Flytende krystallpolymerer. Les gratis på nett i elektronisk form. Emne. Fysiske tilstander til polymerer. Krystallinske, amorfe og flytende krystallinske polymerer Flytende krystallinsk tilstand av polymerer

VÆSKE-KRYSTALLINKE VÆSKE-KRYSTALLINE POLYMERS V. P. SHIBAEV POLYMERS Z. and. taEDTSZ Hovedprinsippene for EUTNU‚TNLI „UTY‰‡ TЪ‚VMM˚I YML‚V TLVI syntese av flytende krystall- LP. e.Z. GUPUMUTU‚‡ talline (LC) polymerer som kombinerer de unike optiske egenskapene til flytende krystaller og makromolekylære Hva polymerer er, forestiller seg tydeligvis alle nå, og uvanlige forbindelser er en kombinasjon av ord "flytende krystall polymer-rød. Spesiell oppmerksomhet er forståelig, kanskje bare for spesialister. Imidlertid er det disse forbindelsene som nylig har tiltrukket seg oppmerksomheten til forskere av ulike typer passive optiske felt, som arbeider innen kjemi av høymolekylære elementer, elektrisk-relative forbindelser og faststofffysikk, krystalliserte medier. krystallkjemi, biologi og medisin, samt spesialister innen elektronikkindustrien, lagringssystemer og polymermaterialteknologi. så vel som dannelsen av flytende krystallinske (LC) polymerer er super høystyrke fibre, høymolekylære forbindelser som er i stand til, under og selvforsterkede plas- visse forhold (temperatur, trykk, konsentrasjon i løsning), som blir til LC sotics oppnådd på basistilstanden. LC-tilstanden til polymerer er lik - for LC-polymerer. ny fasetilstand, som inntar en mellomposisjon mellom den amorfe og krystallinske tilstanden, derfor kalles den også mesomorf eller mesofase (fra MU, M˚V F LMˆLF˚ TLM- ​​gresk mesos - mellomliggende ). Karakteristiske trekk ved mesofasen er tilstedeværelsen av orienteringsorden i arrangementet av makromolekyler ˜VTNLı FUOLPV U‚, TU˜V- (eller deres fragmenter) og anisotropi av fysiske Ъ‡˛˘Лı YMLN‡O¸ M˚V UV-egenskaper i fravær av ytre påvirkninger. Det er veldig viktig å understreke at LC-fasen dannes spontant, mens orienteringsrekkefølgen i polymeren lett kan induseres NUPUOVNYOfl M˚ı TUV‰L - ved ganske enkelt å strekke prøven på grunn av høy MVML. yTU·UV ‚MLP‡MLV anisodiametri (asymmetri) av makromolekyler. U· ‡˘VMU M‡ TUB‰‡MLV Hvis polymerer går over i LC-tilstand eller mesofase som et resultat av termisk påvirkning MU‚˚ı ЪЛФУ‚УМНУФОВ- (oppvarming eller kjøling), kalles de termo- MU˜M˚ı UFIL˜VTNLı P ‡-tropiske LC-polymerer, hvis LC-fasen dannes bV L‡OU‚ L ˝OVNЪ L˜VT- når polymerene er oppløst i visse løsningsmidler, kalles de lyotrope LC-polymerer. NL YF ‡‚OflVP˚ı T V‰ Vitenskapelig og praktisk interesse for termotropiske og lyotrope LC-polymerer, som oppsto i © tL·‡V‚ Z.i., 1997 MLfl LMSHCHU P‡ˆLL, ‡ Ъ‡N-, er de siste to tiårene. ved muligheten for å lage nye typer strukturelle og funksjonelle polymermaterialer, vellykket ‚˚TUNUF U˜M˚ı TLMЪV- kombinere unike egenskaper til flytende krystaller med lav molekylvekt og høymolekylære PU‡ PL U‡MM˚ı FO‡T-forbindelser . Vi anbefaler at leseren leser artikkelen "Uvanlige krystaller eller mystiske krystaller". ny væsker”, dedikert til lavmolekylære 40 lykylZldav jEkDbyZDnTsg'zhv LmkzDg, ‹6, 1997 flytende krystaller, publisert i “Soros-molecule can be represented as equivalent to the Educational Journal” (1996. nr. 11). en kjede bestående av hypotetiske fritt leddede segmenter som er i stand til å orientere seg i rommet uavhengig av hverandre (fig. 1, a). Størrelsen på segment A kan i sin tur uttrykkes enten ved lengden (vanligvis i E) eller ved antallet. kalles ofte segment. Det er klart at jo større A (eller s), jo flere mesogener er de) er assosiert med asymmetrien til den stive formen til polymerkjeden. stive stavformede, samt skive- og plankeformede molekyler. Stive fragmenter av slike Avhengig av fleksibiliteten (eller stivheten) til makromolekyler, hvis rolle oftest er ett rommolekyl, kan alle polymerer betinget deles inn i flere benzenringer, så vel som flere i fleksible kjeder (for hvilke A ~ 15–50 E og s = nukleære aromatiske og heterosykliske grupper - = 10–15) og stiv kjede (A ~ 100–1000 E og s > 100). høytider kalles mesogene grupper. Nemlig (I alle tilfeller vil vi anta at verdien av seg - tilstedeværelsen av mesogene grupper forhåndsbestemmer en tendens som er mye større enn kjedetykkelsen d, det vil si sammenkoblingen av molekyler til en overveiende parallell meter av asymmetri av formen til makromolekyl A / d hele arrangementet i forhold til hverandre og motstand ma stor.) Eksempler på fleksible kjede polymerer karakterisert ved spontan utseende av betydelige er polyetylen, polypropylen, polyoksy-anisotropi av alle fysiske egenskaper. etylen, polydimetylsiloksan. Polymerer med stiv kjede inkluderer aromatiske polyamider, i motsetning til de ganske stive molekylene til flytende polyisocyanater, biopolymerer med spiralformete krystaller, polymermakromolekyler, med en spesifikk konformasjon. Makromolekyler av en slik polymechain-struktur har betydelig fleksibilitet og kan presenteres i form av lang stivhet, som bestemmes av evnen til polymerstaver (fig. 1, b). Polymerer som har kjeder som endrer form (konformasjon) til A-verdier mellom de som er angitt som et resultat av intramolekylær termisk bevegelse, kalles ofte halvstive kjedepolymerer. lenker Det enkleste målet på fleksibilitet (eller stivhet) til en kjede er noe ekvivalent. Ved å sammenligne formene til makromolekyler, den fleksible og samme verdien A, kalt det statistiske segmentet av stive kjedepolymerer, er det lett å komme til konklusjonen om (eller Kuhns segment), som så å si erstatter engrossalget at det er stive kjedepolymerer. polymerer må, i et begrenset område av den virkelige kjeden, og selve makromaksimumsgraden tilfredsstille betingelsene A a b c d e g Fig. 1. Skjematisk fremstilling av makromolekyler av polymerer med ulik stivhet: a – fleksibel kjede, b – stivkjedede LC-polymerer med mesogene grupper og fleksible koblinger i hovedkjedene (c) og side (d), LC-polymerer med voluminøse substituenter ( e), hengslede atomer (e) og forstyrret lineær struktur av kjeden (g) taEDTSZ Z.i. Hele den stive stavformede makromolekylet "spacer" kan betraktes som mesogen. Imidlertid er de fleste av disse stive kjede-polymerene preget av. For første gang er prinsippene for molekylær design preget av svært høye temperaturer basert på konseptet med en avkopler - en spacer for smelting, som ligger i området for deres kjemiske syntese av kamformede LC-polymerer med mesogen nedbrytning, som betydelig begrenser, og de begynnende gruppene i sidekjedene ble foreslått og utelukker fullstendig muligheten for en termotropisk mesofase dannet av forskere ved Moscow State University. Slike theta-polymerer (V.P. Shibaev, Ya.S. Freidzon, N.A. Plate) danner bare lyotropiske flytende krystaller i 1974, og de første lineære LC-polymerene med meso-konto for deres oppløsning i visse, noen ganger til og med grupper i hovedkjedene var svært aggressive løsemidler. Makromolekyler to år senere av italienske forskere A. Siryler av fleksible kjedepolymerer i smelter har gu og A. Roviello. konformasjon av statistisk foldede spoler (se fig. 1, a), som betydelig kompliserer dannelsen av kjedefragmenter og forhindrer dannelsen hvis andre mesofaser brukes i stedet for fleksible fragmenter. kjemiske grupper som forstyrrer den lineære strukturen til makromolekyler med stive kjeder. Å redusere en kompromissløsning rettet mot stivhet kan oppnås, for eksempel innføring av termotropiske LC-polymerer, oppnådd ved voluminøse substituenter (fig. 1e), inkludering av "hengslede" oksygen- og svovelatomer ved kjemisk binding (fig. 1, f). fragmenter til et enkelt makromolekyl, som kan, eller ved å introdusere kjemiske grupper, bidra til det lineære (fig. 2, c) eller forgrenede utseende av bøyninger i kjeden og forstyrrelse av deres symmetri (kamlignende) struktur (fig. 2, G). I dette tilfellet, i en ternær lineær struktur (for eksempel på grunn av tilstedeværelsen av fenylen- eller naftalenkjerner, er molekyler av flytende krystaller med lav molekylvekt inkludert i kjeden ikke i para-, men i meta- og orto-po- eller deres mesogene grupper, brukes vanligvis som stive fragmenter dannelse (fig. 1, g) dannelse av LC-fasen I sin tur, fleksible fragmenter, vanligvis kalt decouples, senker stivheten til makromolekyler på grunn av deres særegne fortynning, lasnZb LaCdidcalnDggauCldap reduserer smeltingen temperaturer på polymerer, noe som gir stive mesogene grupper nok høy autonomi som er nødvendig for deres samarbeid (I russisk litteratur, i stedet for begrepet "forskjellige lineære og forgrenede polymerer. a b c d e h i g k Fig. 2. Ulike typer makromolekyler av LC-polymerer med stav- og disk- formet mesogene grupper. Forklaring i teksten 42 likyljZldav yEkDbyZDnTsgzhv LmkzDg, No. 6, 1997 ‚U ˚ LC-systemer i så høypolare løsningsmidler som svovelsyre og klorsulfonsyrer, dime- De viktigste strukturelle enhetene er stivt- litylacetamid. kjedepolymerer med lineær struktur er aromatiske (oftest benzen- eller naftalenkjerner), eller heterosykliske fragmenter, bL‰НУН ЛТЪ‡ООЛ˜ВТНЛВ ЪВ ПУЪ UFM˚V koblet sammen med hverandre, for eksempel avhengig av brogrupper: på arten av arrangementet av mesogene grupper, er alle termotropiske polymerer delt inn i to store grupper: LC-polymerer med meso-CO NH, CO, CH N, NN, gengrupper i hoved- og sidekjedene. N N, O Lineære polymerer med mesogene grupper Oftest oppnås slike polymerer ved metoder i hovedkjedene for polykondensasjon eller kopolykondensasjon av enkelt- Termotropiske LC-polymerer med mesogene eller forskjellige bifunksjonelle derivatgrupper i hovedkjedene oppnås vanligvis enten: Eksempler på syntese av aromatisk polyester a) ved polykondensering av forskjellige bifunksjonelle polyhydroksybenzosyre (I) og poly-n-fenalforbindelser, bestående av stiv (mesonylentereftalamid (varemerke "Kevlar"1) genetisk) (1) og fleksibel (2) fragmenter, eller: b) ved (II) kopolykondensasjon av ulik aromatiske bifunksjonelle forbindelser er vist nedenfor: O −H2O a) polykondensasjon HO COOH O C (I) n 1 2 −HCl A A + B B ClOC COCl + NH2 NH2 CH3 CH3 O O HO C N N C OH + C C NH NH (II) n + ClCO(CH 2) nCOCl En mer kompleks reaksjon for produksjon av en heterosyklisk polymer, poly-n-fenylenbenzobisoks-CH3 CH aske (PBO), skjer gjennom interaksjonen av en amino- O C N N C OCO(CH 2) nCO derivat av resorcinol med tereftalsyre HO OH b) kopolykondensasjon −H2O −HCl + HOOC COOH A A+B B+C C ClH3N NH3Cl hvor A, B og C er funksjonelle grupper. Det mest effektive alternativet for metodene a O O eller b er å bruke en bifunksjonell forbindelse som en av C C (III)-komponentene, som fungerer som en forstyrrelse av den lineære strukturen til PBO-kjeden i samsvar med fig. 1, d, f, g. Eksempler på slike forstyrrende enheter med volumetriske blandinger Alle de ovennevnte polymerene er preget av kjerner (a), hengselatomer (b) og asymmetrisk høy stivhet av makromolekyler (Kun gruppesegment (c) er vist nedenfor: ligger i området 400– 600 E ), høye smeltetemperaturer (450–500 °C), som ligger nær temperaturområdet for deres kjemiske dekomponering, noe som utelukker muligheten for utseendet til en termotropisk mesofase. Til tross for dette, O O X OC 1 Denne polymeren brukes til å produsere høystyrkefibre. Se også artikkelen til A.A. Berlin i «Soros Educational Journal» (1995. nr. 1). Om taEDTSZ Z.i. LaCdidkalnDggauCldaTs ugaeTckx 43 Kamformede LC-polymerer med laterale I tillegg kan mesogene grupper også ha en co-formet form med dismesogene grupper. Polyakryl er vanligvis brukt som hovedkjedene til makromolekyler, som inkluderer: a) i syntesen av monomerer med LC (mesogen-livinyl, polysiloksan, som fleksible) grupper og deres videre homopolymerisering - alifatiske eller oksyalifatiske sjoner eller kopolymerisasjoner med mesogene eller fragmenter . ikke-mesogene forbindelser eller: b) i tillegg- Ved å bruke alle de ovennevnte metodene, til konsentrasjonen av lavmolekylære væskemolekyler, har syntesen av mange tusen thalli til polymerkjeden blitt utført. I det andre tilfellet er LC-polymerer heterogene i struktur (fig. 2). Det er nødvendig at de som reagerer som en polymer. Som man kan se, inneholder i tillegg til "rent lineære" og "rent og mesogene molekyler funksjonelle kamlignende" forgrenede makromolekylære grupper (A og B) som er i stand til interaksjon (fig. 2, a, b) det finnes et bredt utvalg av LC Viu. I begge tilfeller er det nødvendig å ha en avkoblingspolymer som inneholder sammenkoblede mesogener (fig. 2c), som skiller hoved- og sidegruppene. makromolekyler med lateralt koblede mesogene A-grupper (fig. 2, d), skiveformet hoved (fig. 2, e) og korsformede fragmenter av kjeden (fig. 2, i). Det er også mulig å alternere ulike mesogene grupper innenfor samme makromolekyl (fig. 2, f–j). Den grunnleggende muligheten for å syntetisere LC-polymerer konstruert fra homopolymerisering av makromolekyler som består av en hvilken som helst kombinasjon av mesogene grupper av mesogene og ikke-mesogene fragmenter åpner for rike muligheter for molekylær design av nye polymer LC-forbindelser. Kopolymerisering av ulike Det er viktig å understreke at både mesogene og ikke-mesogene grupper inkludert i sammensetningen av mesogene monomerer av makromolekyler (i tilfelle av kopolymerer) kan ha visse funksjonelle egenskaper som til slutt bestemmer områdene for praktisk mesogen og (spacer) anvendelse av slike. LC materialer. Dette kan være ikke-mesogene monomerer, for eksempel høypolare grupper som er i stand til å orientere seg i elektromagnetiske felt i LC-fasen, lysfølsomme grupper ("gjester") utsatt for rettede fotokjemiske endringer i polymermatrisen ("vert") (gjesteeffekt). eier) og andre funksjonelt fungerende fragmenter. B A B lnkmdnmkD a iljECzzylna lZivlnZ A A bd uigaeTskiyZ A A + A Akkurat som flytende krystaller med lav molekylvekt, danner LC-polymerer de samme strukturelle A A-typene av mesofaser: nematikk (N), smetikk (S) og kolesteriske egenskaper (Ch) av mesogene fragmenter - tilstedeværelsen av kun orientalske - Eksempler på typisk stavformet mesogen orden i nematikk (fig. 3, a) og laggrupper er vist nedenfor: av første orden i smectikk (fig. 3, b). I den kolesteriske fasen dannet av optisk aktive polymerer OCO OCnH2n + 1, realiseres en spiralformet struktur, som bestemmer de spesielle optiske egenskapene til kolesteriske (fig. 3c). CH N OCnH2n + 1 Hovedtrekket til LC-polymerer er deres doble natur, som gjør det mulig å kombinere i et enkelt CN-materiale egenskapene til høymolekylære forbindelser (med deres evne til å danne filmer, glass, fibre og belegg) og mesomorfe forbindelser. H OCnH2n + 1 unike egenskaper til flytende krystaller (som, 44 lykylZldav yEkDbyZDnTsg'zkhv LmkzDg, No. 6, 1997 P/2 a b c Fig. 3. Arrangementet av molekyler i nematiske (a), smektiske (b), kolesteriske (c) LC-polymerer med mesogene grupper i hoved- og sidekjedene (P er stigningen til helixen til den kolesteriske strukturen) har i sin tur doble egenskaper). I MF ‡‚OVMLV ˝OVN L˜VTNLP FUOVP – FYЪ¸ på grunn av sistnevnte omstendighet, får dualiteten til N FUOOY˜VML˛ UMNUFOVMU˜M˚ı UFЪL˜VTNLı egenskapene til LC-polymerer så å si en spesiell P ‡ЪV L‡OU‚ hypertrofiert karakter. Ved å bruke elektriske (eller magnetiske) felt, tradisjonelt brukt til å orientere LC termotropiske polymerer transformeres til LC lavmolekylære flytende krystaller, er det mulig å angi over smeltetemperaturen deres, Tsmelte, eller (allerede ukonvensjonelt!) kontrollere strukturen til LC over glasset deres. overgangstemperatur Tg (mykning) av polymerer i mesofasen, noe som får den til å bli mesogen (hvis den opprinnelige polymeren ikke krystalliserer). Disse gruppene ledes i riktig retning. temperaturer tilsvarer den nedre grensen for dannelsen av de mesogene gruppene i dette tilfellet, dannelsen av LC-fasen, mens den øvre grensen bestemmes av tegnet på anisotropiverdien og er den såkalte bleketemperaturen til den elektriske permittiviteten ∆ ε|| = ε|| − ε⊥ , hvor ε|| og (eller isotropisering) Tpr, over hvilken polymeren ε⊥ – dielektriske konstanter målt ved transformeres til en isotropisk smelte. Det er i det temperaturparallelle (||) og perpendikulære (⊥) orienteringsintervallet Tс (eller Tpl) – Tpr at mesogeniske sjoner av de lange aksene til mesogene grupper oppstår. Ved ∆ε > 0 orienterer fragmentene av LC-polymeren seg spontant langs mesogenenes elektroniske akser, og danner et visst strukturelt trisk felt, ved ∆ε< 0 перпендикулярно ему. тип мезофазы (N, S или Ch) в соответствии с моле- Схема на рис. 4 демонстрирует процесс ориента- кулярным строением и молекулярной массой поли- ции нематического гребнеобразного полимера (при мера. В случае лиотропных ЖК полимеров, образу- ∆ε >0), plassert mellom to strømledende løsninger, bestemt av strukturen til gjennomsiktige glassplater under typen mesofase realiseres under strengt fast virkning av det elektriske feltet. Observer kineverdiene for temperatur og konsentrasjon, retningslinjene for orienteringsprosessen av mesogene grupper i løsning, som vanligvis er tydelig synlig når man studerer intensiteten til polarisert lys I, studerer fasediagrammene deres. ført gjennom polymerfilmen (se fig. 4), kan man se hvordan en uklar, sterkt spredning Bruken av LC-polymerer er basert på eks- lysprøven gradvis blir til en gjennomsiktig film, hvis struktur kan fryses. polymeren avkjøles og elektrisiteten er slått av, kan den ganske enkelt (om enn sakte) kontrolleres ved hjelp av ulike triske feltmetoder. Vist i fig. 4 struktur, ytre påvirkning etterfulgt av fiksering der mesogene grupper er orientert i en orientert struktur i et fast legeme, pre-vinkelrett på overflaten av cellen, kalles strengt definert i LC-fasen. La oss vurdere den mest homeotropiske. Bruk av LC-polymerer med negativt viktige aspekter ved slik kontroll av egenskapene til kroppens anisotropi av dielektrisitetskonstanten til LC-polymerer med tanke på deres anvendelse. noah (∆ε< 0) получают иной характер ориентации таЕДЦЗ З.и. ЬаСдйдкалнДггауЦлдаЦ ийгаеЦкх 45 I, % Наличие оптически активных звеньев в составе макромолекул стимулирует закручивание мезоген- ных групп и формирование надмолекулярной спи- 100 ральной структуры, селективно отражающей свет определенного диапазона длин волн, λmax в соответ- u=0 ствии с шагом спирали P (рис. 3, в). Варьируя состав сополимера можно менять шаг спиральной струк- туры и область селективного отражения света, по- скольку λ max = Pn (где n – показатель преломления холестерика). Чем больше концентрация хираль- ных звеньев в сополимере, тем сильнее закручена спираль, тем меньше шаг спирали P. Таким образом, Гомеотропная ориентация меняя концентрацию хиральных звеньев можно в мезогенных групп широких пределах варьировать λmax (от 300 до 104 нм), 50 получая спектрозональные оптические фильтры и отражатели для ИК-, видимой и УФ-областей спек- тра. Причем направление поляризации прошедше- го через пленку света противоположно закрутке спирали, что делает такие пленки эффективными u 0 циркулярными поляризаторами. Существенным преимуществом полимерных ЖК соединений перед низкомолекулярными жидкими кристаллами является возможность получения многослойных тонкопленочных материалов с нео- бычными оптическими свойствами. 0 5 10 15 τ, c ЖК полимеры как управляемые оптически активные среды для записи информации Рис. 4. Ориентация нематического ЖК полимера в электрическом поле Наряду с использованием ЖК полимеров в каче- стве материалов для пассивных оптических элемен- тов, когда в основном эксплуатируются оптические мезогенных групп – их длинные оси располагаются свойства этих материалов, заданные внешними по- вдоль поверхности стекол-электродов, это так на- лями единожды на этапе их изготовления, ЖК по- зываемая планарная структура. Такие высокоори- лимеры могут применяться и в активных управляе- ентированные пленки по существу представляют мых элементах. Проиллюстрируем это на примере собой твердые оптические элементы, характеризу- термооптической записи информации на гомео- ющиеся высокой оптической анизотропией (двой- тропно ориентированной пленке гребнеобразного ное лучепреломление, ∆n = 0,2–0,3), которые могут смектического ЖК полимера (рис. 5, а); основные быть использованы для получения оптических ма- цепи на рисунке для упрощения не показаны. териалов, таких, как фазовые пластинки, фазовые линзы, поляроиды и другие интересные тонкопле- Исходная прозрачная пленка ЖК полимера с го- ночные оптические материалы. меотропной ориентацией мезогенных групп (со- зданной, как указано выше, воздействием электри- ческого поля) (рис. 5, а) подвергается воздействию Холестерические ЖК полимеры – спектрозональные лазерного луча, который создает места локального фильтры и циркулярные поляризаторы перегрева полимера выше его Tпр. В этих местах ЖК полимер плавится, переходя в изотропный расплав, Среди ЖК полимеров особый интерес пред- при этом, естественно, нарушается гомеотропная ставляют холестерические пленки, образуемые хо- ориентация мезогенных групп (рис. 5, б). Охлажде- лестерическими гребнеобразными сополимерами, ние пленки (например, за счет перемещения лазер- которые обычно получают сополимеризацией ме- ного луча) приводит к самопроизвольному форми- зогенных мономеров и хиральных (оптически ак- рованию ЖК фазы, сильно рассеивающей свет на тивных), но необязательно мезогенных мономеров. фоне прозрачной пленки, что равносильно записи Термин “хиральный” (от греч. хирос – рука) ис- определенного объема информации (рис. 5, в). Осве- пользуется для описания структур, которые не мо- щение такой пленки расфокусированным лучом ла- гут быть совмещены со своим зеркальным изобра- зера позволяет спроектировать записанное изобра- жением путем наложения друг на друга. Такие жение на экран. На рис. 5, г показаны примеры структуры асимметричны и вращают плоскость по- записи геометрических фигур на пленке ЖК по- ляризации поляризованного света. лимера. Возможно также использование для этих 46 лйкйлйЗлдав йЕкДбйЗДнЦгъзхв ЬмкзДг, ‹6, 1997 а б в В исходной анизотропной ЖК фазе достигается значительно более совершенная упаковка макро- молекул по сравнению с изотропным расплавом за счет формирования в мезофазе доменных областей, характеризующихся параллельной агрегацией мак- ромолекул. Получение волокон из таких растворов приводит к резкому повышению их прочностных характеристик, что определяется как химической T < Tпр T >Tpr T< Tпр структурой полимеров, так и совершенной ориен- тацией их макромолекул по сравнению с волокна- г ми, полученными из изотропных растворов. Проч- ность таких волокон в 2,5 раза, а модуль упругости в 10–20 раз выше, чем у самых прочных нитей из али- фатических полиамидов типа нейлон. Так, проч- ность на разрыв волокон кевлар и ПБО составляет 2,8 и 3,4 ГПа, а модуль упругости при растяжении – 180 и 450 ГПа соответственно (см. реакции II и III). С учетом низкого удельного веса этих ароматичес- 1 мм ких волокон их удельная прочность в 2–4 раза пре- восходит стальные и стеклянные волокна. Тот же принцип лежит в основе получения высо- Рис. 5. Принцип термооптической записи на копрочных, так называемых самоармирующихся пленке гомеотропно ориентированного смекти- пластиков, когда за счет продавливания уже не раст- ческого полимера (а–в) и примеры записанных воров, а анизотропных расплавов ЖК термотроп- геометрических фигур (г) ных полимеров через капилляры литьевых машин образуются фибриллярные (волокнистые) структу- целей и холестерических полимерных пленок, ко- ры, выполняющие роль армирующих материалов. торые в комбинации с циркулярными правыми и Однако в этом случае и матрица и армирующий ма- левыми поляризаторами дают возможность менять териал одинаковы по составу. Одним из примеров цвет записанных символов и цвет фона, на котором таких ЖК полимеров может служить сополимер ведется запись. “Вектра”, состоящий из разнородных звеньев: Несмотря на то что быстродействие ЖК поли- мерных пленок невелико (секунды, десятые доли O O секунд), они представляют интерес для записи и C O C , x долговременного (архивного) хранения информа- 1 −x ции, получения микрофиш, картографирования и использования в системах микрографии. строение которого соответствует структуре, изобра- женной на рис. 1, ж. Прочность этого и других по- Супервысокопрочные волокна и самоармированные добных термотропных ЖК полимеров необычно пластики высока и в несколько раз превосходит соответству- ющие величины для изотропных пластиков, что да- Высокая степень порядка в расположении жест- ло основание рассматривать их как новое поколе- коцепных и полужесткоцепных макромолекул в лио- ние самоармированных молекулярных композитов тропных и термотропных ЖК полимерах соответст- для использования в качестве конструкционных венно используется для получения высокопрочных материалов. волокон, пленок и разнообразных изделий из ЖК Помимо отличных механических свойств этих полимеров. Среди ЖК полимеров лиотропные по- пластиков существенный интерес представляет лимеры исторически были первыми, вышедшими низкий коэффициент линейного расширения тер- на арену практического применения в середине 60-х мотропных ЖК полимеров α. Значение α для них годов нашего столетия. Использование лиотропных составляет величины порядка 1 ⋅ 10−6 град−1, что ЖК растворов, таких, как поли-n-бензамид, поли- сопоставимо с величиной α для неорганического n-фенилентерефтальамид (см. выше реакцию II), а стекла (5 ⋅ 10−7 град−1) и значительно меньше, чем у также других ароматических полиамидов произвело нейлона (1 ⋅ 10−4 град−1). Это позволяет использовать настоящую революцию и позволило создать индус- такие ЖК полимеры в качестве защитных оболочек трию нового поколения высокопрочных, так назы- для световодов, что обеспечивает практически пол- ваемых высокомодульных (имеющих высокие зна- ное отсутствие светопотерь у световодов при темпе- чения модуля растяжения) волокон. ратурах от −80 до +80°С. таЕДЦЗ З.и. ЬаСдйдкалнДггауЦлдаЦ ийгаеЦкх 47 Высокие механические показатели, термостой- ганЦкДнмкД кость, удобство переработки обеспечивают широ- 1. Платэ Н.А., Шибаев В.П. Гребнеобразные полимеры кое практическое использование ЖК полимеров в и жидкие кристаллы. М.: Химия, 1980. виде конструкционных и армирующих материалов 2. Шибаев В.П. Жидкие кристаллы // Химическая в электронной и радиотехнической промышленно- энциклопедия. М.: Сов. энциклопедия, 1990. Т. 2. сти, самолетостроении, космической технике, ра- С. 286–289. кетостроении, для получения шинного корда, со- 3. Платэ Н.А., Шибаев В.П. Жидкокристаллические полимеры // Наука и человечество. М.: Знание, 1983. здания огнезащитных и других полимерных С. 283–298. материалов. 4. Шибаев В.П. Настоящее и будущее жидкокристалли- ческих полимеров // Хим. волокна. 1987. № 3. С. 4–12. Как видно из рассмотренных выше данных, ЖК 5. Жидкокристаллические полимеры / Под ред. полимеры активно вторгаются в сферы научной и Н.А. Платэ. М.: Химия, 1988. практической деятельности. Быстрыми темпами развивается промышленное производство ЖК ли- * * * нейных полимеров, получаемых из лиотропных и термотропных систем, мировое производство кото- Валерий Петрович Шибаев, доктор химических рых уже исчисляется сотнями тысяч тонн. Разраба- наук, профессор кафедры высокомолекулярных тываются подходы к производству гребнеобразных соединений химического факультета Московского государственного университета им. М.В. Ломоно- полимеров. Настоящий период характеризуется сова. Заслуженный деятель науки РФ, член-корре- быстрым накоплением знаний в этой области, что, спондент Российской академии естественных на- несомненно, приведет не только к расширению на- ук, лауреат Государственной премии СССР. Автор ших представлений вообще о ЖК соединениях, но более 400 научных работ, включая пять моногра- и к созданию качественно новых полимерных мате- фий (три из которых изданы за рубежом), 20 изоб- риалов. ретений и патентов. 48 лйкйлйЗлдав йЕкДбйЗДнЦгъзхв ЬмкзДг, ‹6, 1997

