso, che può persistere per decenni, e questo è importante dal punto di vista applicativo, ad esempio per registrare la memorizzazione di informazioni possiamo modificare il struttura e orientamento della molecola, frammenti della molecola e congelarli a temperatura ambiente. Questa è una differenza importante e un vantaggio dei polimeri derivanti da composti a basso peso molecolare. A cos’altro servono i polimeri?

Questo video mostra un elastomero a cristalli liquidi, ovvero sembra un elastico che si contrae quando viene riscaldato e si espande quando viene raffreddato. Questo lavoro è tratto da Internet. Questo non è lavoro mio, ecco un'immagine accelerata, cioè in realtà, purtroppo, questa transizione si osserva entro decine di minuti. Perché sta succedendo? Cos'è un elastomero a cristalli liquidi, che ha una temperatura di transizione vetrosa abbastanza bassa, cioè è allo stato elastico a temperatura ambiente, ma le macromolecole sono reticolate, e se sintetizziamo un film nella fase cristallina liquida, allora la catena polimerica ripete leggermente l'orientamento dei gruppi mesogenici e, se la riscaldiamo, i gruppi mesogenici entrano in uno stato disordinato e, di conseguenza, trasferiscono le principali catene polimeriche in uno stato disordinato e l'anisometria delle bobine macromolecolari cambia. Ciò porta al fatto che durante il riscaldamento, durante la transizione dalla mesofase alla fase isotropa, si osserva un cambiamento nelle dimensioni geometriche del campione a causa di un cambiamento nella forma delle bobine polimeriche. Nel caso di cristalli liquidi a basso peso molecolare, ciò non può essere osservato. Due gruppi in Germania – Finkelman, Zentel – e altri gruppi hanno lavorato molto su queste cose. Lo stesso può essere osservato sotto l'influenza della luce.

Esistono molti lavori sui polimeri fotocromatici che contengono un frammento di azobenzene: due anelli benzenici collegati tra loro da un doppio legame NN. Cosa succede quando tali frammenti molecolari vengono esposti alla luce? Si osserva la cosiddetta isomerizzazione trans-cis e il frammento a forma di bastoncino, quando irradiato con la luce, si trasforma in una forma cis curva smussata, un frammento piegato. Ciò porta anche al fatto che l'ordine nel sistema diminuisce molto, e come abbiamo visto prima durante il riscaldamento, anche durante l'irraggiamento si verifica una riduzione delle dimensioni geometriche, un cambiamento nella forma del film, in questo caso abbiamo osservato una riduzione.

Durante l'irradiazione possono essere realizzati vari tipi di deformazioni di piegatura, ovvero, quando irradiata con luce UV, è possibile realizzare tale piegatura della pellicola. Quando esposto alla luce visibile, si osserva un'isomerizzazione cis-trans inversa e questo film si espande. Sono possibili tutti i tipi di opzioni, ciò può dipendere dalla polarizzazione della luce incidente. Ne parlo perché ormai questa è un'area di ricerca abbastanza popolare sui polimeri cristallini liquidi. Riescono anche a realizzare alcuni dispositivi basati su questo, ma finora, purtroppo, i tempi di transizione sono piuttosto lunghi, cioè la velocità è bassa, e quindi è impossibile parlare di un utilizzo specifico, ma si tratta comunque di tali muscoli creati artificialmente, che agiscono, funzionano quando la temperatura cambia o quando sono esposti alla luce di diverse lunghezze d'onda. Adesso vorrei raccontarvi direttamente un po’ del mio lavoro.

Qual è il compito del mio lavoro, del nostro laboratorio. Ho già parlato dei vantaggi della copolimerizzazione, della possibilità di combinare frammenti completamente diversi in un materiale polimerico e del compito principale, l'approccio principale per creare polimeri cristallini liquidi multifunzionali così diversi è la copolimerizzazione di un'ampia varietà di monomeri funzionali, che possono essere mesogenici, cioè responsabili della formazione di polimeri cristallini liquidi, fasi chirali (di chiralità parlerò più avanti), fotocromatiche, cioè capaci di cambiare sotto l'influenza della luce, elettroattive, che trasportano una grande momento di dipolo e possono essere riorientati sotto l'influenza di un campo, sono possibili diversi tipi di gruppi funzionali che possono, ad esempio, interagire con ioni metallici e cambiamenti nel materiale. E questa è un'ipotetica macromolecola a forma di pettine qui disegnata, ma in realtà otteniamo copolimeri doppi o ternari che contengono diverse combinazioni di frammenti e, di conseguenza, possiamo modificare le proprietà ottiche e di altro tipo di questi materiali utilizzando influenze diverse, ad esempio , luce e campo elettrico. Uno di questi esempi di combinazione di chiralità e fotocromaticità.

Ho già parlato della mesofase colesterica: il fatto è che con un certo passo dell'elica si forma una struttura molecolare elicoidale e tali sistemi hanno una riflessione selettiva della luce dovuta a tale periodicità. Questo è un diagramma schematico di una sezione di pellicola: un certo passo dell'elica, e il fatto è che la riflessione selettiva è linearmente correlata al passo dell'elica - proporzionale al passo dell'elica, cioè cambiando il passo dell'elica in un modo o nell'altro, possiamo cambiare il colore della pellicola, la lunghezza d'onda della riflessione selettiva. Cosa causa una struttura del genere con un certo grado di torsione? Affinché una tale struttura si formi, i frammenti chirali devono essere introdotti nella fase nematica.

La chiralità molecolare è la proprietà delle molecole di essere incompatibili con la loro immagine speculare. Il frammento chirale più semplice che abbiamo davanti a noi sono i nostri due palmi. Sono più o meno immagini speculari l'una dell'altra e non sono in alcun modo paragonabili. La chiralità molecolare introduce in un sistema nematico la capacità di torcersi e formare un'elica. Va detto che non esiste ancora una teoria chiara e ben spiegata della torsione a spirale, ma, tuttavia, viene osservata.

C'è un parametro importante, non mi soffermerò su questo, - questa è la forza di torsione, e si è scoperto che la forza di torsione - la capacità dei frammenti chirali di formare una struttura elicoidale - dipende fortemente dalla geometria dei frammenti chirali.

