Жидкие кристаллы, вещества, переходящие при определенных условиях (температура, давление. концентрация в растворе) в жидкокристаллическое состояние, которое является промежуточным между кристаллическим состоянием и жидкостью. Как и обычные жидкости, жидкие кристаллы обладают текучестью, но при этом для них характерно спонтанное появление анизотропии свойств (оптических, электрических, магнитных и др.) при отсутствии трехмерного дальнего порядка в расположении частиц (атомов, молекул). Поэтому жидкокристаллическое состояние часто называют также мезоморфным (мезофазой). На диаграмме состояния температурный интервал существования жидкие кристаллы ограничен температурой плавления твердых кристаллов и т. наз. температурой просветления, при которой жидкокристаллические мутные образцы становятся прозрачными вследствие плавления мезофазы и превращения ее в изотропную жидкость. Молекулы жидкокристаллических соединений обладают стержнеобразной или дискообразной формой и имеют тенденцию располагаться преим. параллельно друг другу.
Так называемые термотропные жидкие кристаллы образуются при термическом воздействии на вещество. Такие жидкие кристаллы образуют, например, производные ароматических соединений, содержащие чередующиеся линейные и циклические группировки (бензольные кольца). Жидкокристаллическая фаза образуется чаще всего в том случае, если заместители в молекуле располагаются в пара-положении. Большое количество термотропных жидкокристаллических соединений может быть изображено общей формулой:
X обычно —СН=N—, -СН2—СН2—, -НС=СН—, , —С(О)—NH—. Концевыми группами Y и Z м. б. алкильные и алкоксильные группировки, галогены, циано-, нитро- и аминогруппы и др. Примеры некоторых жидкие кристаллы приведены в таблице. Часто жесткие фрагменты молекул, например, циклические группировки, определяющие существование мезофазы, называют "мезогенными". Наличие разветвлений в молекулах приводит к сужению температурного интервала существования мезофазы.
K - твердое кристаллическое состояние, I - изотропная жидкость (расплав), N - нeматики, S(SA, SB, SF - смектики, D - дискотики, Ch - холестерики.
Лиотропные жидкие кристаллы образуются при растворении некоторых веществ в определенных растворителях. Например, водные растворы мыл, полипептидов, липидов, белков, ДНК и др. образуют жидкие кристаллы в определенном интервале концентраций и температур. Структурными единицами лиотропных жидкие кристаллы являются надмолекулярные образования различных типов, распределенные в среде растворителя и имеющие цилиндрическую, сферическую или другую форму.
В зависимости от характера расположения стержнеобразных молекул различают три основных типа жидкие кристаллы - смектический, нематический и холестерический.
В смектических жидкие кристаллы (их называют смектиками, обозначают S) молекулы располагаются в слоях. Центры тяжести удлиненных молекул находятся в равноотстоящих друг от друга плоскостях и подвижны в двух измерениях (на смектической плоскости). Длинные оси молекул могут располагаться как перпендикулярно к плоскости смектического слоя (ортогональные смектики, рис. 1,а), так и под некоторым углом к слою (наклонные смектики, рис. 1,б).
Рис. 1. Структура смектических (а и б)и нематических (в) жидких кристаллов (а - ортогональное, б - наклонное расположение молекул).
Кроме того, возможно упорядоченное и неупорядоченное расположение молекул в самих слоях. Все это обусловливает возможности образования различных полиморфных модификаций. Известно свыше десятка полиморфных смектических модификаций, обозначаемых буквами латинского алфавита, смектики А, В, С и т. д. (или SА, SВ, SC и т. д.). Формирование смектических фаз характерно для жидкокристаллических соединений, молекулы которых содержат длинные концевые алкильные или алкоксильные группы Y и Z с числом атомов углерода / 4-6.
Нематические жидкие кристаллы (нематики N) характеризуются наличием ориентационного порядка, при котором длинные оси молекул расположены однонаправленно при беспорядочном расположении центров тяжести молекул (рис. 1,в). Нематический тип жидких кристаллов образуют соединения, в молекулах которых имеются короткие алкильные или алкоксильные группы (число атомов углерода [ 3).
Рис. 2. Структура холестерических жидких кристаллов. пунктиром изображен шаг спирали; стрелки указывают направление длинных осей молекул.