Ansatte ved Det kjemiske fakultet ved Moscow State University klarte å lage et materiale som godt kunne bli grunnlaget for en ny generasjon flytende krystallmonitorer.

Ansatte ved Laboratory of Chemical Transformations of Polymers ved Institutt for makromolekylære forbindelser ved Det kjemiske fakultet ved Lomonosov Moscow State University syntetiserer og studerer multifunksjonelle flytende krystallinske polymerer. Slike materialer kombinerer ikke bare en rekke funksjonelle egenskaper, men disse egenskapene kan endres retningsmessig ved hjelp av lys, elektriske eller magnetiske felt.

Gruppen er viden kjent blant forskere som jobber med flytende krystallinske polymerer. For eksempel var universitetskemikere blant de første i verden til å lage en flytende-krystallinsk kolesterisk polymer med en fotokontrollert helix-pitch. Og nå har de klart å kombinere i ett materiale evnen til å endre optiske egenskaper når de bestråles med lys og når et elektrisk felt påføres. Også for første gang.

Imidlertid er det først verdt å se nærmere på naturen til flytende krystaller og flytende krystallpolymerer.

Materiens fjerde tilstand

Flytende krystaller er uvanlige stoffer. De kombinerer egenskaper som ligger i væsker og faste stoffer, noe som gjenspeiles i deres tilsynelatende paradoksale navn. Fra væsker tok de fluiditet, det vil si evnen til å ta formen til fartøyet som de helles i. Fra faste krystallinske legemer - anisotropi av egenskaper.

Sistnevnte forklares av strukturen til flytende krystaller - molekylene i dem er ikke tilfeldig plassert, men ordnet. Riktignok ikke så strengt som i solide krystaller. Faktisk er flytende krystall den fjerde tilstanden til materie. Imidlertid anerkjente fysikere og kjemikere i ganske lang tid ikke flytende krystaller i prinsippet, fordi deres eksistens ødela teorien om tre materietilstander - fast, flytende og gassformig. Forskere klassifiserte flytende krystaller enten som kolloide løsninger eller som emulsjoner, inntil den tyske professoren Otto Lehmann på begynnelsen av 1900-tallet beviste deres eksistens på en overbevisende måte.

Ikke alle forbindelser går over i flytende krystallinsk tilstand, men bare de hvis molekyler har betydelig anisometri (formen av stenger eller skiver). Avhengig av emballasjen til molekylene, skilles tre typer flytende krystallstrukturer - smektisk, nematisk og kolesterisk.

Smectics er kanskje nærmest vanlige krystaller. Molekylene i dem er pakket i lag, og massesentrene deres er faste. I nematikk, tvert imot, er massesentrene til molekylene kaotisk plassert, men aksene til molekylene deres, vanligvis stavformede, er parallelle med hverandre. I dette tilfellet sies de å være preget av orienteringsorden.

Kolesteriske

Den mest komplekse strukturen til den tredje typen flytende krystaller er kolesterisk. For dannelse av kolesteriske stoffer kreves såkalte kirale molekyler, det vil si uforenlige med deres speilbilde. Hvis du mentalt deler det kolesteriske laget i monolag, er molekylene i det plassert inne i hvert monolag slik at deres lange akser er parallelle med hverandre. Dermed har hvert monolag en nematisk struktur. Speilsymmetrien til kolesteriske molekyler får imidlertid hvert påfølgende monolag til å rotere med en liten vinkel. Som et resultat vrir hele strukturen seg inn i en spiral. Helixens stigning, det vil si avstanden som molekylene roterer 360° gjennom, avhenger av typen chirale molekyler og deres konsentrasjon.

Det er den spiralformede strukturen som gir kolesterika muligheten til selektivt å reflektere innfallende lys. Spiralens stigning bestemmer bølgelengden til det reflekterte lyset; det er denne fargen det kolesteriske laget ser ut til å være malt i. Dessuten, hvis du ser på denne prøven fra forskjellige vinkler, vil den bli farget annerledes. Imidlertid kan det hende vi ikke ser farge hvis bølgelengden til den reflekterte strålingen er plassert i det ultrafiolette eller infrarøde området av spekteret.

Flytende krystallpolymerer

Kolesteriske stoffer i deres naturlige tilstand, når de i hovedsak er viskøse væsker, er upraktiske å bruke. I de fleste tilfeller er det nødvendig å plassere dem i et spesielt forseglet skall for å gi dem form og beskytte dem mot ytre påvirkninger. En løsning på dette problemet er innkapsling, det vil si fysisk innføring av en flytende krystall i en polymerfilm. Men det er en mer elegant løsning - etableringen av flytende krystallinske polymerer.

Slike materialer oppnås ved kopolymerisering av visse monomerer - molekyler som, når de kombineres med hverandre, danner en polymerkjede. Hvis monomerer som inneholder en kiral del brukes, vil den resulterende polymeren være kolesterisk. Polymerkolesterikk ble først oppnådd på 90-tallet av forrige århundre samtidig ved Det kjemiske fakultetet ved Moskva statsuniversitet og ved Universitetet i Mainz (Tyskland).

Andre funksjonelle grupper kan innføres i en slik polymerkjede. «Dette kan være fotokromatiske grupper, det vil si styrt av lys. Disse kan være elektroaktive grupper, det vil si orientert under påvirkning av et elektrisk felt. Dette åpner for en bred mulighet for å lage nye materialer og manifestere alle egenskapene som er iboende i hvert enkelt fragment, sier Valery Shibaev, leder av Laboratory of Chemical Transformations of Polymers, korresponderende medlem av det russiske vitenskapsakademiet. , i en samtale med nettstedets korrespondent.

«Ved å lage slike polymerer kan vi kombinere molekyler i ett materiale som ofte ikke engang blandes i sin opprinnelige tilstand. Dette betyr at vi kan kombinere deres unike egenskaper, legger Alexei Bobrovsky til, laboratorieansatt og kandidat for kjemiske vitenskaper.

Eksempler på bruk av kolesteriske polymerer

Men dette er ikke engang det viktigste. Flytende krystaller i seg selv er viskøse væsker bare innenfor et smalt temperaturområde. Dette betyr at de har sine spesielle egenskaper kun i dette temperaturområdet. Men flytende-krystallinske polymerer, når de avkjøles, beholder både strukturen og egenskapene til den flytende-krystallinske fasen. Det vil si at det er mulig å fikse en følsom flytende krystallstruktur i et fast stoff uten å miste for eksempel sine unike optiske egenskaper.

Kolesterika reagerer lett på temperatur. Noen endrer farge veldig raskt med en veldig liten temperaturendring - de kan brukes til å lage unike termiske kameraer, eller termiske indikatorer. For eksempel, ved å bestråle overflaten av et slikt materiale med en laser, kan man studere intensitetsfordelingen til strålen. Belegg laget av kolesteriske polymerer kan brukes til å teste fly i vindtunneler. "Temperaturfordelingen vil tydelig indikere på hvilke steder turbulensen er mer uttalt, og på hvilke steder det er en laminær luftstrøm som strømmer rundt flyet," forklarer Valery Shibaev.

Et av de mest interessante eksemplene på bruk av polymerkolesterika er produksjonen av lyskontrollerte filmer. Hvis en monomer med en fotokrom gruppe introduseres i en polymerkjede, hvis form endres når den utsettes for lys av en viss bølgelengde, kan helixens stigning i strukturen til kolesterien endres. Med andre ord, ved å bestråle et materiale med lys, kan du endre fargen. Denne egenskapen til det resulterende materialet kan brukes til å registrere og lagre fargeinformasjon i holografi og visningsteknologi. Levende eksempler som demonstrerer disse egenskapene til kolesterikk kan sees i videoen.

Multifunksjonelt eksempel

Imidlertid kan spiralstigningen endres ikke bare ved påvirkning av lys og temperaturendringer (som i termiske kameraer), men også ved påvirkning av elektriske og magnetiske felt. For å gjøre dette er det nødvendig å introdusere elektroaktive eller magnetisk aktive grupper i polymeren. Eksponering for et elektrisk eller magnetisk felt fører til orientering av flytende krystallmolekyler og til forvrengning, og deretter til fullstendig avvikling av den kolesteriske helixen.

Det siste verket av Alexey Bobrovsky og Valery Shibaev, publisert i Journal of Materials Chemistry, beskriver hvordan de klarte å lage et unikt materiale som kombinerer lys og elektrosensitivitet.