Abbiamo ottenuto copolimeri chirale-fotocromici che contengono un frammento mesogenico (mostrato come un bastoncino blu) - è responsabile della formazione di una fase cristallina liquida nematica. Sono stati ottenuti copolimeri con frammenti chirale-fotocromici che, da un lato, contengono una molecola (gruppo) chirale e, dall'altro, un frammento capace di fotoisomerizzazione, cioè di cambiare geometria sotto l'influenza della luce, e irradiando tali molecole induciamo l'isomerizzazione trans -cis, modifichiamo la struttura del frammento fotocromatico chirale e - di conseguenza - la sua capacità di indurre l'efficienza di induzione dell'elica colesterica, cioè in questo modo possiamo, per esempio, srotolare l'elica colesterica sotto l'influenza della luce, possiamo farlo in modo reversibile o irreversibile. Che aspetto ha un esperimento, cosa possiamo implementare?

Abbiamo una sezione di un film colesterico di un polimero colesterico. Possiamo irradiarlo utilizzando una maschera e indurre localmente l'isomerizzazione; durante l'isomerizzazione, la struttura dei frammenti chirali cambia, la loro capacità di torsione diminuisce e si osserva localmente lo svolgimento dell'elica, e poiché si osserva lo svolgimento dell'elica, possiamo cambiare la lunghezza d'onda della riflessione selettiva del colore, cioè le pellicole a colori.

I campioni ottenuti nel nostro laboratorio sono campioni di polimeri irradiati attraverso una maschera. Possiamo registrare vari tipi di immagini su tali pellicole. Ciò può essere di interesse applicativo, ma vorrei sottolineare che l'obiettivo principale del nostro lavoro è studiare l'influenza della struttura di tali sistemi sulla progettazione molecolare, sulla sintesi di tali polimeri e sulle proprietà di tali sistemi. . Inoltre, abbiamo imparato non solo a controllare la luce, la lunghezza d’onda della riflessione selettiva, ma anche a controllare l’elettricità. Ad esempio, possiamo registrare una sorta di immagine a colori e quindi, applicando un campo elettrico, modificarla in qualche modo. A causa della versatilità di tali materiali. Tali transizioni - svolgimento-torsione dell'elica - possono essere reversibili.

Dipende dalla struttura chimica specifica. Ad esempio, possiamo far sì che la lunghezza d'onda della riflessione selettiva (appunto, la colorazione) dipenda dal numero di cicli di cancellazione della registrazione, cioè, quando irradiati con luce ultravioletta, svolgiamo la spirale e la pellicola passa dal verde al rosso , e poi possiamo riscaldarlo ad una temperatura di 60° e indurre la torsione inversa. In questo modo puoi implementare molti loop. In conclusione vorrei ritornare un po' sull'aspetto estetico dei cristalli liquidi e dei polimeri a cristalli liquidi.

Ho mostrato e parlato un po 'della fase blu: una struttura complessa e molto interessante, sono ancora in fase di studio, lì vengono introdotte nanoparticelle e vedono cosa cambia lì, e nei cristalli liquidi a basso peso molecolare questa fase esiste in alcune frazioni di gradi (2°-3°, ma non di più), sono molto instabili. È sufficiente spingere un po' il campione - e questa bellissima trama, un esempio di essa è mostrato qui, viene distrutta, e nei polimeri nel 1994-1995, riscaldando a lungo, cuocendo film a determinate temperature, sono stato in grado per vedere trame così belle delle fasi blu colesteriche, e sono riuscito senza alcun trucco (senza usare azoto liquido) a raffreddare queste pellicole e osservare queste trame. Proprio di recente ho trovato questi campioni. Sono passati 15 anni - e queste trame sono rimaste assolutamente invariate, cioè l'astuta struttura delle fasi blu, come alcuni antichi insetti nell'ambra, è rimasta fissa per più di 10 anni.

Ciò è naturalmente conveniente dal punto di vista della ricerca. Possiamo metterlo in un microscopio a forza atomica e studiare sezioni di tali film: è comodo e bello. Questo è tutto per me. Vorrei fare riferimento alla letteratura.

Il primo libro di Sonin Anatoly Stepanovich, l'ho letto più di 20 anni fa, nel 1980, dalla casa editrice "Centaur and Nature", poi, mentre ero ancora uno scolaretto, mi sono interessato ai cristalli liquidi, ed è successo così che Anatoly Stepanovich Sonin è stato un revisore della mia tesi. Una pubblicazione più moderna è l’articolo del mio supervisore scientifico Valery Petrovich Shibaev “Cristalli liquidi nella chimica della vita”. C'è un'enorme quantità di letteratura in inglese; se hai interesse e desiderio, puoi trovare molte cose da solo. Ad esempio, il libro di Dierking “Textures of Liquid Crystals”. Recentemente ho trovato un libro che si concentra sull'uso dei cristalli liquidi in biomedicina, quindi se qualcuno è interessato a questo aspetto particolare lo consiglio. C'è una e-mail per la comunicazione, sarò sempre felice di rispondere alle tue domande e magari inviarti qualche articolo se c'è tale interesse. Grazie per l'attenzione.

Discussione della lezione. Parte 2

Alexey Bobrovsky: Era necessario mostrare una chimica specifica. Questa è una mia omissione. No, questa è una sintesi organica a più stadi. Vengono prese alcune sostanze semplici, nei flaconi assomiglia ad una cucina chimica, le molecole durante tali reazioni si combinano in sostanze più complesse, vengono isolate in quasi ogni fase, vengono in qualche modo analizzate, viene stabilito l'accordo della struttura che vogliamo ottenere con quei dati spettrali che gli strumenti ci forniscono affinché possiamo essere sicuri che questa sia la sostanza di cui abbiamo bisogno. Questa è una sintesi sequenziale piuttosto complessa. Naturalmente, per ottenere i polimeri cristallini liquidi è necessaria una sintesi ancora più laboriosa. Sembra che diverse polveri bianche producano polveri arancioni. Un polimero cristallino liquido sembra un elastico, oppure è una sostanza solida sinterizzata, ma se lo riscaldi e crei un film sottile (questo è possibile se riscaldato), allora questa strana sostanza dà bellissime immagini al microscopio.

Boris Dolgin: Ho una domanda, forse da un'altra area, anzi, forse prima Lev, poi io, per non distrarmi dalla parte fattuale.

Lev Moskovkin: Mi hai davvero affascinato con la lezione di oggi, per me questa è la scoperta di qualcosa di nuovo. Le domande sono semplici: quanto è forte la forza muscolare? Su cosa funziona? E per ignoranza, cos'è la trama, in cosa differisce dalla struttura? Dopo la tua conferenza, mi sembra che tutto ciò che è strutturato nella vita, tutto grazie ai cristalli liquidi, sia anche in gran parte regolato dalla luce e da un debole impulso. Grazie mille.

