Напомню, электрические диполи представляют собой идеализированную электронейтральную систему, состоящую из точечных и равных по абсолютной величине положительного и отрицательного электрических зарядов. Чем выше данные заряды и больше расстояние между ними, тем больший диполь они производят. В жидких кристаллах, значение электрического диполя обратно пропорционально связано с пороговым напряжением, соответствующем минимальному значению напряжения, при котором жидкий кристалл работает – чем больше диполь, тем ниже пороговое напряжение. Кроме того, диполь является одним из ключевых факторов, определяющим как быстро жидкие кристаллы могут переключаться между светлым и темным состоянием – чем больше диполь, тем быстрее переключаются кристаллы.

Коммерческий потенциал

Одновременно с публикацией результатов исследований авторами была подана патентная заявка на новый класс материалов, а некоторые из компаний производящих ЖК-дисплеи, уже заинтересовались полученными результатами и занимаются изучением вопроса. По словам Piotr Kaszynski, жидкие кристаллы, разработанные в ходе исследований, обладают основными свойствами, делающими их пригодными для коммерческого применения, но все же перед появлением в коммерческих продуктах они должны пройти дополнительные испытания на прочность, срок службы и воспроизводимость характеристик.

В процессе прохождения подобных испытаний новый класс жидких кристаллов будет добавлен в состав сложных молекулярных смесей, которые используются при создании жидкокристаллических дисплеев. Эти смеси комбинируют различные типы жидких кристаллов и других добавок, которые используются для уточнения их характеристик, в том числе вязкости, температуры, оптических и электрических свойств, а также химической стойкости. Причем каждая из десятков существующих конструкций жидкокристаллических дисплеев требует различного состава смеси.

Научная значимость

С 1988 года ученые обнаружили более 100 тысяч природных и синтетических соединений имеющих жидкокристаллическое состояние. При этом было установлено, что одной из предпосылок для подобного состояния является то, что молекулы должны быть в форме стержня или диска. Вторым требованием является то, что они должны содержать жесткие и гибкие части. Именно этот хрупкий баланс двух противоположных факторов нужен для того, чтобы произвести материал, находящийся на полпути между кристаллом и жидкостью. Однако даже в наши дни многие аспекты этого необычного состояния остаются для ученых загадкой.

Например, до сих пор не выяснено, при какой температуре жидкий кристалл становится обычной жидкостью. Существующие мнения сходятся к тому, что увеличение диполя обычно поднимает эту температуру. Таким образом, новый тип жидких кристаллов синтезированных Kaszynski и Ringstrand, вполне может пригодиться для проверки этой теории путем создания пары жидких кристаллов одинаковой геометрии, но разными электрическими диполями, и измерения их температуры перехода. Также исследователи обнаружили, что тонкие структурные различия оказывают гораздо большее влияние на температуру перехода, чем изменения в напряженности электрического диполя.

Уникальная "цвиттерионная " структура

Важным отличием нового класса жидких кристаллов является его "цвиттерионная" (http://en.wikipedia.org/wiki/Zwitterion) структура. Если не вдаваться в химию, то цвиттерионы – это химические соединения, обладающие общим нулевым электрическим зарядом, но содержащие положительно и отрицательно заряженные группы. Созданные Kaszynski и Ringstrand жидкие кристаллы содержат цвиттерион из отрицательно заряженной неорганической части и положительно заряженной органической части. Кстати, впервые идея создания цвиттерионных жидких кристаллов пришла к Kaszynski почти 17 лет назад, когда он только начинал работать в Университете Вандербильта. Однако, необходимые для этого результаты фундаментальных исследований появились лишь в 2002 году, когда были разработаны технологии давшие исследователями из Вандербильта возможность начать работу в данном направлении.

Резюме

Результаты, полученные химиками из Университета Вандербильта, способны оказать большое влияние на многие области современного цифрового мира, ведь ЖК-дисплеи используются повсеместно, в том числе в компьютерных мониторах, ноутбуках и мобильных телефонах. Конечно, до коммерческого внедрения преложенного класса жидких кристаллов пройдет еще немало времени (если оно вообще состоится), но не следует забывать, что результаты одних исследований – это база для других. Тем более что увеличение быстродействия и снижение энергопотребления – это одной из ключевых направлений модернизации дисплеев современных мобильных устройств.