Som forfatterne av arbeidet noterer, er alle forbindelsene som brukes for det nye materialet allerede kjent. En nematisk flytende krystall ble brukt som base med tilsetning av kirale molekyler som vrir blandingen til en kolesterisk helix. Innføringen av en fotokrom forbindelse tillater, når den bestråles med ultrafiolett lys, å skifte den selektive refleksjonen av et gitt område fra det blå området av spekteret til det røde. Men strukturen til denne blandingen kan også endres ved påvirkning av et elektrisk felt - når et felt påføres, har molekylene en tendens til å stille seg opp langs det, og dermed forvrenge spiralen. Og i et tilstrekkelig stort felt løsner spiralen seg. "Faktisk er det en overgang til den nematiske fasen," forklarer Alexey Bobrovsky.

Det er med andre ord oppnådd en enkeltlagscelle der det er mulig å lage soner med forskjellige farger som kan bli fargeløse når de utsettes for et elektrisk felt. Det vil si akkurat det som trengs for en piksel av en fargeskjerm. Etter elektroavvikling av helixen tar imidlertid returen til den opprinnelig orienterte kolesteriske fasen lang tid, og fargekontrasten gjenopprettes ikke.

Dette problemet kan løses ved hjelp av polymerisasjon. Innføringen av bare 6% av en spesiell fotopolymeriserende monomer gjør det mulig, også ved hjelp av bestråling med ultrafiolett lys, å skape et tredimensjonalt polymernettverk. Det gjennomsyrer hele volumet av materialet og husker så å si den opprinnelige orienteringen. Bølgelengden som den fotokrome delen er følsom for er kortere enn bølgelengden av lys som kreves for fotopolymerisering og produksjon av polymernettverket. Derfor blir det mulig å først lage en celle med soner med forskjellige farger ved å bestråle visse områder for forskjellige tider, deretter fikse denne tilstanden ved hjelp av et tredimensjonalt polymernett, og deretter slå fargen på cellen av og på ved hjelp av et elektrisk felt .

Vitenskap og teknologi

Den første prøven, som ble oppnådd i laboratoriet, er ganske klumpete og krever et stort påført elektrisk felt. Men tidlige LCD-enheter forbrukte også for mye strøm, hadde begrenset levetid og hadde dårlig bildekontrast. Nå har teknologien forbedret seg betydelig, og vi liker alle å bruke den. Kanskje cellen skapt av russiske kjemikere vil bli prototypen på en enda høyere kvalitet og billigere LCD-skjerm.

Alexey Bobrovsky mener imidlertid at målet med forskernes arbeid ikke er å bringe ideen til kommersiell implementering, men å studere egenskapene til selvorganisering av flytende krystallinske polymerer, forstå det fysiske grunnlaget og mønstrene for påvirkningen av den kjemiske strukturen. på eiendommene deres. Han er mer interessert i den vitenskapelige delen av forskningen enn den anvendte delen: "Merkelig nok er mange fenomener selv i lavmolekylære flytende krystaller, tilsynelatende ganske åpenbare og allerede kjente, fortsatt ikke fullt ut forstått." Det er ingen tvil om at studiet av flytende krystallinske polymerer, som er mye yngre enn lavmolekylære flytende krystaller, vil avsløre mange flere ukjente aspekter ved deres fysisk-kjemiske oppførsel.

Slutt på tabellen. 2

For lineære polymerer avhenger glassovergangstemperaturen av molekylvekten, og øker med veksten. I tverrbundne polymerer fører dannelsen av en tverrbundet struktur til en økning T s, jo større, jo tettere er det romlige rutenettet.

Glassovergangsprosessen er ledsaget av en endring i mange egenskaper til polymeren: termisk ledningsevne, elektrisk ledningsevne, brytningsindeks, og disse egenskapene endres brått med T Med.

Når temperaturen synker under T c i polymeren avtar den termiske bevegelsen av kinetiske fragmenter av makromolekyler. For å forårsake selv en liten deformasjon av den forglasede polymeren, må en stor mekanisk belastning påføres den. I dette tilfellet oppfører polymeren seg som en elastisk eller viskoelastisk kropp. Med en ytterligere reduksjon i temperatur, kollapser polymeren som en sprø kropp, med praktisk talt forsvinnende deformasjon. Temperaturen der sprø brudd av en polymer oppstår kalles sprøhetstemperaturen. T hr. Polymerer drives som regel i en glassaktig tilstand, som tilsvarer området Jeg på den termomekaniske kurven (se fig. 8).

Svært elastisk tilstand(HES) av polymeren er preget av relativt høy mobilitet av segmenter av makromolekyler. Det manifesterer seg bare når makromolekylene har en betydelig lengde (stor masse), og er spesielt karakteristisk for fleksible kjedepolymerer med små krefter av intermolekylær interaksjon.

Med betydelig intermolekylær interaksjon (dipoler, hydrogenbinding) observeres HEA ved forhøyede temperaturer, dvs. når kreftene til intermolekylær interaksjon svekkes. Den relative lettheten til et makromolekyl som tar i bruk et bredt utvalg av konformasjoner under påvirkning av ytre mekaniske påkjenninger forklarer de store deformasjonene ovenfor T s (hundrevis av prosent). Etter at belastningen er fjernet, på grunn av den termiske bevegelsen til segmentene, går makromolekylene tilbake til sine opprinnelige konformasjoner og den oppnådde høyelastiske deformasjonen forsvinner, dvs. den er reversibel. Hvis prosessen med deformasjon av en lineær polymer utføres sakte, slik at makromolekylene har tid til å bevege seg fra en likevektskonformasjon til en annen, i stedet for EES, vil polymeren ende opp i tyktflytende tilstand(VTS). I termoplast observeres HES i temperaturområdet T Med - T til hvor
T k – strømningstemperatur (smelte) for polymeren i området II
(se fig. 8).

I HTS er den termoplastiske polymeren en væske og er i stand til å strømme irreversibelt under påvirkning av relativt små ytre krefter, dvs. viser plastisk deformasjon. Under flyt beveger individuelle makromolekyler seg i forhold til hverandre. Deformasjon i HTS kan utvikle seg i det uendelige og er irreversibel. Den viskøse-flytende tilstanden tilsvarer området III i fig. 8.

Noen nettverkspolymerer er også i stand til å transformeres til HEA-er. Men når temperaturen stiger over T de mykner litt og blir deretter irreversibelt ødelagt.

Krystallinsk tilstand av polymerer. Mange termoplastiske polymerer kan eksistere i en krystallinsk tilstand. Således kan polyetylen, polypropylen og polyamider danne mikroskopiske krystaller.

Krystallinske, flytende krystallinske og orienterte amorfe polymerer, som enkeltkrystaller, viser anisotropi av egenskaper(Fig. 9).

Polymerer omdannes til en krystallinsk tilstand fra væske (smelte, løsning) når temperaturen synker. Krystallisering oppstår som et resultat av fiksering av posisjonen til individuelle segmenter og utseendet til elementer av lang rekkevidde tredimensjonal rekkefølge i deres arrangement.

For å utføre krystalliseringsprosessen i polymerer, er det nødvendig å observere noen nødvendige, men ikke alltid tilstrekkelige, forhold.

Ris. 9. Anisotropi av ordnede makromolekyler. Indikatorene bestemt av detektoren vil avvike betydelig fra testretningen

For det første, for å bygge en krystallstruktur er det nødvendig at polymermolekylene er regelmessig, dvs. hadde en lineær kjedestruktur med en viss veksling av ledd og deres ensartede plassering i rommet i forhold til hovedkjeden.

For det andre, under en fasetransformasjon, bør den gjensidige stablingen av kjeder eller segmenter skje i henhold til prinsippet om tett pakking. Pakkingskoeffisienter (forholdet mellom det iboende volumet av makromolekyler og det sanne volumet av kroppen) for de fleste krystalliserte polymerer ligger i området 0,62...0,67 og er nær pakkingskoeffisientene til vanlige faste stoffer. Tett pakking er åpenbart vanskelig for makromolekyler som inneholder grener og voluminøse sidesubstituenter, som skaper steriske hindringer.

For det tredje, for at krystallisering skal skje, må polymermolekylene ha en viss mobilitet slik at kjedene kan bevege seg og passe inn i krystallstrukturen. I praksis kan krystallisering skje nær og under smeltepunktet T pl. Flytende krystallinske polymerer beholder sin krystallinske organisasjon selv ved høyere temperaturer T pl.

Men selv når alle disse betingelsene er oppfylt, er ikke polymerer helt krystallinske.

Sammen med krystallinske inneholder polymerer alltid amorfe områder, og det er derfor de også kalles krystalliserende områder. Dermed når innholdet av den krystallinske fasen i polyetylen med høy tetthet 75...90%, og i lavtetthetspolyetylen overstiger ikke 60%. Krystallstrukturer er på sin side alltid morfologisk defekte (i form og romlig organisering).

I motsetning til lavmolekylære forbindelser, skjer ikke smelting av polymerer ved en viss temperatur, men i et temperaturområde som bestemmes av deres kjemiske struktur, molekylvekt og kinetiske egenskaper. Noen gjennomsnittstemperatur for dette intervallet tas som smeltetemperatur.

Graden av krystallinitet, morfologien til krystallstrukturer og smeltetemperaturområdet til polymeren er assosiert med tiden og relaksasjonsnaturen til krystalliseringsprosessen. Hvis temperaturen senkes sakte, dannes flere forskjellige krystallstrukturer.

I tabellen Tabell 3 viser gjennomsnittlig smeltetemperatur for noen polymerer.

Tabell 3

Gjennomsnittlig smeltetemperatur
noen polymerer

Fra disse dataene er det klart at T pl øker med en økning i polariteten til de elementære enhetene til polymerer, regelmessigheten til strukturen deres, og med en reduksjon i fleksibiliteten til makromolekyler.

Supramolekylær struktur av polymerer(NMS) gjenspeiler den fysiske organiseringen av makrokjeder og er karakteristisk for alle polymerer, uavhengig av deres fysiske tilstand og fasetilstand. Årsaken til forekomsten av NMS er den intermolekylære interaksjonen mellom makrokjeder. Morfologisk er NMS av polymerer komplekse, romlig distinkte aggregater av forskjellige størrelser og former, skapt av stabling av makromolekyler på en bestemt måte. Opprettelsen av supramolekylære strukturer avslører en grunnleggende egenskap ved en fleksibel kjede - evnen til å brette seg i folder (pakker) eller rulle til baller "på seg selv."

Fleksible makromolekyler kan ha form av spoler. Stabiliteten til denne formen bestemmes av de laveste verdiene av overflateareal og overflateenergi. En spole består av ett eller flere makromolekyler, med individuelle deler av kjeden inne i den arrangert tilfeldig. Denne NMS er typisk for de fleste amorfe polymerer og dannes under fremstillingen.

I polymerer med M> 10 4 strukturer er utbredt, vanligvis oppstår på stadiet av en smelte eller løsning som et resultat av virkningen av intermolekylære krefter enten under foldingen av ett makromolekyl eller dets segmenter, eller under sammenføring av lineære fragmenter av nabomakromolekyler. Brettede formasjoner ( pakker) kan danne større og morfologisk mer komplekse strukturelle aggregater - fibriller(fig. 10,
EN, b). I syntetiserte polymerer bunt-fibrillær struktur (fig. 10, V) går foran dannelsen av mer utviklede supramolekylære strukturer – lameller(fig. 10, G).

Ris. 10. EN– diagram over dannelsen av bunter og fibriller i polymerer; b– pakking av makromolekyler i en orientert krystallinsk polymer; V– diagram av strukturen til en krystallinsk fibril med påfølgende plassering i lameller ( G)

Avhengig av krystalliseringsforholdene kan NMS forbli fibrillært eller transformeres til lamellært (platelignende) eller sfærulitisk(fig. 11, V, G).

EN)

G)

V)

b)

Ris. 11. Typer krystallinske formasjoner i polymerer: EN- krystallitt;
b- fibril; V- radielle sfærulitter; G– ring sfærulitter

Sistnevnte oppstår fra fibriller som utvikler seg fra ett senter i form av en kule og holdes av den s.k. gjennomføringskjeder, dvs. seksjoner av makromolekyler som er en del av nabosfærulitter. Gjennomgående kjeder danner amorfe områder i en krystallinsk polymer. Sfærulitter kan skapes ikke bare ved å legge fibriller, men også av lameller.

Tettheten til polymeren i krystaller, på grunn av den tettere pakkingen av makromolekyler, viser seg å være høyere enn i interstrukturelle soner fylt med uordnede makrokjeder, og høyere enn i amorfe områder. Verdiene for den gjennomsnittlige tettheten til noen polymerer (ρ), tettheten til de krystallinske (ρ cr) og amorfe (ρ am) komponentene er gitt i tabell. 4.

Tabell 4

Polymertetthetsverdier, kg/m 3

Utdannings- og vitenskapsdepartementet i Den russiske føderasjonen

Kazan (Volga-regionen) føderale universitet

Kjemisk institutt oppkalt etter. A. M. Butlerova

Institutt for uorganisk kjemi

Sammendrag om emnet:

« Flytende krystallpolymerer"

Arbeidet fullført

elev av gruppe 714

Khikmatova G.Z.

Jeg sjekket arbeidet

Ignatieva K.A

Kazan-2012.

Introduksjon………………………………………………………………………………………………..3

1. Flytende krystaller………………………………………………………………………

1.1. Oppdagelseshistorie……………………………………………………………….……...4

1.2. Typer av krystallinsk fase……………………………………………………….………………7

1.3.Metoder for å studere flytende krystaller………..……………………….………………....11

2. Flytende krystallpolymerer……..………………………………………….13

2.1. Prinsipper for molekylær design av LC-polymerer............14

2.2. Hovedtyper flytende krystallpolymerer……………….18

2.3.Struktur og trekk ved egenskapene til LC-polymerer..……………………….….20

2.4. Bruksområder….…………………………………………………………………..

2.4.1 Elektrisk feltkontroll - veien til å oppnå tynnfilm optiske materialer………………………………………………21

2.4.2. Kolesteriske LC-polymerer - spektrozonale filtre og sirkulære polarisatorer………………………………………………………….23

2.4.3.LC-polymerer som kontrollerte optisk aktive medier for registrering av informasjon………………………………………………………………………………..24

2.4.4.Superhøystyrkefibre og selvforsterket plast……………………………………………………………………………………………….25

Brukt litteratur……………………………………………………………….…28

Applikasjon.

Introduksjon.

80-tallet innen polymervitenskap var preget av fødselen og den raske utviklingen av et nytt felt - kjemien og fysikken til flytende krystallinske polymerer. Dette området, som forente syntetiske kjemikere, teoretiske fysikere, klassiske fysikalske kjemikere, polymerforskere og teknologer, har vokst til en intensivt utviklet ny retning, som veldig raskt brakte praktisk suksess i å lage høystyrke kjemiske fibre, og i dag tiltrekker seg oppmerksomhet av optikere og mikroelektronikkspesialister. Men det viktigste er ikke engang dette, men det faktum at den flytende krystallinske tilstanden i polymerer og polymersystemer, som det viste seg, ikke bare er ekstremt vanlig - mange hundre flytende polymerkrystaller har blitt beskrevet i dag - men representerer også en stabil likevektsfasetilstand for polymerlegemer.
Det er til og med et paradoks i dette. I 1988 ble hundreårsdagen feiret siden den østerrikske botanikeren F. Reinitzer beskrev det første flytende krystallinske stoffet, kolesterylbenzoat. På 30-tallet av forrige århundre ble fysikken til lavmolekylære organiske flytende krystaller utviklet, og på 60-tallet var millioner av enheter basert på disse krystallene allerede i drift i verden. Imidlertid kunne de fleste polymerforskere på 60- og 70-tallet ikke forestille seg for eksempel eksistensen av termotropiske flytende krystallinske polymerer av kolesterisk type, og generelt så slike systemer ut til å være eksotiske representanter for atypiske makromolekylære objekter. Og faktisk har det de siste årene vært en slags "eksplosjon" av informasjon, og i dag er ingen overrasket over lyotrope og termotropiske flytende krystallinske polymerer, syntetisert av dusinvis hver måned.

I dette arbeidet ønsket jeg å snakke om når og hvordan den flytende krystallinske tilstanden ble oppdaget, hva som er unikt med flytende krystaller sammenlignet med andre objekter, om flytende krystallinske polymerer og hvorfor de er interessante og fantastiske.

Flytende krystaller.

De fleste stoffer kan eksistere i bare tre aggregeringstilstander: fast, flytende og gassformig. Ved å endre temperaturen til et stoff, kan det overføres sekvensielt fra en tilstand til en annen. Vanligvis ble strukturen til faste stoffer vurdert, som inkluderte krystaller og amorfe legemer. Et særtrekk ved krystaller er eksistensen i dem av lang rekkefølge og anisotropi av egenskaper (bortsett fra krystaller med et symmetrisenter). I amorfe faste stoffer er det bare kort rekkevidde, og som en konsekvens er de isotrope. Kortholdsorden finnes også i en væske, men væsken har en veldig lav viskositet, det vil si at den har flyt.

I tillegg til de tre oppførte materietilstandene, er det en fjerde, kalt flytende krystall. Det er mellomliggende mellom fast og flytende og kalles også mesomorf tilstand. I denne tilstanden kan det være et veldig stort antall organiske stoffer med komplekse stavformede eller skiveformede molekyler. I dette tilfellet kalles de flytende krystaller eller mesofase.

I denne tilstanden har stoffet mange egenskaper til en krystall, spesielt er det preget av anisotropi av mekaniske, elektriske, magnetiske og optiske egenskaper, og samtidig har de egenskapene til en væske. I likhet med væsker er de flytende og har form av beholderen de er plassert i.

Basert på deres generelle egenskaper kan LC-er deles inn i to store grupper. Flytende krystaller som dannes når temperaturendringer kalles termotropisk. Flytende krystaller som vises i løsninger når deres konsentrasjon endres kalles lyotropisk.

1.1. Flytende krystaller ble oppdaget i 1888. Østerrikske professor i botanikk F. Reinitzer mens han studerte det nye stoffet han syntetiserte, kolesterylbenzoat, som er en ester av kolesterol og benzosyre.