Alexey Bobrovsky: Naturalmente non si può dire che tutto sia regolato da cristalli liquidi; ovviamente non è così. Esistono diverse forme di autorganizzazione della materia e lo stato cristallino liquido è solo una di queste forme di autorganizzazione. Quanto sono forti i muscoli polimerici? Non conosco le caratteristiche quantitative rispetto ai dispositivi esistenti a base di ferro, grosso modo, ovviamente, non sono così resistenti, ma voglio dire che i moderni giubbotti antiproiettile, ad esempio, contengono il materiale Kivlar, una fibra che ha un tipo di catena principale con struttura cristallina liquida, un polimero con gruppi mesogenici nella catena principale. Nel processo di ottenimento di questa fibra, le macromolecole vengono allungate lungo la direzione del disegno e viene fornita una resistenza molto elevata, ciò consente la realizzazione di fibre resistenti per giubbotti antiproiettile, attuatori o muscoli, nella fase di sviluppo, ma le forze possono essere raggiunte lì molto debole. La differenza tra consistenza e struttura. La trama è un concetto utilizzato dalle persone che si occupano di tappeti, design di cose, alcune cose visive, design artistico, cioè è principalmente un aspetto. È una fortuna che la trama dei cristalli liquidi, cioè un'immagine caratteristica, aiuti molto nel determinare la struttura di un cristallo liquido, ma questi sono, in realtà, concetti diversi.

Oleg Gromov, : Hai detto che esistono strutture polimeriche a cristalli liquidi che hanno un effetto fotocromatico e una sensibilità elettrica e magnetica. La domanda è questa. È anche noto in mineralogia che Chukhrov descrisse formazioni cristalline liquide di composizione inorganica negli anni '50, ed è noto che esistono polimeri inorganici; quindi la domanda è: esistono polimeri cristallini liquidi inorganici e, se sì, è possibile che per eseguire queste funzioni? e come vengono implementate in questo caso?

Alexey Bobrovsky: La risposta è più probabile che no che sì. La chimica organica, la proprietà del carbonio di formare una varietà di composti diversi, ha permesso di realizzare una progettazione colossale di vari tipi di cristalli liquidi a basso peso molecolare, composti polimerici e, in generale, è per questo che possiamo parlare di alcuni tipo di diversità. Si tratta di centinaia di migliaia di sostanze polimeriche a basso peso molecolare che possono formare una fase cristallina liquida. Nel caso di quelli inorganici, non mi intendo di polimeri, l'unica cosa che mi viene in mente sono alcune sospensioni di ossido di vanadio, che sembrano anch'esse polimeri, e le loro strutture solitamente non sono stabilite con precisione, e questo è alla base fase di ricerca. Questo si è rivelato un po' fuori dalla corrente principale della scienza, dove tutti stanno lavorando alla progettazione di cristalli liquidi convenzionali organici, e in realtà possono esserci formazioni di fasi di cristalli liquidi liotropici, quando la fase è indotta non da un cambiamento nella temperatura, ma soprattutto dalla presenza di un solvente, cioè di solito si tratta di nanocristalli necessariamente allungati, che a causa del solvente possono formare un ordine orientazionale. Questo è dato dall'ossido di vanadio appositamente preparato. Forse non conosco altri esempi. So che ci sono molti esempi simili, ma dire che si tratta di un polimero non è del tutto corretto.

Oleg Gromov, Istituto di Biochimica e Chimica Analitica dell'Accademia Russa delle Scienze: Come considerare allora le formazioni cristalline liquide scoperte da Chukhrov e altri negli anni '50?

Alexey Bobrovsky: Non ne sono a conoscenza, purtroppo questa zona è lontana da me. Per quanto ne so, mi sembra che sia certamente impossibile parlare specificamente dello stato liquido cristallino, perché la parola “liquido”, a dire il vero, non è applicabile ai polimeri che si trovano allo stato vetroso. Non è corretto dire che si tratta di una fase cristallina liquida; è corretto dire “fase cristallina liquida congelata”. Probabilmente, la somiglianza, l'ordine degenerato, quando non c'è un ordine tridimensionale, ma c'è un ordine bidimensionale, è probabilmente un fenomeno generale, e se guardate, potete trovare molti posti. Se invii collegamenti a tali lavori alla mia e-mail, te ne sarò molto grato.

Boris Dolgin: È molto positivo quando riusciamo a diventare un’altra piattaforma in cui scienziati di diverse specialità possono mantenere i contatti.

Alexey Bobrovsky: È ottimo

Voce dal pubblico: Un'altra domanda amatoriale. Hai detto che i polimeri a cristalli liquidi fotocromatici hanno un tasso di risposta relativamente basso ai cambiamenti ambientali. Qual è la loro velocità approssimativa?

Alexey Bobrovsky: Stiamo parlando di una risposta entro pochi minuti. In caso di forte esposizione alla luce di pellicole molto sottili, le persone ottengono una seconda risposta, ma finora tutto questo è lento. C'è un tale problema. Ci sono effetti che sono legati a qualcos'altro (non ho parlato di questo): abbiamo una pellicola polimerica, e ci sono frammenti fotocromatici in essa, e possiamo essere esposti a luce polarizzata di intensità sufficiente, e questa luce può causare diffusione rotazionale, cioè la rotazione di queste molecole perpendicolare al piano di polarizzazione - esiste un tale effetto, è stato inizialmente scoperto molto tempo fa, ora è anche in fase di studio, e lo sto facendo anche io. Con un'intensità della luce sufficientemente elevata, gli effetti possono essere osservati entro millisecondi, ma di solito questo non è associato a un cambiamento nella geometria della pellicola, è internamente, prima di tutto, le proprietà ottiche cambiano.

Alexey Bobrovsky: C'è stato un tentativo di creare materiale per la registrazione di informazioni, e ci sono stati tali sviluppi, ma, per quanto ne so, tali materiali non possono competere con la registrazione magnetica esistente e altri materiali inorganici, quindi in qualche modo l'interesse in questa direzione si è spento, ma questo non significa che non riprenderà più.

Boris Dolgin: L'emergere, ad esempio, di nuove esigenze dovute a qualcosa.

Alexey Bobrovsky: Il lato utilitaristico della questione non mi interessa molto.

Boris Dolgin: La mia domanda è in parte legata a questo, ma non su come può essere utilizzato, è un po' utilitaristico dal punto di vista organizzativo. Nell'ambito in cui lavori nel tuo dipartimento e così via, come abbiamo detto, hai progetti comuni, commesse da alcune strutture aziendali e così via. Come è generalmente strutturata l'interazione in quest'area: il ricercatore vero e proprio, relativamente parlando, un inventore/ingegnere o inventore, e poi un ingegnere, forse soggetti diversi, quindi, relativamente parlando, una sorta di imprenditore che capisce cosa farne, forse, ma questo è improbabile, un investitore pronto a dare soldi a un imprenditore affinché possa realizzare questo, come si dice adesso, progetto innovativo? Come è strutturata questa catena nel tuo ambiente al punto che tu in qualche modo sei entrato in contatto con essa?