Холестерический тип мезофазы (холестерики Сhоl) образуется двумя группами соединений: производными оптически активных стероидов, главным образом холестерина (отсюда название), и нестероидными соединениями, принадлежащими к тем же классам соединений, которые образуют нематич. жидкие кристаллы, но обладающими хиральностью (алкил-, алкокси-, ацилоксизамещенные азометины, производные коричной кислоты, азо- и азоксисоединения и др.). В холестерич. жидкие кристаллы молекулы расположены так же, как в нематических, но в каждом слое молекулы повернуты относительно их расположения в соседнем слое на определенный угол. В целом реализуется структура, описываемая спиралью (рис. 2). Вещества с дискообразными молекулами (дискотики D) могут образовывать жидкие кристаллы, в которых молекулы упакованы в колонки (имеется дальний порядок в ориентации плоскостей дискообразных молекул) или расположены так же, как в нематиках (дальний порядок отсутствует) (рис. 3, а и б).
Своеобразная структура жидкокристаллических соединений, обеспечивающая сочетание упорядоченности в расположении молекул с их высокой подвижностью, определяет широкие области практического использования жидких кристаллов. Направление преимущественной ориентации молекул, характеризуемое аксиальным единичным вектором, или директором, может легко изменяться под воздействием различных внешних факторов - температуры, механических напряжений, напряженности электрического и магнитного полей.
Рис. 3. Структура дискотических жидких кристаллов. а - колончатая фаза; б - нематическая фаза.
Непосредственная причина ориентации или переориентации директора - анизотропия вязкоупругих, оптических, электрических или магнитных свойств среды. В свою очередь, изменение преимущественной ориентации молекул вызывает изменение оптических, электрических и других свойств жидкие кристаллы, т. е. создает возможность управления этими свойствами посредством сравнительно слабых внешних воздействий, а также позволяет регистрировать указанные воздействия. Электрооптические свойства нематических жидких кристаллов широко используют в системах обработки и отображения информации, в буквенно-цифровых индикаторах (электронные часы, микрокалькуляторы, дисплеи и т. п.), оптических затворах и других светоклапанных устройствах. Преимущества этих приборов - низкая потребляемая мощность (порядка 0,1 мВт/см2), низкое напряжение питания (несколько В), что позволяет, например, сочетать жидкокристаллические дисплеи с интегральными схемами и тем самым обеспечивать миниатюризацию индикаторных приборов (плоские телевизионные экраны).
Спиральная структура холестериков определяет их высокую оптическую активность (которая на несколько порядков выше, чем у обычных органических жидкостей и твердых кристаллов) и способность селективно отражать циркулярно поляризованный свет видимого, ИК и УФ диапазонов. При изменении температуры, состава среды, напряженности электромагн. поля изменяется шаг спирали, что сопровождается изменением оптических свойств, в частности цвета. Это позволяет измерять температуру тела по изменению цвета жидкие кристаллы, контактирующего с поверхностью тела. Жидкокристаллическая термография используется в технике для визуализации ИК, СВЧ излучений, в качестве неразрушающих методов контроля в микроэлектронике и др., в медицине - для диагностики ряда сосудистых и острых воспалит. заболеваний.
Особое место среди жидкокристаллических веществ занимают полимеры. Термотропные полимерные жидкие кристаллы получают "хим. включением" мезогенных групп в состав линейных и гребнеобразных макромолекул. Это позволяет не только значительно увеличить количество жидкокристаллических веществ, но и существенно расширить общие представления о природе жидкокристаллического состояния. На основе полимеров можно получать жидкокристаллические стекла, пленки, волокна и покрытия с заданными анизотропными свойствами. Мезогенные группы макромолекул легко ориентируются в мезофазе под действием внешних полей (механических, электрических, магнитных), а при последующем охлаждении полимера ниже температуры стеклования полученная анизотропная структура фиксируется в твердом состоянии. Использование лиотропного жидкокристаллич. состояния на стадии переработки жесткоцепных полимеров - новый путь получения высокопрочных высокомодульных полимерных материалов.
Жидкие кристаллы открыты в 1888 Ф. Рейнитцером и О. Леманом. Число описанных жидких кристаллов превышает десятки тысяч и непрерывно увеличивается. Лит.: Жен П. Ж. де. Физика жидких кристаллов. пер. с англ., М., 1977; Блинов Л. М., Электро- и магнитооптика жидких кристаллов. М., 1978; Платэ Н. А., Шибаев В. П., Гребнеобразные полимеры и жидкие кристаллы, М., 1980; Пикин С. А., Структурные превращения в жидких кристаллах, М.. 1981, Сонин А. С., Введение в физику жидких кристаллов. М., 1983; Америк Ю. Б., Кренцель Б. А., Химия жидких кристаллов и мезоморфных полимерных систем. М., 1981, Современная кристаллография, т. 4, М., 1981, с. 425-83 В. П. Шибаев.
, —С(О)—NH—. Концевыми группами Y и Z м. б. алкильные и алкоксильные группировки, 