Han oppdaget at når den varmes opp til 145°, blir den krystallinske fasen (hvitt pulver) til en merkelig uklar væske, og når den varmes videre til 179°, observeres en overgang til en vanlig gjennomsiktig væske. Han prøvde å rense dette stoffet, siden han ikke var sikker på at han hadde rent kolesterylbenzoat, men likevel ble disse to faseovergangene reprodusert. Han sendte en prøve av dette stoffet til vennen fysikeren Otto von Lehmann. Lehman studerte vanlige krystaller, inkludert plastkrystaller, som er myke å ta på og forskjellige fra vanlige harde krystaller. Den viktigste studiemetoden var polarisasjonsoptisk mikroskopi - et mikroskop der lys passerer gjennom en polarisator, passerer gjennom et stoff og deretter gjennom en analysator - gjennom et tynt lag med stoff. Når krystaller av et bestemt stoff plasseres mellom polarisatoren og analysatoren, kan du se teksturer – karakteristiske bilder for ulike krystallinske stoffer – og dermed studere de optiske egenskapene til krystallene. Det viste seg at Otto von Lehmann hjalp ham å forstå hva som var årsaken til mellomtilstanden, vrangforestillingen. Otto von Lehmann var seriøst overbevist om at alle egenskapene til krystallinske stoffer, krystaller, utelukkende avhenger av formen på molekylene, det vil si at det ikke spiller noen rolle hvordan de befinner seg i denne krystallen, formen på molekylene er viktig. Og når det gjelder flytende krystaller, hadde han rett - formen på molekylene bestemmer evnen til å danne en flytende krystallinsk fase (hovedsakelig formen på molekylene). I 1888 skrev Reinitzer at det finnes krystaller hvis mykhet er slik at de kan kalles flytende, så skrev Lehmann en artikkel om flytende krystaller, faktisk laget han begrepet flytende krystaller. Det ble funnet at flytende krystaller er svært tallrike og spiller en viktig rolle i biologiske prosesser. De er for eksempel en del av hjernen, muskelvev, nerver og membraner. Begrepet "flytende krystaller", basert på felles bruk av to, i en viss forstand, motsatte ord - "flytende" og "krystallinsk", har slått godt rot, selv om begrepet "mesofase", introdusert av den franske fysikeren J. Friedel tretti år etter oppdagelsen av F. Reinitzer, avledet fra det greske ordet "mesos" (mellomliggende), er tilsynelatende mer korrekt. Disse stoffene representerer en mellomfase mellom krystallinsk og flytende; de ​​oppstår under smeltingen av den faste fasen og eksisterer i et visst temperaturområde inntil de ved ytterligere oppvarming blir til en vanlig væske. En viktig historisk episode: på 20-30-tallet studerte den sovjetiske fysikeren Fredericks påvirkningen av forskjellige magnetiske og elektriske felt på de optiske egenskapene til flytende krystaller, og han oppdaget en viktig ting: Orienteringen av molekyler i flytende krystaller endres veldig lett under påvirkning av eksterne felt, og disse feltene er svært svake og endres veldig raskt. Siden slutten av 60-tallet begynte en boom i studiet av flytende krystallsystemer og flytende krystallfaser, og det henger sammen med at de lærte å bruke dem. Først, for informasjonsskjermsystemer i vanlige elektroniske digitale klokker, deretter i kalkulatorer, og med bruk av datateknologi, ble det klart at flytende krystaller aktivt kan brukes til fremstilling av skjermer. Naturligvis stimulerte et slikt teknologisk sprang studiet av flytende krystaller fra grunnvitenskapens synspunkt, men det bør bemerkes hvor stort tidsgap det er mellom vitenskapelige oppdagelser knyttet til flytende krystaller. Faktisk var folk interessert i dem av nysgjerrighet, det var ingen utilitaristisk interesse, ingen visste hvordan de skulle bruke dem, og dessuten i disse årene (20-30-årene) var relativitetsteorien mye mer interessant. Forresten, Fredericks var popularisereren av relativitetsteorien i Sovjetunionen, deretter ble han undertrykt og døde i leirene. Det gikk faktisk 80 år etter oppdagelsen av flytende krystaller til de lærte å bruke dem.

1.2. I prosessen med å studere flytende krystaller ble de fysiske årsakene til den fjerde tilstanden av materie tydelige. Den viktigste er den ikke-sfæriske formen til molekyler. Molekylene i disse stoffene er forlenget i én retning eller skiveformet. Slike molekyler befinner seg enten langs en bestemt linje eller i et valgt plan. Tre hovedtyper av krystallinsk fase er kjent: nematisk(fra det greske ordet "nema" - tråd), smektisk(fra det greske ordet "smegma" - såpe), kolesterisk.

I nematiske flytende krystaller er massesentrene til molekylene lokalisert og beveger seg kaotisk, som i en væske, og aksene til molekylene er parallelle. Dermed eksisterer lang rekkefølge bare med hensyn til orienteringen til molekylene. Faktisk utfører nematiske molekyler ikke bare translasjonsbevegelser, men også orienteringsvibrasjoner. Derfor er det ingen streng parallellitet av molekylet, men det er en dominerende gjennomsnittlig orientering (Fig. 7.19) Amplituden til orienteringsvibrasjoner avhenger av temperatur. Når temperaturen øker, oppstår større avvik fra parallellitet i orientering, og ved faseovergang blir orienteringen til molekylene kaotisk. I dette tilfellet blir den flytende krystallen til en vanlig væske.

Av størst interesse for praktiske anvendelser er stoffer som finnes i den nematiske mesofasen ved romtemperatur. For tiden, ved å tilberede blandinger av forskjellige stoffer, oppnås nematikk i regionen fra -20 til +80 grader og til og med i et bredere temperaturområde.

For å karakterisere orienteringsrekkefølgen i flytende krystaller, introduseres vanligvis to parametere: direktør og gradsorienteringsordre, også kalt ordreparameteren. Direktøren er en enhetsvektor I, hvis retning faller sammen med retningen til den gjennomsnittlige orienteringen til molekylenes lange akser. I nematiske flytende krystaller faller regissøren sammen med retningen til den optiske aksen. Vektor I karakteriserer fenomenologisk rekkefølgen på lang rekkevidde i arrangementet av molekyler. Den bestemmer bare retningen for molekylær orientering, men gir ingen informasjon om hvor perfekt rekkefølgen av mesofasen er. Mål for lang rekkevidde orienteringsrekkefølge er rekkefølge parameter S, definert som følger:S=1/2(3 ² θ -1) (*), hvor θ – vinkelen mellom aksen til et individuelt molekyl og direktøren til flytende krystall. Gjennomsnitt i (*) utføres over hele ensemblet av molekyler. Verdien S=1 tilsvarer fullstendig orienteringsrekkefølge, dvs. en ideell flytende krystall, og S=0 betyr fullstendig orienteringsforstyrrelse og tilsvarer en nematikum som har forvandlet seg til en isotrop væske.

Kolesteriske flytende krystaller får navnet sitt fra kolesterol fordi de i de fleste tilfeller er kolesterolestere. Samtidig danner en rekke andre stoffer i tillegg til kolesterolestere også den kolesteriske mesofasen. Molekylene til alle forbindelser som danner et kolesterisk innhold inneholder et asymmetrisk karbonatom koblet med fire kovalente bindinger til forskjellige atomer eller grupper av atomer. Slike molekyler kan ikke kombineres med seg selv ved enkel superposisjon, akkurat som venstre og høyre hånd. De heter chiral molekyler (fra den gamle hebraiske "arvingen" - hånd).

Kolesteriske flytende krystaller består av kirale molekyler og ligner i struktur på nematikk, men har en grunnleggende forskjell. Det ligger i det faktum at, i motsetning til en nematisk, er den jevne orienteringen av molekyler i en kolesterisk energetisk ugunstig. Kirale kolesteriske molekyler kan ordnes parallelt med hverandre i et tynt monolag, men i det tilstøtende laget må molekylene roteres med en viss vinkel. Energien til en slik tilstand vil være mindre enn med en enhetlig orientering. I hvert etterfølgende lag roteres direktør I, som ligger i lagets plan, igjen med en liten vinkel. Dermed skapes en spiralformet rekkefølge av molekyler i en kolesterisk flytende krystall (fig. 7.20). Disse spiralene kan være enten venstre eller høyre. Vinkelen α mellom vektorer I til nabolag er vanligvis hundredeler av en full omdreining, dvs. α≈1®. I dette tilfellet, tonehøyden til den kolesteriske helixen R er flere tusen ångstrøm og kan sammenlignes med bølgelengden til lys i den synlige delen av spekteret. Nematiske flytende krystaller kan betraktes som et spesielt tilfelle av kolesteriske flytende krystaller med en uendelig stor spiralstigning (P→∞). Den spiralformede rekkefølgen av molekyler kan ødelegges av et elektrisk eller magnetisk felt påført vinkelrett på helixens akse.

Smektiske flytende krystaller er mer ordnet enn nematiske og kolesteriske. De er som todimensjonale krystaller. I tillegg til den orienteringsmessige rekkefølgen av molekyler, lik rekkefølgen i nematikk, er det en delvis rekkefølge av massesentrene til molekyler. I dette tilfellet ligger direktøren for hvert lag ikke lenger i lagets plan, som i kolesterikk, men danner en viss vinkel med det.

Avhengig av arten av rekkefølgen av molekyler i lagene, er smektiske flytende krystaller delt inn i to grupper: smctics med ikke-strukturelle Og smektika med strukturelle lag.

I smektiske flytende krystaller med ikke-strukturelle lag massesentrene til molekylene i lagene er plassert kaotisk, som i en væske. Molekyler kan bevege seg ganske fritt langs laget, men massesentrene deres er på samme plan. Disse planene, kalt smectic, er plassert i samme avstand fra hverandre, omtrent lik lengden på molekylet. I fig. Figur 7.21a viser arrangementet av molekyler i en slik smektikum. For den smektiske flytende krystallen vist i figuren, faller regissøren I og normalen n til planet sammen i retning. Med andre ord er de lange aksene til molekylene vinkelrett på de smektiske lagene. Slike flytende krystaller kalles smctics A. I fig. Figur 7.21b viser en smektik med ikke-strukturelle lag, der direktøren ikke er rettet langs normalen til laget, men danner en viss vinkel med denne Flytende krystaller med dette arrangementet av molekyler kalles smctics C. I en rekke av smektiske flytende krystaller er det en mer kompleks rekkefølge enn i smektisk A og C. Et eksempel er smektisk F, detaljene i rekkefølgen som ennå ikke er fullstendig studert.

I smektika med strukturelle lag vi har allerede å gjøre med tredimensjonal statistisk rekkefølge. Her ligger også massesentrene til molekylene i de smektiske lagene, men danner et todimensjonalt gitter. Men i motsetning til krystallinske stoffer, kan lagene gli fritt i forhold til hverandre (som i andre smctics!). På grunn av denne frie glidningen av lag, har alle smectikk en såpeaktig følelse å ta på. Derav navnet deres (det greske ordet "smegma" betyr såpe). I en rekke smektikere er det en rekkefølge av massesentrene til molekyler på samme måte som i smektikum B, men vinkelen mellom regissør I og normal n til lag er ikke-null. I dette tilfellet dannes en pseudoheksagonal monoklin bestilling. Slike smectics kalles H smectics. Det finnes også D smectics, som er nær en kubisk struktur med et kroppssentrert gitter. Blant de nylig syntetiserte flytende krystallene er det de som ikke kan klassifiseres som nematikk, kolesterisk og smektisk. De kalles vanligvis eksotiske mesofaser. Disse inkluderer for eksempel de såkalte skiveformede flytende krystallene, eller diskotika, som studeres intensivt.

1.3. Polarisasjonsmikroskopi er den første metoden for å studere flytende krystaller, det vil si fra bildet som er observert av en forsker i et polariserende mikroskop av kryssede polarisatorer, kan man bedømme hva slags mesofase, hvilken type flytende krystallinsk fase som dannes. Dette er det karakteristiske bildet for den nematiske fasen, hvis molekyler kun danner en orienteringsrekkefølge. Slik ser den smektiske fasen ut. For å gi deg en ide om skalaen til alt dette, det vil si at det er mye større enn molekylskalaen: bredden på bildet er hundrevis av mikron, det vil si at det er et makroskopisk bilde, mye større enn bølgelengden av synlig lys. Og ved å analysere slike bilder kan man bedømme hva slags struktur det er. Naturligvis er det mer nøyaktige metoder for å bestemme strukturen og noen strukturelle trekk ved disse mesofasene - metoder som røntgendiffraksjonsanalyse, ulike typer spektroskopi - dette lar oss forstå hvordan og hvorfor molekylene er pakket på en eller annen måte .

Den kolesteriske mesofasen ser slik ut - et av de typiske bildene.

Når temperaturen endres, observeres en endring i brytningen, slik at fargene endres, vi nærmer oss overgangen - og det observeres en overgang til en isotropisk smelte, det vil si at alt er mørknet, et mørkt bilde er synlig i de kryssede polarisatorene.

Flytende krystallpolymerer.

Flytende krystallinske (LC) polymerer er høymolekylære forbindelser som kan transformeres til LC-tilstanden under visse forhold (temperatur, trykk, konsentrasjon i løsning). LC-tilstanden til polymerer er en likevektsfasetilstand, som inntar en mellomposisjon mellom de amorfe og krystallinske tilstandene, derfor kalles den også ofte mesomorf eller mesofase (fra gresk mesos - mellomliggende). Karakteristiske trekk ved mesofasen er tilstedeværelsen av orienteringsorden i arrangementet av makromolekyler (eller deres fragmenter) og anisotropi av fysiske egenskaper i fravær av ytre påvirkninger. Det er veldig viktig å understreke at LC-fasen dannes spontant, mens orienteringsrekkefølgen i polymeren lett kan induseres ved ganske enkelt å strekke prøven på grunn av den høye anisodiametrien (asymmetrien) til makromolekylene.

Hvis polymerer går inn i LC-tilstand eller mesofase som et resultat av termisk virkning (oppvarming eller avkjøling), kalles de termotropiske LC-polymerer; hvis LC-fasen dannes når polymerer løses opp i visse løsningsmidler, kalles de lyotrope LC-polymerer.

De første forskerne som spådde muligheten for at polymerer skulle danne en mesofase, var V.A. Kargin og P. Flory.

Vi publiserer en utskrift av en forelesning av en seniorforsker ved Institutt for makromolekylære forbindelser ved Det kjemiske fakultet ved Moscow State University, førsteamanuensis, doktor i kjemiske vitenskaper, vinner av presidentprisen i Den russiske føderasjonen for unge forskere for 2009 , Alexey Bobrovsky, gitt 2. desember 2010 på Polytechnic Museum som en del av prosjektet "Public Lectures Polit. RU".

Se også:

Forelesningstekst. Del 1

God kveld! Jeg vil gjerne gjøre noen endringer i regelverket: Foredraget består av to deler: først flytende krystaller, deretter flytende krystallpolymerer, så jeg vil foreslå å stille noen spørsmål etter første del. Det blir lettere.

Jeg vil gjerne si at hovedoppgaven jeg satte for meg selv i forberedelsene til denne forelesningen er ikke så mye å laste deg med en overflod av informasjon om flytende krystaller og deres bruk, men å på en eller annen måte interessere deg for flytende krystaller, for å gi deg noen innledende konsepter: hva de er og viser hvor vakre og interessante de er, ikke fra et utilitaristisk synspunkt (hvor de kan brukes), men fra vitenskapens og kunstens synspunkt (hvor vakre de er i seg selv). Plan for rapporten min.

Først av alt vil jeg fortelle deg når og hvordan den flytende krystallinske tilstanden ble oppdaget, hva som gjør flytende krystaller unike sammenlignet med andre objekter, og i den andre delen av rapporten min vil jeg snakke om flytende krystallinske polymerer og hvorfor de er interessante og fantastiske .

Alle vet at i de fleste stoffer danner molekylene en krystallinsk tilstand, molekylene danner et tredimensjonalt krystallgitter, ordnet i tre dimensjoner, og når de varmes opp til en viss temperatur, observeres en faseovergang fra en tredimensjonal ordnet tilstand til en uordnet flytende tilstand, og med videre oppvarming - til gassform . Det viste seg at det er noen mellomfaser som har den samlede tilstanden til en væske, men som likevel har en viss orden: ikke tredimensjonal, men todimensjonal eller en annen degenerert orden. Jeg skal nå forklare hva vi snakker om.

Den første rapporten om en uvanlig tilstand av materie - den flytende krystallinske tilstanden til materie, selv om dette begrepet ikke eksisterte på den tiden - fant sted i 1888. I følge noen andre data ble en slik uvanlig tilstand av stoffet registrert i 1850, men det er generelt akseptert at Friedrich Reinitzer, en østerriksk vitenskapsmann, i 1888 undersøkte stoffet kolesterylbenzoat - et derivat av kolesterol - og oppdaget at når det ble oppvarmet til 145° blir den krystallinske fasen (hvitt pulver) til en merkelig uklar væske, og ved ytterligere oppvarming til 179° observeres en overgang til en vanlig gjennomsiktig væske. Han prøvde å rense dette stoffet, siden han ikke var sikker på at han hadde rent kolesterylbenzoat, men likevel ble disse to faseovergangene reprodusert. Han sendte en prøve av dette stoffet til vennen fysikeren Otto von Lehmann. Lehman studerte vanlige krystaller, inkludert plastkrystaller, som er myke å ta på og forskjellige fra vanlige harde krystaller. Den viktigste studiemetoden var polarisasjonsoptisk mikroskopi - et mikroskop der lys passerer gjennom en polarisator, passerer gjennom et stoff og deretter gjennom en analysator - gjennom et tynt lag med stoff. Når krystaller av et bestemt stoff plasseres mellom polarisatoren og analysatoren, kan du se teksturer – karakteristiske bilder for ulike krystallinske stoffer – og dermed studere de optiske egenskapene til krystallene. Det viste seg at Otto von Lehmann hjalp ham å forstå hva som var årsaken til mellomtilstanden, vrangforestillingen. Otto von Lehmann var seriøst overbevist om at alle egenskapene til krystallinske stoffer, krystaller, utelukkende avhenger av formen på molekylene, det vil si at det ikke spiller noen rolle hvordan de befinner seg i denne krystallen, formen på molekylene er viktig. Og når det gjelder flytende krystaller, hadde han rett - formen på molekylene bestemmer evnen til å danne en flytende krystallinsk fase (hovedsakelig formen på molekylene). Her vil jeg gjerne snakke om de viktigste historiske stadiene i studiet av flytende krystaller, de viktigste etter min mening.

I 1888 skrev Reinitzer at det finnes krystaller hvis mykhet er slik at de kan kalles flytende, så skrev Lehmann en artikkel om flytende krystaller, faktisk laget han begrepet flytende krystaller. En viktig historisk episode: på 20-30-tallet studerte den sovjetiske fysikeren Fredericks påvirkningen av forskjellige magnetiske og elektriske felt på de optiske egenskapene til flytende krystaller, og han oppdaget en viktig ting: Orienteringen av molekyler i flytende krystaller endres veldig lett under påvirkning av eksterne felt, og disse feltene er svært svake og endres veldig raskt. Siden slutten av 60-tallet begynte en boom i studiet av flytende krystallsystemer og flytende krystallfaser, og det henger sammen med at de lærte å bruke dem. Først, for informasjonsskjermsystemer i vanlige elektroniske digitale klokker, deretter i kalkulatorer, og med bruk av datateknologi, ble det klart at flytende krystaller aktivt kan brukes til fremstilling av skjermer. Naturligvis har et slikt teknologisk sprang stimulert studiet av flytende krystaller fra grunnvitenskapens synspunkt, men jeg vil gjerne påpeke hvor stort tidsgapet er mellom vitenskapelige oppdagelser knyttet til flytende krystaller. Faktisk var folk interessert i dem av nysgjerrighet, det var ingen utilitaristisk interesse, ingen visste hvordan de skulle bruke dem, og dessuten i disse årene (20-30-årene) var relativitetsteorien mye mer interessant. Forresten, Fredericks var popularisereren av relativitetsteorien i Sovjetunionen, deretter ble han undertrykt og døde i leirene. Det gikk faktisk 80 år etter oppdagelsen av flytende krystaller til de lærte å bruke dem. Jeg gir ofte dette eksemplet når jeg snakker om særegenhetene ved vitenskapsfinansiering.

Jeg vil gjerne dvele ved hovedtypene av flytende krystallinsk fase. Hvordan fungerer mesofasen, nemlig den flytende krystallinske fasen?