Alexey Bobrovsky: Non esiste ancora una catena del genere e non è noto se ce ne sarà una. In linea di principio la forma di finanziamento ideale è la stessa della scienza di base convenzionale. Se prendiamo come base la Fondazione russa per la ricerca di base e tutto il resto, di cui si è parlato molte volte, perché personalmente non vorrei fare qualcosa di così applicato, un ordine.

Boris Dolgin: Ecco perché parlo di argomenti diversi e in nessun caso sto dicendo che uno scienziato debba essere un ingegnere, un imprenditore e così via. Sto parlando di argomenti diversi, di come impostare l’interazione, di come l’interazione potrebbe già funzionare.

Alexey Bobrovsky: Abbiamo diverse offerte dall'esterno, ma si tratta principalmente di aziende di Taiwan, Corea e Asia, per vari tipi di lavoro legati all'uso di polimeri a cristalli liquidi per varie applicazioni di visualizzazione. Avevamo un progetto congiunto con Philips, Merck e altri, ma questo rientra nel quadro di un progetto congiunto: stiamo svolgendo parte di un lavoro di ricerca e tale risultato intellettuale o risultato sotto forma di campioni di polimeri ha una continuazione o no, ma molto spesso termina con uno scambio di opinioni, una sorta di sviluppo scientifico, ma questo non ha ancora raggiunto alcuna applicazione. Sul serio, è impossibile dirlo.

Boris Dolgin: Ti viene dato un ordine per qualche tipo di ricerca, lo sviluppo di qualche opzione, qualche idea.

Alexey Bobrovsky: In generale sì, succede questo, ma non mi piace questa forma di lavoro (mia sensazione personale). Qualunque cosa mi venga in mente, lo faccio al meglio delle mie capacità, e non perché qualcuno ha detto: "Fai questo o quel film con tali proprietà". Non mi interessa.

Boris Dolgin: Immagina una persona interessata a questo. Come potrebbe lui, lui che è interessato ad affinare le tue idee scientifiche generali che hai ricevuto dal tuo interesse altruistico e strettamente scientifico, come potrebbe interagire con te in un modo che sia veramente interessante per entrambi? Cos'è questo organigramma?

Alexey Bobrovsky: Trovo difficile rispondere.

Boris Dolgin: Seminari generali? Cosa potrebbe essere? Non esistono tentativi del genere: alcuni ingegneri?

Alexey Bobrovsky: Nell'ambito di un progetto comune tutto può essere realizzato. Un qualche tipo di interazione è del tutto possibile, ma probabilmente non ho capito bene la domanda, qual è il problema?

Boris Dolgin: Finora il problema è la mancanza di interazione tra diversi tipi di strutture. Ti mette pressione come scienziato, o ti mette pressione affinché tu faccia cose che potresti non voler fare. Questo è il problema.

Alexey Bobrovsky: Questo è un problema di colossale sottofinanziamento

Boris Dolgin: Immaginiamo che ci saranno finanziamenti aggiuntivi, ma ciò non eliminerà la necessità di sviluppo tecnico. Come puoi passare da te stesso alla tecnologia in un modo che ti soddisfi?

Alexey Bobrovsky: Il fatto è che la scienza moderna è abbastanza aperta e quello che faccio lo pubblico - e prima è, meglio è.

Boris Dolgin: Quindi siete pronti a condividere i risultati, sperando che chi ha gusto possa trarne vantaggio?

Alexey Bobrovsky: Se qualcuno legge il mio articolo e ha qualche idea, gliene sarò solo grato. Se da questa pubblicazione usciranno sviluppi concreti, ci saranno brevetti, soldi, per l’amor di Dio. In questa forma sarei felice, ma, sfortunatamente, in realtà si scopre che tutto esiste in parallelo, non esiste una via d'uscita. La storia della scienza mostra che spesso c'è un ritardo nell'applicazione specifica dopo qualche scoperta fondamentale, grande o piccola che sia.

Boris Dolgin: O dopo che sorge qualche richiesta.

Alexey Bobrovsky: O così.

Lev Moskovkin: Ho una domanda un po' provocatoria. L'argomento sollevato da Boris è molto importante. C'è qualche influenza di una certa moda qui (questo è stato ascoltato in una delle lezioni di sociologia)? Hai detto che lavorare con i cristalli liquidi non è di moda adesso. Ciò non significa che dal momento che non sono impegnati in loro, non sono necessari, forse questo interesse tornerà e, soprattutto...

Boris Dolgin: Cioè, Lev ci riporta alla questione dei meccanismi della moda nella scienza come in una certa comunità scientifica.

Lev Moskovkin: In effetti, anche Čajkovskij ne ha parlato: la moda è estremamente forte in tutte le scienze. Seconda domanda: so bene come venivano scelte le autorità scientifiche che sapevano generalizzare. Puoi pubblicare i tuoi materiali quanto vuoi, personalmente non li ho mai incontrati, per me questo è un intero livello che semplicemente non conoscevo. Riassumere in modo tale da comprendere il valore di questo per comprendere la vita stessa, per capire cos'altro possiamo fare. Grazie.

Boris Dolgin: Non ho capito la seconda domanda, ma per ora affrontiamo la prima: la moda nella scienza. Qual è il meccanismo per cui questo non è più di moda adesso, c'è qualche pericolo in questo?

Alexey Bobrovsky: Non vedo alcun pericolo. È chiaro che le questioni relative al finanziamento sono importanti, ma, tuttavia, mi sembra che per molti aspetti la scienza ora si basi su persone specifiche che hanno interessi personali specifici, interesse per questa o quella questione. È chiaro che le condizioni impongono alcune restrizioni, tuttavia, l'attività di persone specifiche porta al fatto che una certa area si sviluppa, come tutto si sviluppa. Nonostante si parli molto del fatto che la scienza è diventata collettiva. In effetti, ora ci sono grandi progetti, a volte di discreto successo, ma, tuttavia, il ruolo dell'individuo nella storia della scienza è enorme anche adesso. I gusti e gli interessi personali giocano un ruolo significativo. È chiaro che, come nel caso dei cristalli liquidi, un tale sviluppo nell'elettronica è servito da grande impulso per lo sviluppo della ricerca sui cristalli liquidi, quando si sono resi conto che i cristalli liquidi potevano essere usati e ricavarne, naturalmente, molto denaro di denaro è andato alla ricerca. È chiaro che tale connessione...

