Применение холестерических жидких кристаллов

Одно из важных направлений использования жидких кристаллов - термография. Подбирая состав жидкокристаллического вещества, создают индикаторы для разных диапазонов температуры и для различных конструкций. Например, жидкие кристаллы в виде плёнки наносят на транзисторы, интегральные схемы и печатные платы электронных схем. Неисправные элементы — сильно нагретые или холодные, неработающие — сразу заметны по ярким цветовым пятнам. Новые возможности получили врачи: жидкокристаллический индикатор на коже больного быстро диагностирует скрытое воспаление и даже опухоль.

Термография, основанная на холестерических жидких кристаллах, нашла применение в медицине. Температурные исследования поверхности кожи дают информацию о состоянии кровообращения, сигнализируют о болезненных нарушениях и делают возможным их обнаружение. Таким образом, можно обнаружить злокачественную опухоль кожи и подкожной ткани. Исследование обычно состоит в покрытии поверхности кожи черным красителем, затем слоем жидкого кристалла и последующим охлаждением исследуемого участка кожи. При самопроизвольном нагревании окраска здоровой и поражённой кожи различна.

Измерение распределения температур в электрических цепях даёт возможность обнаружить и локализовать короткое замыкание или отсутствие контактов. Такие исследования можно провести, не прибегая к демонтажу оборудования. Этот метод применяется для обнаружения проводящих дорожек в аморфных полупроводниках.

Термооптические свойства холестерических жидких кристаллов применяются в дефектоскопии для обнаружения неоднородностей и повреждения материалов. Вудманзи разработал переносное приспособление для обнаружения трещин плоских поверхностей. Исследуемый образец покрывается слоем жидкого кристалла и нагревается: имеющиеся трещины и неоднородности материала вызывают неравномерное распределение температуры на его поверхности. Подобной методикой проводятся исследования усталости металлов: пластическая текучесть, как и расходящиеся микротрещины, изменяют теплопроводность, что легко обнаруживается с помощью жидких кристаллов. В такой ранней стадии усталостные дефекты любым другим методом не могут быть обнаружены. Метод неравномерного нагревания поверхности, покрытой слоем жидкого кристалла, был применён для аналогового моделирования дифференциальных уравнений со сложными граничными условиями.

При использовании жидких кристаллов в качестве детекторов изменения теплопроводности можно обнаружить дефекты адгезии в слоистых материалах и композициях, применяемых в авиации и космонавтике. Этим методом определяется уровень коррозии внутренней аппаратуры без её демонтажа. Покрытая поверхность летательных моделей слоем жидкого кристалла, можно исследовать обтекаемость этих моделей в аэродинамических тоннелях. Разница в скорости обтекания и степени прилегания воздушных слоёв вызывает разницу в распределении температуры, что можно наблюдать непосредственно, не используя при этом ни дорогостоящую аппаратуру, работающую в ИК диапазоне, ни многочисленные термоэлектрические приспособления.

Холиестерические жидкие кристаллы применяются для визуализации инфракрасного излучения в таких устройствах, как, например, приборы ночного видения. Специальная оптическая система фокусирует изображение предмета в инфракрасном свете на жидкокристаллическую плёнку, образуя тепловую картину, которая проявляется при освещении плёнки видимым светом. Этот метод применяется для получения голограмм в Ик диапазоне, а также для визуализации микроволнового поля в волноводах и микроволн, находящихся в воздухе.

Используя жидкокристаллические детекторы, можно исследовать однородность диэлектрических материалов с помощью микроволновой голографии. Пластинка диэлектрика, помещённая в микроволновом пучке параллельно плоскому жидкокристаллическому детектору, приводит к изменению фазы волн, падающих на детектор. Голограмма образуется проекцией двух волн на жидкокристаллический плёнке: одной, идущей непосредственно от источника, и другой, проходящий через слой диэлектрика. Неоднородности диэлектрического слоя дают голографическую картину, которая записывается в виде цветового образа на детекторе. Этот образ можно фотографировать в белом либо монохроматическом свете для получения голограмм с помощью лазера. Такая техника применяется для получения голограмм с помощью радаров. Эти голограммы, воспроизведенные с помощью лазера, дают возможность получить трехмерное изображение больших предметов.

Одним из важнейших применений жидких кристаллов следует упомянуть визуализацию ультразвуковых и акустических полей с их помощью. Оптический эффект в данном случае вызывается либо поглощением энергии и изменением температуры, либо механической деформацией, оказывающей сильное влияние на оптические свойства холестерических жидких кристаллов. Техника ультразвуковой голографии является ценным орудием для подводных исследований и в дефектоскопии.

Преимущества применения холестерических жидких кристаллов для термографического исследования следующие: а) непрерывность измерения температуры; б) возможность измерения температуры на всей исследуемой поверхности; в) большая разрешающая способность при измерении градиентов температур; г) малая теплоёмкость тонкого жидкокристаллического слоя, которой в большинстве случаев можно пренебречь (удельная теплоёмкость большинства эфиров холестерина, составляет 1.5-2 Дж/см³ К), д) малая теплопроводность холестерических жидких кристаллов, что не приводит к разбросу температур; низкая стоимость.