Vanligvis er den flytende krystallinske fasen dannet av molekyler som har en stav- eller skiveformet form, det vil si at de har formanisometri, først og fremst staver eller skiver. Du kan forestille deg et godt eksperiment som er enkelt å sette opp: hvis du tilfeldig heller pinner i en boks og rister den, vil du som et resultat av denne ristingen legge merke til at selve pinnene er stablet parallelt, som er den enkleste nematikken. fase er ordnet. Det er orienteringsrekkefølge langs en bestemt retning, men massesenteret til molekylene er uordnet. Det er mye mer komplekse faser, for eksempel av den smektiske typen, når massesenteret er i plan, det vil si slike lagdelte faser. Den kolesteriske fasen er veldig interessant: dens lokale rekkefølge er den samme som for den nematiske, det er en orienteringsrekkefølge, men i en avstand på hundrevis av nanometer dannes en spiralformet struktur med en viss vridningsretning, og utseendet til denne fasen skyldes det faktum at molekylene er kirale, det vil si at det er nødvendig med molekylær kiralitet (jeg vil forklare hva dette er senere) for å danne en slik spiralformet vridning. Denne fasen har også interessante egenskaper, som den nematiske, og kan også finne noen anvendelse. Fasene jeg snakket om er de enkleste. Det er såkalte blå faser.

Jeg skal dvele litt ved dem når jeg snakker om polymerer, dette er litt relatert til arbeidet mitt. Her indikerer disse linjene orienteringsretningen til molekylene, og hovedstrukturelementet i slike faser er slike sylindre der orienteringen til molekylenes lange akser smart endres, det vil si at i midten av denne sylinderen er orienteringen langs sylinderens akse, og når den beveger seg bort til periferien, observeres en rotasjon. Disse fasene er veldig interessante fra et struktursynspunkt, veldig vakre i et polariserende mikroskop, og det er viktig å merke seg at når det gjelder flytende krystaller med lav molekylvekt, eksisterer disse fasene i noen tideler av en grad, i beste fall en 2 -3° temperaturområde, og i tilfelle av polymerer klarte jeg å fange disse interessante strukturene, og jeg vil fortelle deg om det senere. Litt kjemi. Hvordan ser strukturene til flytende krystallmolekyler ut?

Vanligvis er det en aromatisk del av 2-3 benzenringer, noen ganger kan det være to aromatiske ringer koblet direkte, det kan være en bindende del. Det er viktig at dette fragmentet er forlenget, det vil si at lengden er større enn bredden, og at den er ganske stiv, og rotasjon rundt en lang akse er mulig, men under denne rotasjonen forblir formen langstrakt. Dette er veldig viktig for at den flytende krystallfasen skal dannes. Tilstedeværelsen av fleksible haler i molekylet er viktig - disse er forskjellige alkylhaler, og tilstedeværelsen av forskjellige polare substituenter er viktig. Dette er viktig for applikasjonen, og det skaper dipolmomenter og evnen til å reorientere seg i eksterne felt, det vil si at dette molekylet er sammensatt av to hoveddeler: et mesogent fragment med en eller annen substituent (polar eller ikke-polar) og en fleksibel hale som kan bøye seg. Hvorfor trengs det? Det fungerer som en intern mykner, fordi hvis du tar stive molekyler, vil de krystallisere - de vil danne en tredimensjonal krystall uten noen mesofaser, uten flytende krystallinske faser, og den fleksible halen hjelper ofte til at det dannes en mellomfase mellom krystallene og en vanlig isotrop væske. En annen type molekyler er skiveformede molekyler. Her er den generelle strukturen til slike skiver, som også kan danne mesafaser, men de har en helt annen struktur enn faser basert på langstrakte molekyler. Jeg vil gjerne understreke for deg hvor vakre flytende krystaller er under et polariserende mikroskop.

Polarisasjonsmikroskopi er den første metoden for å studere flytende krystaller, det vil si fra bildet som er observert av en forsker i et polariserende mikroskop av kryssede polarisatorer, kan man bedømme hva slags mesofase, hvilken type flytende krystallinsk fase som dannes. Dette er det karakteristiske bildet for den nematiske fasen, hvis molekyler kun danner en orienteringsrekkefølge. Slik ser den smektiske fasen ut. For å gi deg en ide om skalaen til alt dette, det vil si at det er mye større enn molekylskalaen: bredden på bildet er hundrevis av mikron, det vil si at det er et makroskopisk bilde, mye større enn bølgelengden av synlig lys. Og ved å analysere slike bilder kan man bedømme hva slags struktur det er. Naturligvis er det mer nøyaktige metoder for å bestemme strukturen og noen strukturelle trekk ved disse mesofasene - metoder som røntgendiffraksjonsanalyse, ulike typer spektroskopi - dette lar oss forstå hvordan og hvorfor molekylene er pakket på en eller annen måte .

En annen type bilde er en konsentrert løsning av korte DNA-fragmenter (vandig løsning) - et slikt bilde ble oppnådd ved University of Colorado. Generelt sett er viktigheten og trekk ved dannelsen av flytende krystallinske faser i biologiske objekter et tema for en egen stor diskusjon, og jeg er ingen ekspert på dette, men jeg kan si at mange polymerer av biologisk art kan produsere en væske. krystallinsk fase, men dette er vanligvis en lyotrop flytende krystallinsk fase, dvs. Det er viktig at et løsningsmiddel, som vann, er tilstede for at denne flytende krystallinske fasen skal dannes. Dette er bildene jeg fikk.

Slik ser den kolesteriske mesofasen ut - et av de typiske bildene. Jeg vil gjerne vise hvor vakre faseoverganger ser ut: når temperaturen endres, kan vi observere en faseovergang.

Når temperaturen endres, observeres en endring i brytningen, slik at fargene endres, vi nærmer oss overgangen - og det observeres en overgang til en isotropisk smelte, det vil si at alt er mørknet, et mørkt bilde er synlig i de kryssede polarisatorene.

I et annet tilfelle er det litt mer komplisert: først er et mørkt bilde synlig, men naturen bedrar oss, molekylene er ganske enkelt orientert slik at de ser ut som en isotropisk smelte, men det var en flytende krystallinsk fase. Her er overgangen til en annen flytende krystallinsk fase - ved avkjøling, mer ordnede endringer i orientering. Den røde fargen er assosiert med en spiralformet struktur med en viss stigning av helixen, og stigningen til helixen endres, helixen vrir seg, så det er en endring i farger. Ulike disklinasjoner er synlige, det vil si at spiralen vrir seg, og nå vil det på et tidspunkt bli observert krystallisering av denne prøven, alt dette vil bli blått. Jeg viser dette ved at et av mine personlige motiver for å studere for eksempel flytende krystaller er deres skjønnhet, jeg ser på dem med glede gjennom et mikroskop, jeg har gleden av å gjøre dette hver dag, og den estetiske interessen støttes av vitenskapelig interesse. Nå blir det krystallisering, alt skjer i sanntid. Jeg har ingen bjeller og plystre, det er en vanlig såpeskål montert på et mikroskop, så kvaliteten er passende. Her vokser sfærulittene til denne forbindelsen. Denne forbindelsen ble syntetisert for oss av kjemikere i Tsjekkia. (Vi syntetiserer også LCD-forbindelser selv.) Det må sies litt om hvorfor de er mye brukt.

Hver av oss har med oss ​​en liten mengde flytende krystaller, fordi alle mobiltelefonskjermer er basert på flytende krystaller, for ikke å nevne dataskjermer, skjermer, TV-skjermer og seriøs konkurranse fra plasmaskjermer og LED-skjermer generelt - da, som så vidt jeg vet (jeg er ingen ekspert på dette), nei. Flytende krystaller er stabile og krever ikke mye spenning for å bytte bildet - dette er veldig viktig. En viktig kombinasjon er observert i flytende krystaller, den såkalte anisotropien av egenskaper, det vil si ulikheten mellom egenskaper i forskjellige retninger i mediet, deres lave viskositet, med andre ord, fluiditet, det er mulig å lage en slags optisk enhet som vil bytte og reagere med en karakteristisk byttetid millisekunder eller til og med mikrosekunder er når øyet ikke legger merke til hastigheten på denne endringen, som er grunnen til at eksistensen av LCD-er og TV-skjermer er mulig, og svært høy følsomhet for eksterne felt. Disse effektene ble oppdaget før Fredericks, men ble studert av ham, og orienteringsovergangen som jeg skal snakke om nå kalles Fredericks-overgangen. Hvordan fungerer en enkel digital klokkeskive, og hvorfor er flytende krystaller så mye brukt?

Enheten ser slik ut: det er et lag med flytende krystall; pinnene representerer orienteringsretningen i flytende krystallmolekylet, selvfølgelig er de ikke i skala, de er mye mindre enn resten av designelementene, det er to polarisatorer, de er krysset på en slik måte at hvis det ikke var noen flytende krystalllag, ville lys ikke passere gjennom dem. Det er glassunderlag som påføres et tynt ledende lag slik at et elektrisk felt kan påføres; Det er også et så vanskelig lag som orienterer flytende krystallmolekylene på en bestemt måte, og orienteringen er satt på en slik måte at på toppsubstratet er molekylene orientert i én retning, og på det andre substratet - i vinkelrett retning , det vil si at en vridningsorientering av flytende krystallmolekylene er organisert, slik at lyset, når det faller på en polarisator, polariseres - det går inn i et flytende krystallinsk medium, og polariseringsplanet roterer etter væskens orientering krystallmolekyl - dette er egenskapene til flytende krystallmolekyler. Og følgelig, på grunn av det faktum at det roterer 90° i plan polarisering, passerer lys rolig gjennom denne geometrien, og hvis et elektrisk felt påføres, stiller molekylene seg langs det elektriske feltet, og derfor endrer ikke polarisert lys polarisasjonen. og kan ikke passere gjennom en annen polarisator. Slik fremstår et mørkt bilde. I virkeligheten brukes et speil på et armbåndsur og det kan lages segmenter som lar en visualisere et eller annet bilde. Dette er det enkleste opplegget, selvfølgelig, flytende krystallmonitorer er mye mer komplekse strukturer, flerlags, lagene er vanligvis veldig tynne - fra titalls nanometer til mikron - men prinsippet er stort sett det samme, og denne overgangen er når orientering av molekylene endres langs det elektriske eller magnetiske feltet (monitorer bruker et elektrisk felt fordi det er lettere) kalles Fredericks-overgangen (effekt) og brukes aktivt i alle slike enheter. Den første prototypen er en nematisk skjerm i skiven.

Og dette er et bilde som illustrerer hvor lite et elektrisk felt som trengs for å reorientere et flytende krystallmolekyl. Faktisk er dette en galvanisk celle sammensatt av to poteter som en elektrolytt, det vil si at det kreves en veldig liten spenning i området 1V for en slik reorientering, og det er grunnen til at disse stoffene er så mye brukt. En annen applikasjon, og vi snakker om kolesteriske flytende krystaller, som jeg vil snakke om mer detaljert, skyldes det faktum at de er i stand til å endre farge avhengig av temperatur.

Dette skyldes spiralens ulike stigning, og det er mulig å visualisere for eksempel temperaturfordelingen. Jeg er ferdig med å snakke om flytende krystaller med små molekyler og er klar til å lytte til spørsmålene dine om dem før jeg går videre til flytende polymerkrystaller.

Diskusjon av foredraget. Del 1

Tatyana Sukhanova, Institutt for bioorganisk kjemi: Svar på amatørens spørsmål: i hvilket område endres fargen på flytende krystaller, og hvordan avhenger dette av strukturen deres?

Alexey Bobrovsky: Vi snakker om kolesteriske flytende krystaller. Her endres fargen avhengig av stigningen til den kolesteriske helixen. Det er kolesteriske stoffer som selektivt reflekterer lys i henholdsvis UV-området, det usynlige området, og det er kolesteriske stoffer som selektivt reflekterer lys på grunn av denne periodisiteten i det infrarøde området, det vil si at vi snakker om mikron, titalls mikron og i tilfellet med fargebilder, som jeg viste det i polarisert optisk mikroskopi, er det mer komplisert der, og fargen skyldes det faktum at polarisert lys, polariseringsplanet i en flytende krystall, roterer annerledes, og dette avhenger av bølgelengde. Det er et komplekst utvalg av farger, og hele det synlige området er dekket, det vil si at du kan finne en rekke farger.

Boris Dolgin: Kan du fortelle oss litt mer om livet?

Alexey Bobrovsky: Om livet? Spesielt om flytende krystallers rolle i biologi?

Boris Dolgin: Ja.

Alexey Bobrovsky: Dette er dessverre ikke mitt tema i det hele tatt. Jeg gir deg en lenke til boken på slutten. Først av alt, når de snakker om koblingen av flytende krystaller i biologi, snakker de om hvordan de kan brukes i medisin - det er mange forskjellige alternativer. I lipidcellemembraner oppstår den flytende krystallinske tilstanden ved rimelige biologiske temperaturer.

Boris Dolgin: Og dette er ikke en artefakt i det hele tatt, og dette er tilleggsforskning.

Alexey Bobrovsky: Ja. Det virker for meg som om rollen til den flytende krystallinske tilstanden fortsatt ikke er helt kjent, og noen ganger er det bevis på at DNA i en celle kan eksistere i en flytende krystallinsk tilstand, men dette er et tema for fremtidig forskning. Dette er ikke mitt vitenskapsfelt. Jeg er mer interessert i flytende krystallinske syntetiske polymerer, som jeg vil snakke om videre.

Boris Dolgin: Er LCD-polymerer helt kunstige?

Alexey Bobrovsky: Ja, stort sett er alt kunstig. Fargingen av for eksempel noen biller og sommerfugler skyldes slike naturlige ikke flytende krystaller, men en frossen flytende krystallinsk tilstand på grunn av kitinøse biologiske polymerer. Dette er hvordan evolusjonen fant ut at farging ikke skyldes pigmenter, men på grunn av den utspekulerte strukturen til polymerer.

Mikhail Potanin: Jeg har et spørsmål om den magnetiske følsomheten til flytende krystaller. Hvor følsomme er de for jordas magnetfelt? Er det mulig å lage kompass med dem?

Alexey Bobrovsky: Nei du kan ikke. Dessverre er det dette som skjedde. Hva bestemmer følsomheten til flytende krystaller? Det er konseptet med diamagnetisk følsomhet og dielektrisk konstant, og i tilfelle av et elektrisk felt er alt mye mer praktisk og bedre, det vil si at det er nok å faktisk bruke 1 V til en slik flytende krystallcelle - og alt vil bli reorientert , og i tilfelle av et magnetfelt snakker vi om teslaer - slike feltstyrker er uforlignelig høyere enn styrken til jordens magnetfelt,

Lev Moskovkin: Jeg har kanskje et helt amatørmessig spørsmål. Foredraget er absolutt sjarmerende, den estetiske tilfredsstillelsen er stor, men selve presentasjonen er mindre. Bildene du viste likner på kjernen – de er også estetisk aktive – og Jabotinsky-reaksjonen, selv om bildene dine ikke er sykliske. Takk skal du ha.

Alexey Bobrovsky: Jeg er ikke klar til å svare på dette spørsmålet. Dette må ses på i litteraturen. I polymerer og flytende krystaller er det en teori om "skalering", det vil si selvlikhet. Jeg synes det er vanskelig å svare på dette spørsmålet, jeg er ikke kompetent i dette emnet.

Natalia: Nå deles det ut Nobelpriser til russiske forskere. Etter din mening kunne Fredericks, hvis han hadde holdt seg i live, ha mottatt denne prisen? Generelt, mottok noen av forskerne som jobbet med dette emnet en Nobelpris?

Alexey Bobrovsky: Jeg tror, ​​selvfølgelig, Fredericks ville være den første kandidaten. Han døde i en leir under krigen. Hvis han hadde levd til 1968-1970, ville han vært den første kandidaten til Nobelprisen – dette er ganske åpenbart. Fortsatt en stor fysiker, men ble ikke tildelt en pris (vi snakker om våre forskere), - Tsvetkov er grunnleggeren av fysikerskolen i St. Petersburg, dessverre falt den fra hverandre i en eller annen grad. Spørsmålet om hvem som mottok Nobelprisen for flytende krystaller ble ikke spesifikt vurdert eller studert, men etter min mening var det bare Paul de Gennes som fikk Nobelprisen for polymerer og flytende krystaller.

Boris Dolgin: Er moten for å studere flytende krystaller borte for alltid?

Alexey Bobrovsky: Ja, selvfølgelig er det ikke lenger noen spenning, for mye er allerede klart med den enkleste mesofasen (nematisk flytende krystallinsk fase), og det er klart at det er det mest optimale for bruk. Det er fortsatt en viss interesse for mer komplekse faser, fordi noen fordeler kan oppnås sammenlignet med den godt studerte, men antallet publikasjoner om flytende krystallinsk tilstand faller.

Boris Dolgin: Det vil si at du ikke ser noen kvalitative sprang i forståelsen, ingen soner der det vil være et globalt mysterium.

Alexey Bobrovsky: Jeg tror det er bedre å ikke komme med spådommer, for alt kan skje. Vitenskapen utvikler seg ikke alltid konsekvent. Noen ganger er det rare hopp, så jeg påtar meg ikke å komme med noen spådommer.

Konstantin Ivanovich: Jeg vil gjerne vite hvor trygge de er for menneskeliv.

Alexey Bobrovsky: Folk som lager LCD-skjermer gjennomgår sikkerhetstester. Drikker du en liter flytende krystall vil du sannsynligvis føle deg kvalm, men siden det brukes milligram er det ingen alvorlig fare. Dette er mye tryggere enn ødelagt, kvikksølv som lekker fra et termometer. Dette er helt uforlignelig i skade. Det dukker nå opp forskning på resirkulering av flytende krystaller. Jeg har hørt en rapport hvor dette problemet blir tatt på alvor, at det allerede er en stor mengde skrap, og hvordan det kan gjenvinnes, men miljøproblemene er minimale. De er trygge.

Boris Dolgin: Det var en veldig interessant ting på slutten. Hvis du ser for deg en brukt LCD-skjerm og så videre. Hva vil skje med ham videre, hva skjer? Hvordan kastes det – eller blir det ikke kastet, eller brytes det ned på en eller annen måte, eller blir det værende?

Alexey Bobrovsky: Jeg tror at flytende krystallmolekyler er det første som vil brytes ned under ytre påvirkninger.

Boris Dolgin: Så det er ingen spesiell spesifisitet her?

Alexey Bobrovsky: Selvfølgelig ikke. Jeg tror problemene der med resirkulering av plast og polymerer er mye mer kompliserte.

Oleg: Fortell meg hva som bestemmer temperaturområdet til flytende krystallinske faser? Som du vet, opererer alle moderne skjermer over et veldig bredt temperaturområde. Hvordan ble dette oppnådd, og av hvilke egenskaper og struktur av materie bestemmes de?

Alexey Bobrovsky: Flott spørsmål. Faktisk, vanlige forbindelser, de fleste av de organiske forbindelsene som syntetiseres individuelt, har slike temperaturer som jeg viste, kolesterylbenzoat smelter ved 140°, deretter isotropisk dekomponering 170°. Det er enkeltstoffer som har lavt smeltepunkt, rundt romtemperatur, og omdannes til en vanlig isotrop væske rundt 50°, men for å realisere et så bredt temperaturområde, ned til minusgrader, måtte det lages blandinger. Konvensjonelle blandede sammensetninger av forskjellige stoffer, når de blandes, er deres smeltepunkt sterkt redusert. Et slikt triks. Vanligvis er dette homologe serier, det som brukes i skjermer er et bifenylderivat, hvor det ikke er X og en nitrilsubstituent, og haler av forskjellig lengde tas som alkylhaler, og en blanding av 5-7 komponenter gjør det mulig å senke smeltepunktet under 0 °, mens du forlater klaringstemperaturen, det vil si overgangen av den flytende krystallinske til den isotropiske fasen, over 60 ° - dette er et slikt triks.

Forelesningstekst. Del 2

Først av alt vil jeg si hva polymerer er.