Boris Dolgin: Feedback dal mondo degli affari e della scienza.

Alexey Bobrovsky: ...questa è una delle caratteristiche della scienza moderna, quando un ordine proviene da persone che guadagnano denaro e producono un prodotto - e poi la ricerca viene finanziata e, di conseguenza, c'è uno spostamento dell'enfasi da ciò che è interessante a ciò che è redditizio. Questo ha i suoi pro e i suoi contro, ma è così. Infatti, ora l'interesse per i cristalli liquidi si è gradualmente esaurito, perché tutto ciò che si potrebbe estrarre viene già prodotto e tutto resta da migliorare. Non lo so, non ci ho mai pensato seriamente, tuttavia ci sono vari tipi di applicazioni per i display, nell'optoelettronica, applicazioni dei cristalli liquidi (ci stanno lavorando), come sensori, al punto che il lavoro è in corso sulla possibilità di utilizzare cristalli liquidi come molecole sensore biologico. Quindi, in generale, penso che l'interesse semplicemente non si esaurirà, inoltre, una grande ondata di ricerca è associata al fatto che i soldi hanno iniziato a essere dati per il nano. In linea di principio, nonostante sia una moda così popolare inserire le nanoparticelle nei cristalli liquidi, esiste un gran numero di lavori, ma tra questi ci sono lavori interessanti legati a questo argomento, cioè cosa succede ai nanooggetti quando vengono entrare in un mezzo cristallino liquido quali effetti appaiono. Penso che lo sviluppo sia possibile in termini di ottenimento di tutti i tipi di dispositivi complessi diversi, il che è associato all'emergere di metamateriali che hanno proprietà ottiche molto interessanti: si tratta di strutture insolite realizzate in vari modi in combinazione con cristalli liquidi, l'emergere di nuovi effetti ottici e nuove applicazioni è possibile. Attualmente sto rivedendo articoli sulla rivista Liquid Crystals, e il loro livello sta diminuendo, e il numero di buoni articoli sta diminuendo, ma questo non significa che tutto vada male, e la scienza dei cristalli liquidi non morirà, perché è una scienza oggetto molto interessante. Il calo di interesse non mi sembra un disastro.

Boris Dolgin: Qui passiamo lentamente alla seconda domanda postaci da Leo. Se sulla base di quella esistente nasce una teoria fondamentalmente nuova, che promette qualcosa in più per i cristalli liquidi, a quanto pare, l'interesse aumenterà immediatamente.

Alexey Bobrovsky: È possibile che ciò accada.

Boris Dolgin: Per quanto ho capito la domanda, stiamo parlando di questo: ci sono testi intrascientifici che gradualmente cambiano qualcosa nella comprensione, ci sono testi innovativi che cambiano radicalmente, ma allo stesso tempo una sorta di interfaccia tra specialisti e società, forse composto dagli stessi scienziati , ma da altre aree, ci sono alcuni lavori generalizzati che ci spiegano, come se saldassero questi pezzi in una sorta di quadro generale. A quanto ho capito, Lev ci ha parlato di questo, chiedendoci come viene scelto e chi scrive questi lavori generalizzati?

Alexey Bobrovsky: Esiste un concetto del genere: il giornalismo scientifico, che non è molto sviluppato nel nostro paese, ma esiste in tutto il mondo, e posso immaginare quanto sia sviluppato lì, e, tuttavia, esiste anche qui. Anche l’attuale conferenza pubblica lo indica

Boris Dolgin: Non si può dire che qualcuno stia deliberatamente chiudendo l'ambito del lavoro.

Alexey Bobrovsky: No, nessuno nasconde nulla, anzi, tutti gli scienziati normali stanno facendo del loro meglio per mostrare al mondo quello che hanno fatto: il più rapidamente possibile e il più accessibile possibile al meglio delle loro capacità. È chiaro che qualcuno può raccontare una bella storia e qualcuno può raccontare una brutta storia, ma è a questo che servono i giornalisti scientifici, che possono fungere da trasmettitore di informazioni dagli scienziati alla società.

Boris Dolgin: Anche in epoca sovietica esisteva la letteratura scientifica popolare, e c'era anche un genere speciale: la narrativa scientifica, in parte le raccolte "Percorsi verso l'ignoto" all'inizio degli anni '60, i libri della serie "Eureka", uno dei primi post- Il pioniere della guerra fu Daniil Danin, che scrisse principalmente di fisica. Un'altra domanda è che ci sono ancora scienziati che scrivono una sorta di opere generalizzanti, divulgando qualcosa per qualcuno, ma è improbabile che qualcuno scelga chi scriverà e chi leggere o non leggere. Il già citato Čajkovskij scrive qualcosa, a qualcuno piace.

Alexey Bobrovsky: Il problema, mi sembra, è questo. Il fatto è che nel nostro paese ora ci sono catastroficamente pochi scienziati normali e lo stato della scienza stessa è peggiore che mai. Se parliamo di cristalli liquidi e polimeri a cristalli liquidi, allora si tratta di laboratori isolati che stanno già morendo. È chiaro che negli anni '90 si è verificato una sorta di collasso e incubo, ma, in generale, possiamo dire che in Russia non esiste scienza sui cristalli liquidi. Voglio dire, la comunità scientifica, si scopre che comunico più spesso con persone che lavorano all'estero, leggo articoli e tutto il resto, ma praticamente non ci sono articoli provenienti da noi. Il problema è che non abbiamo la scienza, e non che non ci siano lavori generalizzati in questa scienza. Puoi generalizzare ciò che sta accadendo in Occidente: anche questo è meraviglioso, ma non ci sono basi, nessun collegamento importante, non ci sono scienziati.

Lev Moskovkin: Chiarirò, anche se in linea di principio tutto è corretto. Il fatto è che giriamo sempre attorno all'argomento dell'ultima lezione. La competizione scientifica tra gli scienziati è così forte che sono assolutamente lusingato di averla vista con i miei occhi, e sono d'accordo sul fatto che ogni scienziato si sforza di mostrare al mondo i suoi risultati. Questo è disponibile solo per qualcuno che sia un'autorità riconosciuta, come Timofeev-Resovsky. Questo si faceva in epoca sovietica - si sa come - e qui c'è un effetto, un esempio che può spiegare molto - l'effetto del taccuino verde, che fu pubblicato chissà dove, e nessuno ricorda cosa fosse questa normale conferenza è stato chiamato, perché nessuna rivista ora accreditata dalla Commissione Superiore di Attestazione, una rivista accademica, non accetterebbe in linea di principio tale novità, ma ha dato vita a una nuova scienza, si è trasformata nella scienza della genetica, nella comprensione della vita, e questo, in generale, è ormai già noto. Ciò avvenne in epoca sovietica con il sostegno dall'alto: Timofeev-Resovsky fu sostenuto al plenum del Comitato centrale del PCUS dalla concorrenza dei suoi colleghi, altrimenti sarebbe stato mangiato.