Polymerer er forbindelser som oppnås ved gjentatt repetisjon, det vil si kjemisk binding av identiske enheter - i det enkleste tilfellet, identiske, som i tilfellet med polyetylen, disse er CH 2-enheter koblet til hverandre i en enkelt kjede. Selvfølgelig er det mer komplekse molekyler, til og med DNA-molekyler, hvis struktur ikke gjentas og er organisert på en veldig kompleks måte.

Hovedtyper av polymertopologi: de enkleste molekylene er lineære kjedemolekyler, det er forgrenede, kamformede polymerer. Kamformede polymerer har spilt en viktig rolle i fremstillingen av flytende krystallinske polymerer. Stjerneformede, ringbundne polycatenaner er en rekke molekylære former. Da forskning på flytende krystallinsk tilstand var i full gang, da flytende krystaller ble studert, oppsto en idé: er det mulig å kombinere de unike optiske egenskapene til flytende krystaller med de gode mekaniske egenskapene til polymerer - evnen til å danne belegg, filmer , og noen produkter? Og det som kom til tankene i 1974 (det var den første publikasjonen) - på slutten av 60-tallet - begynnelsen av 70-tallet begynte de å foreslå forskjellige tilnærminger til produksjon av flytende krystallinske polymerer.

En tilnærming er å feste stavformede, pinneformede molekyler til et lineært makromolekyl, men det viste seg at slike polymerer ikke danner en flytende krystallinsk fase – de er vanlige skjøre glass, som ved oppvarming begynner å brytes ned og ikke gir noe. . Så, parallelt, i to laboratorier (jeg vil snakke om dette mer detaljert senere), ble det foreslått en tilnærming for å feste slike stavformede molekyler til hovedpolymerkjeden gjennom fleksible avstandsstykker - eller dekoblinger, på russisk. Og så viser det seg: det er en liten autonomi mellom hovedpolymerkjeden, den fortsetter stort sett uavhengig, og oppførselen til stavformede molekyler, det vil si at hovedpolymerkjeden ikke forstyrrer dannelsen av den stavformede fragmenter av den flytende krystallinske fasen.

Denne tilnærmingen viste seg å være svært fruktbar, og parallelt, i to laboratorier - i laboratoriet til Nikolai Alfredovich Plate i Sovjetunionen og i Ringsdorf-laboratoriet - ble en slik tilnærming uavhengig foreslått, og jeg er glad for å jobbe nå i Laboratoriet til Valery Petrovich Shibaev ved Det kjemiske fakultetet ved Moscow State University, det vil si at jeg jobber i laboratoriet der alt dette ble oppfunnet. Naturligvis var det uenighet om prioriteringer, men alt dette er uviktig.

Hovedtyper av flytende krystallpolymerer. Jeg vil ikke snakke om slike hovedkjeder eller hovedgruppene i hovedpolymerkjeden (dette er en type slike polymerer), jeg vil hovedsakelig snakke om kamformede flytende krystallinske polymerer, der de stavformede fragmentene er koblet til hovedkjede gjennom en fleksibel alifatisk avkobling.

En viktig fordel med tilnærmingen til å lage flytende krystallinske polymerer med tanke på syntese og kombinasjon av forskjellige egenskaper er muligheten for å oppnå homopolymerer. Det vil si at du tar en monomer som er i stand til å danne et kjedemolekyl, for eksempel på grunn av en dobbeltbinding, skjematisk avbildet her, og du kan få en homopolymer, det vil si en polymer hvis molekyler består av identiske stavformede fragmenter , eller du kan lage kopolymerer ved å kombinere to forskjellige fragmenter - de kan begge danne en mesofase, eller de kan kombinere ikke-mesogene fragmenter med mesogene fragmenter, og det viser seg at vi har evnen til å kjemisk tvinge forskjellige komponenter til å være i samme polymersystem. Med andre ord, hvis vi prøvde å blande en slik monomer med en slik monomer uten kjemisk binding, ville de gi to separate faser, og ved å binde dem kjemisk tvinger vi dem til å være i samme system, og så skal jeg vise hvorfor dette er bra.

En viktig fordel og forskjell mellom polymere flytende krystaller og lavmolekylære flytende krystaller er muligheten for å danne en glassaktig tilstand. Hvis du ser på temperaturskalaen: vi har en isotrop fase ved høye temperaturer, når temperaturen synker, dannes det en flytende krystallinsk fase (under disse forholdene ser polymeren ut som en veldig tyktflytende væske), og når den avkjøles, en overgang til en glassaktig tilstand observeres. Denne temperaturen er vanligvis nær eller litt over romtemperatur, men dette avhenger av den kjemiske strukturen. Således, i motsetning til lavmolekylære forbindelser, som enten er flytende eller går inn i en krystallinsk tilstand, endres strukturen. Når det gjelder polymerer, viser denne strukturen seg å være frosset i en glassaktig tilstand, som kan vedvare i flere tiår, og dette er viktig fra et brukssynspunkt, for eksempel for å registrere lagring av informasjon, kan vi endre struktur og orientering av molekylet, fragmenter av molekylet og fryse dem ved romtemperatur. Dette er en viktig forskjell og fordel med polymerer fra forbindelser med lav molekylvekt. Hva annet er polymerer bra for?

Denne videoen viser en flytende krystallelastomer, det vil si at den føles som en gummistrikk som trekker seg sammen når den varmes opp og utvider seg når den avkjøles. Dette arbeidet er hentet fra Internett. Dette er ikke mitt arbeid, her er et akselerert bilde, det vil si at i virkeligheten, dessverre, observeres denne overgangen innen titalls minutter. Hvorfor skjer dette? Hva er en flytende krystallelastomer, som har en ganske lav glassovergangstemperatur, det vil si at den er i elastisk tilstand ved romtemperatur, men makromolekylene er tverrbundet, og hvis vi syntetiserer en film i den flytende krystallinske fasen, så polymerkjeden gjentar litt orienteringen til de mesogene gruppene, og hvis vi varmer den opp, går de mesogene gruppene inn i en uordnet tilstand og overfører følgelig hovedpolymerkjedene til en uordnet tilstand, og anisometrien til makromolekylære spoler endres. Dette fører til det faktum at ved oppvarming, under overgangen fra mesofasen til den isotropiske fasen, observeres en endring i de geometriske dimensjonene til prøven på grunn av en endring i formen til polymerspolene. Når det gjelder flytende krystaller med lav molekylvekt, kan dette ikke observeres. To grupper i Tyskland - Finkelman, Zentel - og andre grupper jobbet mye med disse tingene. Det samme kan observeres under påvirkning av lys.

Det er mange arbeider på fotokrome polymerer som inneholder et azobenzenfragment - to benzenringer forbundet med hverandre med en NN-dobbeltbinding. Hva skjer når slike molekylære fragmenter utsettes for lys? Den såkalte trans-cis-isomeriseringen observeres, og det stavformede fragmentet, når det bestråles med lys, forvandles til en skrå buet cis-form, et bøyd fragment. Dette fører også til det faktum at rekkefølgen i systemet avtar sterkt, og akkurat som vi så tidligere under oppvarming, også under bestråling er det en reduksjon i de geometriske dimensjonene, en endring i formen på filmen, i dette tilfellet observerte vi en reduksjon.

Forskjellige typer bøyedeformasjoner kan realiseres under bestråling, det vil si at når de bestråles med UV-lys, kan en slik bøyning av filmen realiseres. Når den utsettes for synlig lys, observeres omvendt cis-trans-isomerisering, og denne filmen utvider seg. Alle slags alternativer er mulige - det kan avhenge av polariseringen av det innfallende lyset. Jeg snakker om dette fordi dette nå er et ganske populært område for forskning på flytende krystallinske polymerer. De klarer til og med å lage noen enheter basert på dette, men så langt, dessverre, er overgangstidene ganske lange, det vil si at hastigheten er lav, og derfor er det umulig å snakke om noen spesifikk bruk, men likevel er disse slike kunstig skapte muskler, som virker, jobber når temperaturen endres eller når de utsettes for lys med forskjellige bølgelengder. Nå vil jeg fortelle deg litt om arbeidet mitt direkte.

Hva er oppgaven med arbeidet mitt, laboratoriet vårt. Jeg har allerede snakket om fordelene med kopolymerisasjon, muligheten for å kombinere helt forskjellige fragmenter i ett polymermateriale, og hovedoppgaven, hovedtilnærmingen til å lage så forskjellige multifunksjonelle flytende krystallinske polymerer er kopolymeriseringen av et bredt spekter av funksjonelle monomerer, som kan være mesogen, det vil si ansvarlig for dannelsen av flytende krystallinske polymerer.faser, kirale (jeg vil snakke om kiralitet senere), fotokromiske, det vil si at de er i stand til å endre seg under påvirkning av lys, elektroaktive, som bærer en stor dipolmoment og kan reorienteres under påvirkning av et felt, ulike typer funksjonelle grupper som for eksempel kan samhandle med metallioner, og endringer i materialet er mulig. Og dette er et slikt hypotetisk kamformet makromolekyl tegnet her, men i virkeligheten får vi doble eller ternære kopolymerer som inneholder forskjellige kombinasjoner av fragmenter, og følgelig kan vi endre de optiske og andre egenskapene til disse materialene ved å bruke forskjellige påvirkninger, for eksempel , lys og et elektrisk felt. Et slikt eksempel på en kombinasjon av kiralitet og fotokromisitet.

Jeg har allerede snakket om den kolesteriske mesofasen - faktum er at en spiralformet molekylstruktur er dannet med en viss spiralstigning, og slike systemer har selektiv refleksjon av lys på grunn av slik periodisitet. Dette er et skjematisk diagram av en filmseksjon: en viss helix-pitch, og faktum er at selektiv refleksjon er lineært relatert til helix-pitch - proporsjonal med helix-pitch, det vil si ved å endre helix-pitch på en eller annen måte, vi kan endre fargen på filmen, bølgelengden til den selektive refleksjonen. Hva forårsaker en slik struktur med en viss grad av vridning? For at en slik struktur skal dannes, må chirale fragmenter introduseres i den nematiske fasen.

Molekylær kiralitet er egenskapen til molekyler å være uforenlig med deres speilbilde. Det enkleste chirale fragmentet vi har foran oss er våre to håndflater. De er omtrent speilbilder av hverandre og er på ingen måte sammenlignbare. Molekylær kiralitet introduserer i et nematisk system evnen til å vri seg og danne en helix. Det må sies at det fortsatt ikke er noen klar, godt forklarende teori om spiralvridning, men den er likevel observert.

Det er en viktig parameter, jeg vil ikke dvele ved den, - dette er vridningskraften, og det viste seg at vridningskraften - evnen til kirale fragmenter til å danne en spiralformet struktur - er sterkt avhengig av geometrien til de kirale fragmentene.

Vi har fått kiral-fotokrome kopolymerer som inneholder et mesogent fragment (vist som en blå pinne) - det er ansvarlig for dannelsen av en nematisk flytende krystallinsk fase. Det er oppnådd kopolymerer med kiral-fotokrome fragmenter, som på den ene siden inneholder et kiralt molekyl (gruppe), og på den annen side et fragment som er i stand til fotoisomerisering, det vil si endre geometri under påvirkning av lys, og ved å bestråle slike molekyler, induserer vi trans-cis-isomerisering, vi endrer strukturen til det kirale fotokromatiske fragmentet og - som et resultat - dets evne til å indusere effektiviteten til å indusere den kolesteriske helixen, det vil si på denne måten kan vi, for eksempel slappe av den kolesteriske helixen under påvirkning av lys, vi kan gjøre dette reversibelt eller irreversibelt. Hvordan ser et eksperiment ut, hva kan vi implementere?

Vi har en del av en kolesterisk film av en kolesterisk polymer. Vi kan bestråle den ved hjelp av en maske og lokalt indusere isomerisering; under isomerisering endres strukturen til de kirale fragmentene, deres vridningsevne reduseres, og lokal avvikling av helixen observeres, og siden avvikling av helixen observeres, vi kan endre bølgelengden til den selektive refleksjonen av farge, det vil si fargefilmene.

Prøvene som ble oppnådd i vårt laboratorium er polymerprøver bestrålt gjennom en maske. Vi kan ta opp ulike typer bilder på slike filmer. Dette kan være av anvendt interesse, men jeg vil påpeke at hovedfokuset i vårt arbeid er å studere påvirkningen av strukturen til slike systemer på molekylær design, på syntesen av slike polymerer og på egenskapene til slike systemer. . I tillegg har vi lært å ikke bare kontrollere lys, bølgelengden til selektiv refleksjon, men også å kontrollere elektrisitet. For eksempel kan vi ta opp en slags fargebilde, og deretter, ved å bruke et elektrisk felt, på en eller annen måte endre det. På grunn av allsidigheten til slike materialer. Slike overganger - avvikling-vridning av helixen - kan være reversible.

Det avhenger av den spesifikke kjemiske strukturen. For eksempel kan vi få bølgelengden til selektiv refleksjon (faktisk fargelegging) til å avhenge av antall opptaksslettesykluser, det vil si at når vi bestråles med ultrafiolett lys, vikler vi av spiralen, og filmen blir fra grønn til rød , og så kan vi varme den opp til en temperatur på 60° og indusere omvendt vri. På denne måten kan du implementere mange looper. Avslutningsvis vil jeg komme tilbake litt til det estetiske aspektet ved flytende krystaller og flytende krystallpolymerer.

Jeg viste og snakket litt om den blå fasen - en kompleks, veldig interessant struktur, de studeres fortsatt, nanopartikler introduseres der og de ser hva som endrer seg der, og i flytende krystaller med lav molekylvekt eksisterer denne fasen i noen brøkdeler av grader (2°-3°, men ikke mer), de er veldig ustabile. Det er nok å presse prøven litt - og denne vakre teksturen, et eksempel på den er vist her, er ødelagt, og i polymerer i 1994-1995, ved å varme opp i lang tid, skyte filmer ved visse temperaturer, var jeg i stand til å se slike vakre teksturer av kolesteriske blå faser, og jeg klarte meg uten noen triks (uten å bruke flytende nitrogen) bare avkjøl disse filmene og observer disse teksturene. For nylig fant jeg disse prøvene. 15 år har gått - og disse teksturene har holdt seg helt uendret, det vil si at den utspekulerte strukturen til de blå fasene, som noen eldgamle insekter i rav, har holdt seg fast i mer enn 10 år.

Dette er naturlig nok praktisk fra et forskningssynspunkt. Vi kan sette dette i et atomkraftmikroskop og studere deler av slike filmer - det er praktisk og vakkert. Det var alt for meg. Jeg vil gjerne referere til litteraturen.

Den første boken av Sonin Anatoly Stepanovich, jeg leste den for mer enn 20 år siden, 1980, fra forlaget "Centaur and Nature", da, mens jeg fortsatt var skolebarn, ble jeg interessert i flytende krystaller, og det skjedde slik at Anatoly Stepanovich Sonin var en anmelder av oppgaven min. En mer moderne publikasjon er artikkelen av min vitenskapelige veileder Valery Petrovich Shibaev "Liquid crystals in the chemistry of life." Det finnes en enorm mengde litteratur på engelsk; har du interesse og lyst kan du finne mye selv. For eksempel Dierkings bok "Textures of Liquid Crystals". Jeg fant nylig en bok som fokuserer på bruken av flytende krystaller i biomedisin, det vil si at hvis noen er interessert i akkurat dette aspektet, anbefaler jeg det. Det er en e-post for kommunikasjon, jeg vil alltid gjerne svare på dine spørsmål og kanskje sende deg noen artikler hvis det er slik interesse. Takk for din oppmerksomhet.

Diskusjon av foredraget. Del 2

Alexey Bobrovsky: Det var nødvendig å vise litt spesifikk kjemi. Dette er min unnlatelse. Nei, dette er en flertrinns organisk syntese. Noen enkle stoffer tas, i kolber ligner det et kjemisk kjøkken, molekyler under slike reaksjoner kombineres til mer komplekse stoffer, de isoleres på nesten alle trinn, de blir på en eller annen måte analysert, samsvaret med strukturen vi ønsker å oppnå er etablert med de spektrale dataene som instrumenter gir oss, slik at vi kan være sikre på at dette er stoffet vi trenger. Dette er en ganske kompleks sekvensiell syntese. Selvfølgelig krever flytende krystallinske polymerer enda mer arbeidskrevende syntese for å oppnå. Det ser ut som forskjellige hvite pulvere lager oransje pulver. En flytende krystallpolymer ser ut som et gummibånd, eller det er et solid sintret stoff, men hvis du varmer det opp og lager en tynn film (dette er mulig når det varmes opp), så gir dette merkelige stoffet vakre bilder i et mikroskop.

Boris Dolgin: Jeg har et spørsmål, kanskje fra et annet område, faktisk, kanskje først Lev, så meg, for ikke å distrahere fra den faktiske delen.

Lev Moskovkin: Du fascinerte meg virkelig med dagens forelesning, for meg er dette oppdagelsen av noe nytt. Spørsmålene er enkle: hvor sterk er muskelstyrken? Hva virker det på? Og av uvitenhet, hva er tekstur, hvordan skiller den seg fra struktur? Etter foredraget ditt virker det for meg at alt som er strukturert i livet, alt takket være flytende krystaller, også i stor grad reguleres av lys og en svak impuls. Tusen takk.

Alexey Bobrovsky: Selvfølgelig kan det ikke sies at alt er regulert av flytende krystaller, dette er selvfølgelig ikke tilfelle. Det finnes forskjellige former for selvorganisering av materie, og den flytende krystallinske tilstanden er bare en av disse formene for selvorganisering. Hvor sterke er polymermuskler? Jeg vet ikke de kvantitative egenskapene sammenlignet med eksisterende jernbaserte enheter, grovt sett er de selvfølgelig ikke så sterke, men jeg vil si at moderne kroppsrustninger for eksempel inneholder Kivlar-materialet – en fiber som har en flytende krystallinsk struktur hovedkjedetype, en polymer med mesogene grupper i hovedkjeden. I prosessen med å skaffe denne fiberen, blir makromolekyler strukket langs tegneretningen og svært høy styrke er gitt, dette gjør det mulig å lage sterke fibre for kroppsrustninger, aktuatorer eller muskler, i utviklingsstadiet, men kreftene kan oppnås der veldig svak. Forskjellen mellom tekstur og struktur. Tekstur er et konsept som brukes av folk som er involvert i tepper, design av ting, noen visuelle ting, kunstnerisk design, det vil si at det først og fremst er et utseende. Det er heldig at teksturen til flytende krystaller, det vil si et karakteristisk bilde, hjelper mye med å bestemme strukturen til en flytende krystall, men dette er faktisk forskjellige konsepter.

Oleg Gromov, : Du sa at det finnes polymere flytende krystallstrukturer som har en fotokrom effekt og elektrisk og magnetisk følsomhet. Spørsmålet er dette. Det er også kjent i mineralogien at Chukhrov beskrev flytende krystallinske formasjoner med uorganisk sammensetning på 50-tallet, og det er kjent at uorganiske polymerer eksisterer; derfor er spørsmålet: eksisterer uorganiske flytende krystallinske polymerer, og i så fall er det mulig for dem å utføre disse funksjonene, og hvordan implementeres de i dette tilfellet?

Alexey Bobrovsky: Svaret er mer sannsynlig nei enn ja. Organisk kjemi, egenskapen til karbon til å danne en rekke forskjellige forbindelser, har gjort det mulig å utføre en kolossal design av forskjellige typer lavmolekylære flytende krystaller, polymerforbindelser, og generelt er det derfor vi kan snakke om noen slags mangfold. Dette er hundretusenvis av polymerstoffer med lav molekylvekt som kan danne en flytende krystallinsk fase. Når det gjelder uorganiske, vet jeg ikke om polymerer, det eneste som kommer til tankene er noen suspensjoner av vanadiumoksid, som også ser ut til å være polymerer, og deres strukturer er vanligvis ikke nøyaktig etablert, og dette er ved forskningsstadiet. Dette har vist seg å være litt utenfor hovedstrømmen av vitenskapen, der alle jobber med utformingen av organiske konvensjonelle flytende krystaller, og det kan faktisk være formasjoner av lyotrope flytende krystallfaser, når fasen ikke induseres av en endring i temperatur, men først og fremst ved tilstedeværelsen av et løsningsmiddel, det vil si at disse vanligvis er nanokrystaller som nødvendigvis er forlenget, som på grunn av løsningsmidlet kan danne en orienteringsrekkefølge. Spesialtilberedt vanadiumoksid gir dette. Jeg kjenner kanskje ikke andre eksempler. Jeg vet at det finnes flere slike eksempler, men å si at dette er en polymer er ikke helt riktig.

Oleg Gromov, Institutt for biokjemi og analytisk kjemi ved det russiske vitenskapsakademiet: Hvordan bør vi da vurdere de flytende krystallinske formasjonene oppdaget av Chukhrov og andre på 50-tallet?

Alexey Bobrovsky: Jeg er ikke klar over, dessverre, dette området er langt fra meg. Så vidt jeg vet, virker det for meg at det absolutt er umulig å snakke spesifikt om den flytende krystallinske tilstanden, fordi ordet "væske", for å være ærlig, ikke gjelder for polymerer som er i en glassaktig tilstand. Det er feil å si at dette er en flytende krystallinsk fase; det er riktig å si "frossen flytende krystallinsk fase". Sannsynligvis er likhet, degenerert orden, når det ikke er noen tredimensjonal orden, men det er en todimensjonal orden, sannsynligvis et generelt fenomen, og hvis du ser etter, kan du finne mange steder. Hvis du sender lenker til slike verk til min e-post, vil jeg være veldig takknemlig.

Boris Dolgin: Det er veldig bra når vi klarer å bli nok en plattform der forskere fra ulike spesialiteter kan holde kontakten.

Alexey Bobrovsky: Det er flott

Stemme fra publikum: Nok et amatørmessig spørsmål. Du sa at fotokrome flytende krystallpolymerer har en relativt lav responsrate på endringer i miljøet. Hva er deres omtrentlige hastighet?

Alexey Bobrovsky: Vi snakker om svar innen minutter. Ved sterk lyseksponering av svært tynne filmer oppnår folk en annen respons, men så langt er alt tregt. Det er et slikt problem. Det er effekter som er relatert til noe annet (jeg snakket ikke om dette): vi har en polymerfilm, og det er fotokromatiske fragmenter i den, og vi kan bli utsatt for polarisert lys med tilstrekkelig intensitet, og dette lyset kan forårsake rotasjonsdiffusjon, det vil si rotasjonen av disse molekylene vinkelrett på polarisasjonsplanet - det er en slik effekt, den ble først oppdaget for lenge siden, nå blir den også studert, og jeg gjør også dette. Med en tilstrekkelig høy lysintensitet kan effekter observeres i løpet av millisekunder, men vanligvis er dette ikke forbundet med en endring i filmens geometri, det er internt, først og fremst endres de optiske egenskapene.

Alexey Bobrovsky: Det var et forsøk på å lage materiale for å registrere informasjon, og det var slike utviklinger, men så vidt jeg vet, kan slike materialer ikke konkurrere med eksisterende magnetisk opptak og andre uorganiske materialer, så interessen døde på en eller annen måte i denne retningen, men dette betyr ikke at det ikke vil gjenopptas igjen.

Boris Dolgin: Fremveksten av for eksempel nye krav på grunn av noe.

Alexey Bobrovsky: Den utilitaristiske siden av saken interesserer meg ikke så mye.

Boris Dolgin: Spørsmålet mitt er delvis knyttet til det, men ikke om hvordan det kan brukes, det er litt organisatorisk utilitaristisk. I området der du jobber på avdelingen din og så videre har du som sagt fellesprosjekter, bestillinger fra noen forretningsstrukturer og så videre. Hvordan er interaksjon generelt strukturert på dette området: den faktiske forskeren, relativt sett, en oppfinner/ingeniør eller oppfinner, og så en ingeniør, kanskje forskjellige fag, så, relativt sett, en slags gründer som forstår hva han skal gjøre med det, kanskje, men dette er usannsynlig, en investor som er klar til å gi penger til en gründer slik at han kan gjennomføre dette, som de sier nå, innovative prosjekt? Hvordan er denne kjeden strukturert i ditt miljø i den grad du på en eller annen måte kom i kontakt med den?

Alexey Bobrovsky: Det er ingen slik kjede ennå, og om det blir en er ukjent. I prinsippet er den ideelle finansieringsformen den samme som konvensjonell grunnvitenskap. Hvis vi tar den russiske stiftelsen for grunnforskning og alt det som grunnlag, som har vært diskutert mange ganger, fordi jeg personlig ikke ville ønske å gjøre noe så søkt, en ordre.

Boris Dolgin: Det er derfor jeg snakker om forskjellige emner, og jeg sier ikke i noe tilfelle at en vitenskapsmann må være en ingeniør, en gründer, og så videre. Jeg snakker om forskjellige emner, om hvordan interaksjon kan settes opp, hvordan interaksjon kanskje allerede fungerer.

Alexey Bobrovsky: Vi har ulike tilbud utenfra, men dette er hovedsakelig selskaper fra Taiwan, Korea og Asia, for ulike typer arbeid knyttet til bruk av flytende krystallpolymerer til ulike skjermapplikasjoner. Vi hadde et felles prosjekt med Philips, Merck og andre, men dette er innenfor rammen av et felles prosjekt - vi gjør en del av noe forskningsarbeid, og en slik intellektuell produksjon eller produksjon i form av polymerprøver har enten en fortsettelse eller ikke, men ender oftest med meningsutveksling, en slags vitenskapelig utvikling, men dette har ennå ikke nådd noen søknad. Seriøst - det er umulig å si.

Boris Dolgin: Du får en ordre om en form for forskning, utvikling av et alternativ, en idé.

Alexey Bobrovsky: Generelt, ja, dette skjer, men jeg liker ikke denne arbeidsformen (min personlige følelse). Uansett hva som kom inn i hodet mitt, gjør jeg det etter beste evne, og ikke fordi noen sa: «Lag en sånn og en film med slike egenskaper». Jeg er ikke interessert.

Boris Dolgin: Se for deg en person som er interessert i dette. Hvordan kunne han, han, som er interessert i å foredle dine generelle vitenskapelige ideer som du mottok fra din altruistiske, strengt vitenskapelige interesse, hvordan kunne han samhandle med deg på en måte som virkelig ville være interessant for dere begge? Hva er dette organisasjonskartet?

Alexey Bobrovsky: Jeg synes det er vanskelig å svare på.

Boris Dolgin: Generelle seminarer? Hva kan dette være? Det er ingen slike forsøk - noen ingeniører?

Alexey Bobrovsky: Innenfor rammen av et felles prosjekt kan alt realiseres. En slags interaksjon er fullt mulig, men jeg skjønte nok ikke helt spørsmålet, hva er problemet?

Boris Dolgin: Så langt er problemet mangelen på samhandling mellom ulike typer strukturer. Det legger press på deg som vitenskapsmann, eller det legger press på deg til å gjøre ting du kanskje ikke vil gjøre. Dette er problemet.

Alexey Bobrovsky: Dette er et problem med kolossal underfinansiering

Boris Dolgin: Tenk deg at det kommer ytterligere midler, men dette vil ikke eliminere behovet for teknisk utvikling. Hvordan kan du gå fra deg til teknologi på en måte som tilfredsstiller deg?

Alexey Bobrovsky: Faktum er at moderne vitenskap er ganske åpen, og det jeg gjør, publiserer jeg – og jo før jo bedre.

Boris Dolgin: Så du er klar til å dele resultatene, i håp om at de som har smak kan dra nytte av det?

Alexey Bobrovsky: Hvis noen leser artikkelen min og har en idé, vil jeg bare være takknemlig. Hvis det kommer konkrete utviklinger ut av denne publikasjonen, vil det for guds skyld være patenter, penger. I denne formen ville jeg vært glad, men dessverre viser det seg i virkeligheten at alt eksisterer parallelt, det er ingen slik utvei. Vitenskapshistorien viser at det ofte er en forsinkelse i spesifikk anvendelse etter en grunnleggende oppdagelse - stor eller liten.

Boris Dolgin: Eller etter at en forespørsel oppstår.

Alexey Bobrovsky: Eller noe.

Lev Moskovkin: Jeg har et litt provoserende spørsmål. Temaet som Boris tok opp er veldig viktig. Er det noen påvirkning av en viss måte her (dette ble hørt på et av forelesningene om sosiologi)? Du sa at det ikke er mote å jobbe med flytende krystaller nå. Dette betyr ikke at siden de ikke er engasjert i dem, så er de ikke nødvendige, kanskje denne interessen kommer tilbake, og viktigst av alt...

Boris Dolgin: Det vil si at Lev returnerer oss til spørsmålet om motens mekanismer i vitenskapen som i et visst vitenskapelig fellesskap.

Lev Moskovkin: Faktisk snakket Tsjaikovskij også om dette; moten er ekstremt sterk i alle vitenskaper. Det andre spørsmålet: Jeg vet godt hvordan autoriteter i vitenskapen ble valgt som visste å generalisere. Du kan publisere materialet ditt så mye du vil, jeg personlig kommer aldri over dem, for meg er dette et helt lag som jeg rett og slett ikke visste. Oppsummer på en slik måte at du forstår verdien av dette for å forstå det samme livet, for å forstå hva annet vi kan gjøre. Takk skal du ha.

Boris Dolgin: Jeg forsto ikke det andre spørsmålet, men la oss ta for oss det første for nå - om mote i vitenskapen. Hva er mekanismen for at dette ikke er mote nå, er det noen fare i dette?

Alexey Bobrovsky: Jeg ser ingen fare. Det er klart at spørsmål knyttet til finansiering er viktige, men likevel ser det ut til at vitenskapen på mange måter nå hviler på spesifikke mennesker som har spesifikke personlige interesser, interesse for denne eller den saken. Det er klart at forholdene tilsier noen begrensninger, men aktiviteten til bestemte personer fører til at et visst område utvikler seg, ettersom alt utvikler seg. Til tross for at det sies mye om at vitenskapen har blitt kollektiv. Nå er det faktisk store prosjekter, noen ganger ganske vellykkede, men ikke desto mindre er individets rolle i vitenskapens historie enorm selv nå. Personlige liker og interesser spiller en betydelig rolle. Det er klart at, som i tilfellet med flytende krystaller, tjente en slik utvikling innen elektronikk som en stor drivkraft for utviklingen av flytende krystallforskning, da de innså at flytende krystaller kunne brukes og tjene penger på det, naturligvis, mye penger gikk til forskning. Det er klart at en slik sammenheng...

Boris Dolgin: Tilbakemeldinger fra næringsliv og vitenskap.

Alexey Bobrovsky: ...dette er en av egenskapene til moderne vitenskap, når en ordre kommer fra folk som tjener penger og produserer et produkt - og så blir forskningen finansiert, og følgelig er det et vektskifte fra det som er interessant til hva som er lønnsomt. Dette har sine fordeler og ulemper, men sånn er det. Faktisk har interessen for flytende krystaller gradvis tørket opp, fordi alt som kan utvinnes allerede produseres, og alt gjenstår å forbedre. Jeg vet ikke, jeg har aldri tenkt seriøst på det, likevel er det forskjellige typer skjermapplikasjoner, innen optoelektronikk, applikasjoner av flytende krystaller (folk jobber med dette), som sensorer, til det punktet at arbeidet er i gang om muligheten for å bruke flytende krystaller som biologiske sensormolekyler. Så generelt tror jeg at interessen rett og slett ikke vil tørke opp, i tillegg er en stor forskningsbølge forbundet med det faktum at det begynte å bli gitt penger til nano. I prinsippet, til tross for at det er en så populær måte å sette inn nanopartikler i flytende krystaller, er det et stort antall verk, men blant dem er det gode interessante verk relatert til dette emnet, det vil si hva som skjer med nanoobjekter når de gå inn i et flytende krystallinsk medium hvilke effekter som vises. Jeg tror at utvikling er mulig når det gjelder å oppnå alle slags forskjellige komplekse enheter, som er assosiert med fremveksten av metamaterialer som har veldig interessante optiske egenskaper - dette er uvanlige strukturer som er laget på forskjellige måter i kombinasjon med flytende krystaller, fremveksten av nye optiske effekter og nye applikasjoner er mulig. Jeg gjennomgår for tiden artikler i tidsskriftet Liquid Crystals, og nivået deres faller, og antallet gode artikler synker, men dette betyr ikke at alt er dårlig, og vitenskapen om flytende krystaller vil ikke dø, fordi det er en veldig interessant objekt. Fallet i interesse ser ikke ut som en katastrofe for meg.

Boris Dolgin: Her går vi sakte videre til det andre spørsmålet Leo stilte oss. Hvis en fundamentalt ny teori blir født på grunnlag av den eksisterende, som lover noe pluss for flytende krystaller, vil tilsynelatende interesse umiddelbart øke.

Alexey Bobrovsky: Det er mulig at dette vil skje.

Boris Dolgin: Så vidt jeg forstår spørsmålet er det dette vi snakker om: det er intravitenskapelige tekster som gradvis endrer noe i forståelsen, det er innovative tekster som endrer seg radikalt, men samtidig en slags grensesnitt mellom spesialister og samfunnet, kanskje bestående av de samme forskerne , men fra andre områder er det noen generaliserende verk som forklarer oss, som om de loddet disse bitene inn i et slags generelt bilde. Slik jeg forstår det, snakket Lev til oss om dette, og spurte hvordan det er valgt, og hvem skriver disse generaliserende verkene?

Alexey Bobrovsky: Det finnes et slikt konsept - vitenskapelig journalistikk, som ikke er særlig utviklet i vårt land, men det finnes over hele verden, og jeg kan forestille meg hvor godt det er utviklet der, og likevel eksisterer det også her. Det nåværende offentlige foredraget indikerer også dette

Boris Dolgin: Det kan ikke sies at noen bevisst stenger arbeidsomfanget.

Alexey Bobrovsky: Nei, ingen legger skjul på noe, tvert imot, alle normale forskere prøver sitt beste for å vise verden hva de har gjort: så raskt som mulig og så tilgjengelig som mulig etter beste evne. Det er klart at noen kan fortelle en god historie, og noen kan fortelle en dårlig historie, men det er det vitenskapsjournalister er til for, som kan tjene som en formidler av informasjon fra forskere til samfunnet.

Boris Dolgin: Selv i sovjettiden eksisterte populærvitenskapelig litteratur, og det var også en spesiell sjanger - vitenskapelig fiksjon, dels samlingene "Paths into the Unknown" på begynnelsen av 60-tallet, bøker i "Eureka"-serien, en av de første post- krigspionerer var Daniil Danin , som hovedsakelig skrev om fysikk. Et annet spørsmål er at det fortsatt er forskere som skriver en slags generaliserende verk, populariserer noe for noen, men det er usannsynlig at noen velger hvem som skal skrive og hvem de skal lese eller ikke lese. Den nevnte Tsjaikovskij skriver noe, noen liker det.

Alexey Bobrovsky: Problemet, ser det ut til, er dette. Faktum er at i vårt land er det nå katastrofalt få normale forskere, og selve vitenskapens tilstand er verre enn noen gang. Hvis vi snakker om flytende krystaller og flytende krystallpolymerer, så er dette isolerte laboratorier som allerede dør. Det er klart at det på 90-tallet var en slags kollaps og mareritt, men generelt kan vi si at det ikke er noen vitenskap om flytende krystaller i Russland. Jeg mener - det vitenskapelige miljøet, det viser seg at jeg oftere kommuniserer med folk som jobber i utlandet, leser artikler og alt det der, men det kommer praktisk talt ingen artikler fra oss. Problemet er at vi ikke har vitenskap, og ikke at det ikke finnes noen generaliserende verk i denne vitenskapen. Du kan generalisere hva som skjer i Vesten - dette er også fantastisk, men det er ingen grunnlag, ingen viktig kobling, det er ingen vitenskapsmenn.

Lev Moskovkin: Jeg vil avklare, selv om alt i prinsippet er riktig. Faktum er at vi alltid kretser rundt temaet for den siste forelesningen. Konkurransen i vitenskap mellom forskere er så sterk at jeg er absolutt smigret over å ha sett den med egne øyne, og jeg er enig i at enhver vitenskapsmann streber etter å vise verden sine prestasjoner. Dette er kun tilgjengelig for noen som er en anerkjent autoritet, som Timofeev-Resovsky. Dette ble gjort i sovjettiden - det er kjent hvordan - og her er det en effekt, et eksempel som kan forklare mye - effekten av den grønne notatboken, som ble utgitt hvem vet hvor, og ingen kan huske hva denne ordinære konferansen ble kalt, fordi et tidsskrift som nå er akkreditert av Higher Attestation Commission, et akademisk tidsskrift, ikke ville akseptere en slik nyhet i prinsippet, men det fødte en ny vitenskap, det ble til vitenskapen om genetikk, til forståelsen av livet, og dette, generelt, er nå allerede kjent. Dette var i sovjettiden med støtte ovenfra - Timofeev-Resovsky ble støttet i plenumet til CPSUs sentralkomité fra konkurransen fra kollegene, ellers ville han blitt spist.

Boris Dolgin: En situasjon der staten avsluttet en betydelig del av vitenskapen: uten støtte fra andre baser i staten var det umulig å unnslippe.

Lev Moskovkin: Det går et skred av data innen genetikk som det ikke er noen som kan generalisere, fordi ingen stoler på noen og ingen anerkjenner andres autoritet.

Boris Dolgin: Hvorfor?! Vi hadde genetikere som snakket, som ble lyttet til av andre genetikere, og de diskuterte med glede.

Alexey Bobrovsky: Jeg vet ikke hva som skjer innen genetikk, men i vitenskapen jeg gjør, er situasjonen helt motsatt. Folk som får et nytt interessant resultat prøver umiddelbart å publisere det så raskt som mulig.

Boris Dolgin: I hvert fall av hensyn til konkurransen – å stake ut en plass.

Alexey Bobrovsky: Ja. Det er klart at de kanskje ikke skriver ned noen detaljer om metodene og så videre, men vanligvis, hvis du skriver en e-post og spør hvordan du gjorde det der, er det bare veldig interessant, det hele åpner seg helt - og.. .

Boris Dolgin: Ifølge dine observasjoner blir vitenskapen mer åpen.

Alexey Bobrovsky: Jeg lever i hvert fall i åpen vitenskaps tid, og det er bra.

Boris Dolgin: Takk skal du ha. Når molekylærbiologer snakket med oss, henviste de oss vanligvis til ganske åpne databaser og så videre, og anbefalte oss å kontakte dem.

Alexey Bobrovsky: I fysikk er det det samme, det er et arkiv der folk kan legge ut en rå (kontroversiell) versjon av en artikkel selv før de går gjennom en anmeldelse, men her er det heller en kamp om publiseringshastigheten, jo raskere de har prioritet. Jeg ser ingen stenging. Det er klart at dette ikke har noe med det lukkede militæret og andre å gjøre, jeg snakker om vitenskap.