Boris Dolgin: Una situazione in cui lo Stato ha portato a termine una parte significativa della scienza: senza il sostegno di altre basi statali era impossibile scappare.

Lev Moskovkin: C’è una valanga di dati nella genetica che nessuno può generalizzare, perché nessuno si fida di nessuno e nessuno riconosce l’autorità degli altri.

Boris Dolgin: Perché?! Abbiamo fatto parlare dei genetisti, che sono stati ascoltati da altri genetisti, e hanno discusso con piacere.

Alexey Bobrovsky: Non so cosa succede in genetica, ma nella scienza di cui mi occupo la situazione è assolutamente opposta. Le persone che ottengono un nuovo risultato interessante cercano immediatamente di pubblicarlo il più rapidamente possibile.

Boris Dolgin: Almeno nell'interesse della concorrenza, per delimitare un posto.

Alexey Bobrovsky: SÌ. È chiaro che potrebbero non scrivere alcuni dettagli dei metodi e così via, ma di solito, se scrivi un'e-mail e chiedi come hai fatto lì, è semplicemente molto interessante, tutto si apre completamente - e... .

Boris Dolgin: Secondo le tue osservazioni, la scienza sta diventando più aperta.

Alexey Bobrovsky: Almeno vivo nell'era della scienza aperta, e questo è un bene.

Boris Dolgin: Grazie. Quando i biologi molecolari ci parlavano, di solito ci indirizzavano a database abbastanza aperti e così via, e ci raccomandavano di contattarli.

Alexey Bobrovsky: In fisica è la stessa cosa, c'è un archivio dove le persone possono postare una versione grezza (controversa) di un articolo anche prima di passare attraverso la revisione, ma qui c'è piuttosto una lotta per la velocità di pubblicazione, più velocemente quelle hanno priorità. Non vedo alcuna chiusura. È chiaro che questo non ha nulla a che fare con l'esercito chiuso e altri, sto parlando di scienza.

Boris Dolgin: Grazie. Più domande?

Voce dal pubblico: Non ho tanto una domanda quanto una proposta, un’idea. Penso che il tema delle immagini cristallizzate abbia un grande potenziale per insegnare la scienza ai bambini e ai giovani nelle scuole. Forse ha senso creare una lezione elettronica, progettata per 45 minuti, e distribuirla alle scuole secondarie? Adesso ci sono le lavagne elettroniche, che molti non usano; le scuole hanno avuto l’ordine di averle. Penso che sarebbe bello mostrare queste foto ai bambini per 45 minuti, e poi, alla fine, spiegare come è fatto il tutto. Mi sembra che sarebbe interessante proporre un tema del genere e in qualche modo finanziarlo.

Alexey Bobrovsky: Sono pronto ad aiutare se succede qualcosa. Fornire, scrivere ciò che serve.

Boris Dolgin: Sorprendente. Ecco come si formano le generalizzazioni, ecco come viene ordinato. Bene. Molte grazie. Altre domande creative? Forse gli è mancato qualcuno, non lo vediamo, secondo me, ne hanno discusso soprattutto.

Boris Dolgin: Ci sono gli scienziati, non c'è la scienza.

Boris Dolgin: Quindi è una condizione necessaria o necessaria e sufficiente?

Alexey Bobrovsky: Sì, il danno è irreversibile, il tempo è andato perso, questo è del tutto ovvio e, ovviamente, sembra: “Com'è possibile che non ci sia scienza in Russia?! Come mai? Questo non può essere, c’è la scienza, ci sono gli scienziati, ci sono gli articoli”. Innanzitutto, a livello livello, leggo quotidianamente riviste scientifiche. È molto raro imbattersi in articoli di autori russi, realizzati in Russia, sui cristalli liquidi o sui polimeri. Questo perché o non succede nulla, oppure tutto accade a un livello così basso che le persone non riescono a pubblicarlo su una normale rivista scientifica; naturalmente nessuno li conosce. Questa è una situazione assolutamente terribile.

Alexey Bobrovsky: Sempre più.

Boris Dolgin: Cioè, il problema non è con gli autori, il problema è con la scienza.

Alexey Bobrovsky: Sì, ovviamente in Russia non esiste una struttura perfetta, ben funzionante o almeno che funzioni in qualche modo sotto il nome di "Scienza". Fortunatamente, c'è un'apertura dei laboratori che lavorano più o meno a un livello normale e sono coinvolti nel processo scientifico generale della scienza internazionale: questo è lo sviluppo delle capacità di comunicazione via Internet, in altri modi l'apertura dei confini ti consente non sentirsi separati dal processo scientifico globale, ma da ciò che sta accadendo all'interno del paese, quindi, naturalmente, non ci sono abbastanza soldi, e se si aumentano i finanziamenti, difficilmente cambierà qualcosa, perché parallelamente all'aumento dei finanziamenti, è necessario poter esaminare quelle persone a cui viene dato questo denaro. Puoi dare soldi, qualcuno te li ruberà, li spenderà chissà per cosa, ma la situazione non cambierà in alcun modo.

Boris Dolgin: A rigor di termini, abbiamo un problema con l'uovo e la gallina. Da un lato, non creeremo la scienza senza finanziamenti, dall’altro, con i finanziamenti, ma senza la comunità scientifica, che fornirà un mercato per le competenze e garantirà una normale reputazione, non saremo in grado di dare questi soldi in modo modo che aiuterà la scienza.

Alexey Bobrovsky: In altre parole, è necessario attrarre competenze e valutazioni internazionali da parte di scienziati forti, indipendentemente dal paese in cui si trovano. Naturalmente è necessario trasferire all'inglese i casi di certificazione relativi alla difesa di tesi di dottorato e di dottorato; Almeno gli abstract devono essere in inglese. Questo è assolutamente ovvio, e ci sarà qualche movimento in questa direzione, forse in qualche modo cambierà in meglio, e quindi, se dai soldi a tutti... naturalmente, scienziati forti che riceveranno più soldi - loro, ovviamente, funzionerà in modo più efficiente, ma la maggior parte del denaro scomparirà non si sa dove. Questa è la mia opinione.