Boris Dolgin: Takk skal du ha. Flere spørsmål?

Stemme fra publikum: Jeg har ikke så mye spørsmål som et forslag, en idé. Jeg tror dette temaet med krystalliseringsbilder har et stort potensial for å undervise naturfag til barn og unge i skolen. Kanskje det er fornuftig å lage én elektronisk leksjon, designet for 45 minutter, og distribuere den til ungdomsskoler? Nå er det elektroniske tavler, som mange ikke bruker, skolene har fått pålegg om å ha dem. Jeg tror det ville vært fint å vise disse bildene til barn i 45 minutter, og så, til slutt, forklare hvordan det hele er gjort. Det virker for meg som om det ville være interessant å foreslå et slikt emne og på en eller annen måte finansiere det.

Alexey Bobrovsky: Jeg er klar til å hjelpe hvis noe skjer. Gi, skriv det som trengs.

Boris Dolgin: Fantastisk. Det er slik generaliseringer dannes, slik er det ordnet. Fint. Takk så mye. Noen andre kreative spørsmål? Kanskje de savnet noen, vi ser dem ikke, etter min mening diskuterte de det meste.

Boris Dolgin: Det er forskere, det er ingen vitenskap.

Boris Dolgin: Så det er en nødvendig eller nødvendig og tilstrekkelig betingelse?

Alexey Bobrovsky: Ja, skaden er irreversibel, tid har gått tapt, dette er helt åpenbart, og selvfølgelig lyder det: «Hvordan er det ingen vitenskap i Russland?! Hvorfor det? Dette kan ikke være, det er vitenskap, det er forskere, det er artikler.» Først av alt, på et nivå, leser jeg vitenskapelige tidsskrifter hver dag. Det er svært sjelden man kommer over artikler av russiske forfattere, laget i Russland, om flytende krystaller eller polymerer. Dette er fordi enten skjer ingenting, eller så skjer alt på et så lavt nivå at folk ikke er i stand til å publisere det i et vanlig vitenskapelig tidsskrift; naturligvis er det ingen som kjenner dem. Dette er en helt forferdelig situasjon.

Alexey Bobrovsky: Mer og mer.

Boris Dolgin: Det vil si at problemet ikke ligger hos forfatterne, problemet ligger i vitenskapen.

Alexey Bobrovsky: Ja, det vil si, det er selvfølgelig ingen perfekt, velfungerende struktur eller i det minste å jobbe under navnet "Vitenskap" i Russland. Heldigvis er det en åpenhet av laboratorier som jobber mer eller mindre på et normalt nivå og er involvert i den generelle vitenskapelige prosessen med internasjonal vitenskap - dette er utviklingen av kommunikasjonsevner via Internett, på andre måter lar åpenheten til grenser deg ikke å føle seg adskilt fra den globale vitenskapelige prosessen, men det som skjer i landet, så det er naturligvis ikke nok penger, og hvis du øker finansieringen, er det lite sannsynlig at det endrer noe, for parallelt med økende finansiering er det nødvendig for å kunne undersøke de personene som disse pengene er gitt til. Du kan gi penger, noen vil stjele dem, bruke dem på hvem som vet hva, men situasjonen vil ikke endre seg på noen måte.

Boris Dolgin: Strengt tatt har vi et kylling- og eggproblem. På den ene siden vil vi ikke skape vitenskap uten finansiering, på den andre siden med finansiering, men uten vitenskapsmiljøet, som vil gi et marked for kompetanse og sikre normalt omdømme, vil vi ikke kunne gi disse pengene i en måte som vil hjelpe vitenskapen.

Alexey Bobrovsky: Det er med andre ord nødvendig å tiltrekke seg internasjonal ekspertise og vurdering fra sterke forskere, uavhengig av hvor de befinner seg. Naturligvis er det nødvendig å bytte til engelsk sertifiseringssakene knyttet til forsvar av kandidat- og doktorgradsavhandlinger; Minst sammendrag må være på engelsk. Dette er helt åpenbart, og det vil være en viss bevegelse i denne retningen, kanskje det på en eller annen måte vil endre seg til det bedre, og så - hvis du gir alle penger... naturlig nok, sterke forskere som vil få mer penger - de, selvfølgelig, vil fungere mer effektivt, men mesteparten av pengene vil forsvinne til ingen vet hvor. Dette er min mening.

Boris Dolgin: Fortell meg, du er en ung vitenskapsmann, men du er allerede doktor i vitenskap, og unge mennesker kommer til deg på en annen måte, studenter, yngre vitenskapsmenn. Er det noen som kommer for deg?

Alexey Bobrovsky: Jeg jobber på universitetet, og med vilje, noen ganger vil jeg det, noen ganger vil jeg ikke ha det, jeg veileder kurs, vitnemål og doktorgradsarbeid.

Boris Dolgin: Er det fremtidige forskere blant dem?

Alexey Bobrovsky: Har allerede. Det er ganske vellykket arbeidende mennesker som jeg har veiledet, for eksempel som er postdoktorer eller ledere for vitenskapelige grupper; naturligvis snakker vi bare om utlandet. De som jeg ledet og de ble i Russland, de jobber ikke med vitenskap, fordi de trenger å brødfø familien sin og leve normalt.

Boris Dolgin: Takk, altså økonomi.

Alexey Bobrovsky: Finansiering og lønn tåler naturligvis ikke kritikk.

Boris Dolgin: Dette er fortsatt privat...

Alexey Bobrovsky: Det er ingen hemmelighet i dette. Lønnen til en seniorforsker med en kandidats minimum ved universitetet er femten tusen rubler per måned. Alt annet avhenger av forskerens aktivitet: hvis han er i stand til å ha internasjonale tilskudd og prosjekter, mottar han mer, men han kan definitivt stole på femten tusen rubler i måneden.

Boris Dolgin: Hva med en doktorgrad?

Alexey Bobrovsky: De har ikke gitt meg en ennå, jeg vet ikke nøyaktig hvor mye de vil gi meg ennå, pluss at de legger til fire tusen.

Boris Dolgin: De nevnte tilskuddene er ganske viktige. Akkurat i dag publiserte vi nyheter sendt av en interessant forsker, men da spørsmålet ble stilt om finansiering, snakket hun spesielt om betydningen av dette området, og igjen, for ikke å snakke om våre publikasjoner, sier minister Fursenko at vitenskapelige veiledere bør bevilge å finansiere sine hovedfagsstudenter og dermed motivere dem økonomisk.

Alexey Bobrovsky: Nei, dette er det som vanligvis skjer i en god vitenskapelig gruppe, hvis en person, som Valery Petrovich Shibaev, lederen av laboratoriet jeg jobber i, har et godt og velfortjent navn i den vitenskapelige verden, har mulighet for tilskudd og prosjekter. Oftere enn ikke ender jeg ikke opp med en "naken" lønn på femten tusen, det er alltid noen prosjekter, men ikke alle kan gjøre det, dette er ikke en generell regel, det er derfor alle drar.

Boris Dolgin: Det vil si at lederen må ha en ganske høy internasjonal autoritet og også være i strømmen.

Alexey Bobrovsky: Ja, oftest. Jeg tror jeg var heldig på mange måter. Elementet med å bli med i en sterk vitenskapelig gruppe fungerte på en positiv måte.

Boris Dolgin: Her ser vi tilbakemeldingene fra god gammel vitenskap, det faktum at denne mektigste vitenskapelige gruppen oppsto, på grunn av hvilken du var i stand til å realisere din bane. Ja, dette er veldig interessant, takk. Jeg har det siste ordet.

Stemme fra publikum: Jeg later ikke til å ha det siste ordet. Jeg vil bemerke at det du snakker om er absolutt forståelig, og ikke ta det som en sport. Jeg vil merke meg at i Alexey Savvateevs forelesning ble det sagt at det ikke er noen vitenskap i det hele tatt i Amerika. Hans synspunkt er like overbevisende argumentert som ditt. På den annen side, i Russland utviklet vitenskapen seg spesielt raskt når vitenskapen ikke betalte i det hele tatt, men ble aktivt stjålet, og slike ting skjedde.

Boris Dolgin: Snakker vi om slutten av 1800-tallet - begynnelsen av 1900-tallet?

Boris Dolgin: I Tyskland?

Boris Dolgin: Og da hans vitenskapelige forskning utviklet seg mer aktivt...

Stemme fra publikum: I Russland, ikke ham, men i Russland generelt utviklet vitenskapen seg mest effektivt når de ikke betalte. Det er et slikt fenomen. Jeg kan rettferdiggjøre dette, dette er ikke et synspunkt, Boris, dette er et faktum. Jeg vil også fortelle deg ganske ansvarlig - dette er ikke lenger et faktum, men en konklusjon - at dine håp om at internasjonal ekspertise og det engelske språket vil hjelpe deg er forgjeves, for når jeg jobber i Dumaen ser jeg hard konkurranse om rettigheter og lobbyvirksomhet i Dumaen av ensidige opphavsrettslover mot Amerika. De tilskriver alle en enorm prosentandel av intellektuell eiendom, de er overhodet ikke interessert i å sikre at våpnene våre ikke blir kopiert dit, de gjør det selv.

Boris Dolgin: Jeg skjønner, problemet...

Alexey Bobrovsky: Våpen og vitenskap er parallelle ting.

Stemme fra publikum: Det siste eksemplet: faktum er at da Zhenya Ananyev, han og jeg studerte sammen ved Det biologiske fakultet, oppdaget mobile elementer i Drosophila-genomet, kom anerkjennelsen først etter publisering i tidsskriftet "Chromosomes", men Khisins autoritet brøt gjennom dette publikasjon, fordi anmeldelsen var slik: "i ditt mørke Russland vet de ikke hvordan de skal replikere DNA." Takk skal du ha.

Boris Dolgin: Ideer om nivået på vitenskapelig forskning i et bestemt land i fravær av et rigid, tydelig system for gjennomgang av artikler, når generelle ideer brukes, er et problem.

Alexey Bobrovsky: Når det gjelder det engelske språket, er alt veldig enkelt - det er et internasjonalt vitenskapelig språk. Enhver vitenskapsmann som er involvert i vitenskap, for eksempel i Tyskland, en tysker publiserer nesten alle artiklene sine på engelsk. Mange avhandlinger forsvares forresten på engelsk i Tyskland, for ikke å snakke om Danmark og Holland, om ikke annet fordi det er mange utlendinger der. Vitenskapen er internasjonal. Historisk sett er vitenskapens språk engelsk.

Boris Dolgin: Det skjedde nylig at vitenskapens språk pleide å være tysk.

Alexey Bobrovsky: Relativt nylig, men ikke desto mindre, nå er det slik, så overgangen til engelsk var åpenbar, i det minste på nivået av abstrakter og sertifiseringsting, slik at vanlige vestlige forskere kunne lese disse abstraktene, gi tilbakemeldinger, evaluere, for å kom deg ut av sumpen vår, ellers vil det hele synke fullstendig ned i det ukjente og det som vil gjenstå er en fullstendig vanhelligelse. Det skjer allerede på mange måter, men vi må på en eller annen måte prøve å komme oss ut av denne sumpen.

Boris Dolgin: Åpne vinduene for å unngå lukt.

Alexey Bobrovsky: Begynn i det minste å lufte.

Boris Dolgin: Fint. Takk skal du ha. Dette er en optimistisk oppskrift. Faktisk inspirerer banen din til optimisme, til tross for all pessimismen.

Alexey Bobrovsky: Vi avvek igjen fra det faktum at hovedideen med forelesningen er å demonstrere for deg hvor vakre og interessante flytende krystaller er. Jeg håper at alt jeg har sagt vil vekke en viss interesse. Nå kan du finne mye informasjon om flytende krystaller, dette er det første. Og for det andre, uavhengig av eventuelle forhold, vil forskere alltid eksistere, ingenting kan stoppe vitenskapelig fremgang, dette inspirerer også til optimisme, og historien viser at det alltid er mennesker som beveger vitenskapen fremover, for hvem vitenskapen er fremfor alt.

I syklusene "Offentlige forelesninger "Polit.ru" og "Offentlige forelesninger "Polit.ua"" ble følgende foredragsholdere fremført:

• Leonard Polishchuk. Hvorfor døde store dyr ut på slutten av Pleistocen? Svar fra makroøkologiens perspektiv
• Miroslav Marinovich. Åndelig trening av Gulag
• Kirill Eskov. Evolusjon og autokatalyse
• Mikhail Sokolov. Hvordan vitenskapelig produktivitet styres. Erfaring fra Storbritannia, Tyskland, Russland, USA og Frankrike
• Oleg Ustenko. Historien om en uferdig krise
• Grigory Sapov. Kapitalistisk manifest. Livet og skjebnen til L. von Mises bok "Human Activity"
• Alexander Irvanets. Så det er det du er, onkelskribent!
• Vladimir Katanaev. Moderne tilnærminger til utvikling av legemidler mot kreft
• Vakhtang Kipiani. Periodisk samizdat i Ukraina. 1965-1991
• Vitaly Naishul. Kirkens vedtak av kultur
• Nikolai Kaverin. Influensapandemier i menneskets historie
• Alexander Filonenko. Teologi ved universitetet: et comeback?
• Alexey Kondrashev. Menneskets evolusjonsbiologi og helse
• Sergei Gradirovsky. Moderne demografiske utfordringer
• Alexander Kislov. Klima i fortid, nåtid og fremtid
• Alexander Auzan, Alexander Paskhaver. Økonomi: sosiale restriksjoner eller sosiale reserver
• Konstantin Popadin. Kjærlighet og skadelige mutasjoner eller hvorfor trenger en påfugl en lang hale?
• Andrey Ostalsky. Utfordringer og trusler mot ytringsfriheten i den moderne verden
• Leonid Ponomarev. Hvor mye energi trenger en person?
• Georges Nivat. Å oversette mørket: måter for kommunikasjon mellom kulturer
• Vladimir Gelman. Subnasjonal autoritarisme i det moderne Russland
• Vyacheslav Likhachev. Frykt og avsky i Ukraina
• Evgeny Gontmakher. Modernisering av Russland: stilling som INSOR
• Donald Boudreau. Antimonopolpolitikk i tjeneste for private interesser
• Sergey Eniklopov. Voldspsykologi
• Vladimir Kulik. Ukrainas språkpolitikk: myndighetenes handlinger, borgernes meninger
• Mikhail Blinkin. Transport i en by som er praktisk for livet
• Alexey Lidov, Gleb Ivakin. Hellige rom i det gamle Kiev
• Alexey Savvateev. Hvor går økonomien (og leder oss)?
• Andrey Portnov. Historiker. Borger. Stat. Erfaring med nasjonsbygging
• Pavel Plechov. Vulkaner og vulkanologi
• Natalia Vysotskaya. Samtidslitteratur i USA i sammenheng med kulturell pluralisme
• Diskusjon med Alexander Auzan. Hva er modernisering på russisk?
• Andrey Portnov. Øvelser med historie på ukrainsk: resultater og utsikter
• Alexey Lidov. Ikon og ikonisk i hellig rom
• Efim Rachevsky. Skole som sosial heis
• Alexandra Gnatyuk. Arkitekter for polsk-ukrainsk gjensidig forståelse av mellomkrigstiden (1918-1939)
• Vladimir Zakharov. Ekstreme bølger i naturen og i laboratoriet
• Sergey Neklyudov. Litteratur som tradisjon
• Yakov Gilinsky. På den andre siden av forbudet: synet til en kriminolog
• Daniel Alexandrov. Mellomlag i transitt-post-sovjetiske samfunn
• Tatiana Nefedova, Alexander Nikulin. Rural Russland: romlig komprimering og sosial polarisering
• Alexander Zinchenko. Knapper fra Kharkov. Alt vi ikke husker om ukrainske Katyn
• Alexander Markov. Evolusjonære røtter til godt og ondt: bakterier, maur, mennesker
• Mikhail Favorov. Vaksiner, vaksinasjon og deres rolle i folkehelsen
• Vasily Zagnitko. Jordens vulkanske og tektoniske aktivitet: årsaker, konsekvenser, utsikter
• Konstantin Sonin. Økonomien i finanskrisen. To år senere
• Konstantin Sigov. Hvem leter etter sannheten? "European Dictionary of Philosophies"?
• Mykola Ryabchuk. Ukrainsk postkommunistisk transformasjon
• Mikhail Gelfand. Bioinformatikk: molekylærbiologi mellom reagensrøret og datamaskinen
• Konstantin Severinov. Arvelighet i bakterier: fra Lamarck til Darwin og tilbake
• Mikhail Chernysh, Elena Danilova. Folk i Shanghai og St. Petersburg: en tid med store endringer
• Maria Judkevitsj. Der du ble født er der du kommer godt med: universitetets personalpolitikk
• Nikolay Andreev. Matematiske studier - en ny form for tradisjon
• Dmitry Bak. "Moderne" russisk litteratur: endring av kanon
• Sergey Popov. Hypoteser i astrofysikk: hvorfor er mørk materie bedre enn UFOer?
• Vadim Skuratovsky. Kiev litterære miljø på 60-70-tallet av forrige århundre
• Vladimir Dvorkin. Strategiske våpen fra Russland og Amerika: problemer med reduksjon
• Alexey Lidov. Bysantinsk myte og europeisk identitet
• Natalya Yakovenko. Konseptet med en ny lærebok i ukrainsk historie
• Andrey Lankov. Modernisering i Øst-Asia, 1945-2010.
• Sergey Sluch. Hvorfor trengte Stalin en ikke-angrepspakt med Hitler?
• Guzel Ulumbekova. Lærdom fra russiske helsereformer
• Andrey Ryabov. Mellomresultater og noen trekk ved post-sovjetiske transformasjoner
• Vladimir Chetvernin. Moderne juridisk teori om libertarianisme
• Nikolai Dronin. Globale klimaendringer og Kyoto-protokollen: tiårets resultater
• Yuri Pivovarov. Historiske røtter til russisk politisk kultur
• Yuri Pivovarov. Utviklingen av russisk politisk kultur
• Pavel Pechenkin. Dokumentarfilm som en humanitær teknologi
• Vadim Radaev. Revolusjon i handelen: innvirkning på liv og forbruk
• Alec Epstein. Hvorfor gjør ikke andres smerte vondt? Minne og glemsel i Israel og Russland
• Tatiana Chernigovskaya. Hvordan tenker vi? Flerspråklighet og hjernekybernetikk
• Sergey Aleksashenko. Kriseår: hva skjedde? hva er gjort? hva å forvente?
• Vladimir Pastukhov. Kraften til gjensidig frastøtning: Russland og Ukraina - to versjoner av samme transformasjon
• Alexander Yuryev. Psykologi av menneskelig kapital i Russland
• Andrey Zorin. Humanistisk utdanning i tre nasjonale utdanningssystemer
• Vladimir Plungyan. Hvorfor moderne lingvistikk bør være korpuslingvistikk
• Nikita Petrov. Stalinistregimets kriminelle natur: juridisk grunnlag
• Andrey Zubov. Østeuropeiske og post-sovjetiske veier til en retur til pluralistisk stat
• Victor Vakhshtain. The End of Sociology: Perspectives for the Sociology of Science
• Evgeniy Onishchenko. Konkurransedyktig støtte for vitenskap: hvordan det skjer i Russland
• Nikolai Petrov. Russisk politisk mekanikk og krise
• Alexander Auzan. The Social Contract: A View fra 2009
• Sergey Guriev. Hvordan krisen vil endre verdensøkonomien og økonomisk vitenskap
• Alexander Aseev. Akademiske byer som sentre for vitenskap, utdanning og innovasjon i det moderne Russland