Boris Dolgin: Per favore dimmi, sei un giovane scienziato, ma sei già un dottore in scienze, e i giovani vengono da te in un senso diverso, studenti, scienziati più giovani. Ci sono quelli che vengono per te?

Alexey Bobrovsky: Lavoro all'Università e, volenti o nolenti, a volte lo voglio, a volte no, supervisiono i corsi, i diplomi e i lavori post-laurea.

Boris Dolgin: Ci sono futuri scienziati tra loro?

Alexey Bobrovsky: Ha già. Ci sono persone che lavorano con successo da me supervisionate, ad esempio, che sono postdoc o capi di gruppi scientifici; naturalmente stiamo parlando solo dell'estero. Coloro che ho guidato e sono rimasti in Russia non lavorano nella scienza, perché hanno bisogno di nutrire la loro famiglia e vivere normalmente.

Boris Dolgin: Grazie, cioè finanze.

Alexey Bobrovsky: Naturalmente il finanziamento e gli stipendi non reggono alle critiche.

Boris Dolgin: Questo è ancora privato...

Alexey Bobrovsky: Non c'è nessun segreto in questo. Lo stipendio di un ricercatore senior con il minimo di un candidato all'Università è di quindicimila rubli al mese. Tutto il resto dipende dall'attività dello scienziato: se riesce ad avere borse di studio e progetti internazionali, ne riceve di più, ma può sicuramente contare su quindicimila rubli al mese.

Boris Dolgin: Che ne dici di un dottorato?

Alexey Bobrovsky: Non me ne hanno dato ancora uno, non so ancora esattamente quanto mi daranno, poi ne aggiungeranno quattromila.

Boris Dolgin: Le sovvenzioni menzionate sono una cosa piuttosto importante. Proprio oggi abbiamo pubblicato la notizia inviata da un'interessante ricercatrice, ma quando è stata posta la domanda sui finanziamenti, lei ha parlato, in particolare, dell'importanza di quest'area, e ancora, per non parlare delle nostre pubblicazioni, il Ministro Fursenko dice che i supervisori scientifici dovrebbero concedere sovvenzioni finanziare i loro studenti laureati e quindi motivarli finanziariamente.

Alexey Bobrovsky: No, questo è ciò che di solito accade in un buon gruppo scientifico, se una persona, come Valery Petrovich Shibaev, il capo del laboratorio in cui lavoro, ha un nome molto meritato nel mondo scientifico, ha l'opportunità di ottenere sovvenzioni e progetti. Il più delle volte non mi ritrovo con uno stipendio “nudo” di quindicimila, qualche progetto c’è sempre, ma non tutti riescono a farlo, questa non è una regola generale, ecco perché se ne vanno tutti.

Boris Dolgin: Cioè, il leader deve avere un'autorità internazionale abbastanza elevata ed essere anche nel flusso.

Alexey Bobrovsky: Sì, molto spesso. Penso di essere stato fortunato in molti sensi. L'idea di entrare a far parte di un forte gruppo scientifico ha funzionato in modo positivo.

Boris Dolgin: Qui vediamo il feedback della buona vecchia scienza, il fatto che è sorto questo potente gruppo scientifico, grazie al quale sei riuscito a realizzare la tua traiettoria. Sì, è molto interessante, grazie. Ho l'ultima parola.

Voce dal pubblico: Non pretendo di avere l’ultima parola. Vorrei sottolineare che ciò di cui parli è assolutamente comprensibile e non prenderlo come uno sport. Voglio notare che nella conferenza di Alexey Savvateev è stato detto che non esiste alcuna scienza in America. Il suo punto di vista è argomentato in modo altrettanto convincente quanto il tuo. D'altra parte, in Russia la scienza si è sviluppata particolarmente rapidamente quando la scienza non ha pagato affatto, ma è stata attivamente rubata, e cose del genere sono accadute.

Boris Dolgin: Stiamo parlando della fine del XIX-inizio del XX secolo?

Boris Dolgin: In Germania?

Boris Dolgin: E quando la sua ricerca scientifica si sviluppò più attivamente...

Voce dal pubblico: In Russia, non lui, ma in Russia in generale, la scienza si è sviluppata in modo più efficace quando non ha pagato. C'è un tale fenomeno. Lo posso giustificare, questo non è un punto di vista, Boris, questo è un dato di fatto. Voglio anche dirti in modo abbastanza responsabile - questo non è più un dato di fatto, ma una conclusione - che le tue speranze che la competenza internazionale e la lingua inglese ti aiuteranno sono vane, perché, lavorando alla Duma, vedo una feroce concorrenza per i diritti e fare lobbying alla Duma per leggi unilaterali sul copyright nei confronti dell'America. Tutti attribuiscono un'enorme percentuale di proprietà intellettuale, non sono affatto interessati a garantire che le nostre armi non vengano copiate lì, lo fanno da soli.

Boris Dolgin: Capisco, il problema...

Alexey Bobrovsky: Le armi e la scienza sono cose parallele.

Voce dal pubblico: L'ultimo esempio: il fatto è che quando Zhenya Ananyev, lui ed io abbiamo studiato insieme alla Facoltà di Biologia, abbiamo scoperto elementi mobili nel genoma della Drosophila, il riconoscimento è arrivato solo dopo la pubblicazione sulla rivista "Chromosomes", ma l'autorità di Khisin ha sfondato questo pubblicazione, perché la recensione era così: “nella vostra oscura Russia non sanno come replicare il DNA”. Grazie.

Boris Dolgin: Le idee sul livello della ricerca scientifica in un particolare paese in assenza di un sistema rigido e chiaro per la revisione degli articoli, quando vengono utilizzate idee generali, sono un problema.

Alexey Bobrovsky: Per quanto riguarda la lingua inglese, tutto è molto semplice: è una lingua scientifica internazionale. Qualsiasi scienziato coinvolto nella scienza, ad esempio in Germania, un tedesco pubblica quasi tutti i suoi articoli in inglese. A proposito, molte tesi vengono difese in inglese in Germania, per non parlare della Danimarca e dell'Olanda, se non altro perché lì ci sono molti stranieri. La scienza è internazionale. Storicamente la lingua della scienza è l’inglese.

Boris Dolgin: Recentemente è successo che la lingua della scienza fosse il tedesco.

Alexey Bobrovsky: Relativamente di recente, ma, tuttavia, ora è così, quindi il passaggio all'inglese è stato ovvio, almeno a livello di abstract e cose di certificazione, in modo che i normali scienziati occidentali potessero leggere questi abstract, dare feedback, valutare, al fine di uscire dalla nostra palude, altrimenti tutto sprofonderà completamente nell'ignoto e ciò che rimarrà sarà una completa profanazione. Sta già accadendo in molti modi, ma dobbiamo in qualche modo cercare di uscire da questa palude.

Boris Dolgin: aprire le finestre per evitare la formazione di odori.

Alexey Bobrovsky: Almeno iniziate a ventilare.

Boris Dolgin: Bene. Grazie. Questa è una ricetta ottimista. In effetti, la tua traiettoria ispira ottimismo, nonostante tutto il pessimismo.

Alexey Bobrovsky: Ci siamo allontanati ancora una volta dal fatto che l'idea principale della conferenza è dimostrarvi quanto siano belli e interessanti i cristalli liquidi. Spero che tutto ciò che ho detto susciti un certo interesse. Ora puoi trovare molte informazioni sui cristalli liquidi, questa è la prima cosa. E in secondo luogo, indipendentemente da qualsiasi condizione, gli scienziati esisteranno sempre, nulla può fermare il progresso scientifico, anche questo ispira ottimismo e la storia mostra che ci sono sempre persone che fanno avanzare la scienza, per le quali la scienza è soprattutto.

Nei cicli “Lezioni pubbliche “Polit.ru” e “Lezioni pubbliche “Polit.ua”” si sono esibiti i seguenti relatori:

• Leonard Polishčuk. Perché i grandi animali si estinsero nel tardo Pleistocene? Risposta dal punto di vista della macroecologia
• Miroslav Marinovich. Formazione spirituale del Gulag
• Kirill Eskov. Evoluzione e autocatalisi
• Michail Sokolov. Come viene gestita la produttività scientifica. Esperienze da Gran Bretagna, Germania, Russia, USA e Francia
• Oleg Ustenko. La storia di una crisi non finita
• Grigorij Sapov. Manifesto capitalista. La vita e il destino del libro di L. von Mises "Human Activity"
• Alessandro Irvanets. Allora ecco cosa sei, zio scrittore!
• Vladimir Katanaev. Approcci moderni allo sviluppo di farmaci contro il cancro
• Vakhtang Kipiani. Samizdat periodico in Ucraina. 1965-1991
• Vitaly Naishul. L'adozione della cultura da parte della Chiesa
• Nicola Kaverin. Le pandemie influenzali nella storia umana
• Alessandro Filonenko. Teologia all'Università: un ritorno?
• Alexey Kondrashev. Biologia evoluzionistica umana e salute
• Sergej Gradirovskij. Le moderne sfide demografiche
• Aleksandr Kislov. Il clima nel passato, presente e futuro
• Alexander Auzan, Alexander Paskhaver. Economia: restrizioni sociali o riserve sociali
• Konstantin Popadin. Amore e mutazioni dannose o perché un pavone ha bisogno di una lunga coda?
• Andrej Ostalskij. Sfide e minacce alla libertà di parola nel mondo moderno
• Leonid Ponomarev. Di quanta energia ha bisogno una persona?
• Georges Nivat. Tradurre l'oscurità: modi di comunicazione tra culture
• Vladimir Gelmann. Autoritarismo subnazionale nella Russia moderna
• Vyacheslav Likhachev. Paura e delirio in Ucraina
• Evgeny Gontmakher. Modernizzazione della Russia: posizione dell'INSOR
• Donald Boudreau. La politica antimonopolistica al servizio degli interessi privati
• Sergej Enikolopov. Psicologia della violenza
• Vladimir Kulik. Politica linguistica dell'Ucraina: azioni delle autorità, opinioni dei cittadini
• Michail Blinkin. Trasporto in una città conveniente per la vita
• Alexey Lidov, Gleb Ivakin. Spazio sacro dell'antica Kiev
• Alexey Savvateev. Dove sta andando (e dove ci porterà) l’economia?
• Andrej Portnov. Storico. Cittadino. Stato. Esperienza di costruzione della nazione
• Pavel Plechov. Vulcani e vulcanologia
• Natalia Vysotskaja. La letteratura americana contemporanea nel contesto del pluralismo culturale
• Discussione con Alexander Auzan. Cos'è la modernizzazione in russo?
• Andrej Portnov. Esercizi con la storia in ucraino: risultati e prospettive
• Alessio Lidov. Icona e iconico nello spazio sacro
• Efim Rachelevskij. La scuola come ascensore sociale
• Alexandra Gnatyuk. Architetti della comprensione reciproca polacco-ucraina del periodo tra le due guerre (1918-1939)
• Vladimir Zacharov. Onde estreme in natura e in laboratorio
• Sergej Nekljudov. La letteratura come tradizione
• Yakov Gilinsky. Dall'altra parte del divieto: il punto di vista di un criminologo
• Daniele Aleksandrov. Strati medi nelle società post-sovietiche di transito
• Tatiana Nefedova, Alexander Nikulin. Russia rurale: compressione spaziale e polarizzazione sociale
• Alessandro Zinchenko. Pulsanti da Kharkov. Tutto quello che non ricordiamo della Katyn ucraina
• Alessandro Markov. Radici evolutive del bene e del male: batteri, formiche, esseri umani
• Michail Favorov. Vaccini, vaccinazione e il loro ruolo nella sanità pubblica
• Vasily Zagnitko. Attività vulcanica e tettonica della Terra: cause, conseguenze, prospettive
• Konstantin Sonin. Economia della crisi finanziaria. Due anni dopo
• Konstantin Sigov. Chi sta cercando la verità? "Dizionario europeo delle filosofie"?
• Mykola Ryabčuk. Trasformazione post-comunista ucraina
• Michail Gelfand. Bioinformatica: la biologia molecolare tra provetta e computer
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• Nikolaj Andreev. Studi matematici: una nuova forma di tradizione
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• Andrej Lankov. Modernizzazione nell'Asia orientale, 1945-2010.
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• Guzel Ulumbekova. Lezioni dalle riforme sanitarie russe
• Andrej Ryabov. Risultati intermedi e alcune caratteristiche delle trasformazioni post-sovietiche
• Vladimir Chetvernin. Teoria giuridica moderna del libertarismo
• Nikolai Dronin. Cambiamenti climatici globali e protocollo di Kyoto: risultati del decennio
• Yuri Pivovarov. Radici storiche della cultura politica russa
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• Paolo Pechenkin. Il film documentario come tecnologia umanitaria
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• Alessandro Auzan. Il contratto sociale: uno sguardo dal 2009
• Sergej Guriev. Come la crisi cambierà l'economia mondiale e la scienza economica
• Alexander Aseev. Città accademiche come centri di scienza, istruzione e innovazione nella Russia moderna