Advances in the Study of Inorganic Lyotropic Liquid Crystals

Abstract

)  ВведениеМожно считать, что неорганические лио-тропные жидкие кристаллы (ЖК) были открыты в 1925 г., когда Г. Цохер обнаружил, что водные дисперсии пятиокиси ванадия обладают двупре-ломлением и образуют тактоиды. Вскоре мезофазы были обнаружены и в дисперсиях других неорга-нических соединений. Однако на фоне ЖК-бума середины 60-70-х гг. о них совершенно забыли.Интерес к этим экзотическим мезофазам не-ожиданно возник в середине 90-х гг. Их получени-ем и изучением занимаются крупнейшие универ-ситеты и фирмы; литература, им посвященная, на-считывает сотни статей (см., например, обзоры [1][2][3][4][5][6][7]). Их стали называть по-разному: «минеральные ЖК-полимеры», «коллоидные ЖК на основе мине-ральных молекул», просто «коллоидные ЖК», «минеральные ЖК».Естественно, возникает вопрос, в чем причи-на такого бурного интереса к этим экзотическим мезофазам? Главная причина -мировой «нано-бум». Разработка методов получения наночастиц привела к необходимости получения упорядочен-ных наноструктур. Это стало возможным в различ-ных дисперсиях, где, как оказалось, они образуют ЖК-мезофазы. Эти мезофазы стали интенсивно изу-чать, учитывая при этом специфику ЖК-свойств.Настоящий обзор посвящен анализу совре-менного состояния этой области ЖК-науки. Будут подробно рассмотрены способы получения, струк-туры и физические свойства дисперсных мезофаз, причем главное внимание обращено на специфиче-ские ЖК-свойства, такие как фазовые переходы, уп-ругости, влияние электрических и магнитных полей. Нематики Пятиокись ванадияКоллоидные растворы V 2 О 5 давно и широко исследованы вне связи с их ЖК-свойствами [8]. Было показано, что в зависимости от концентра-ции V 2 О 5 коллоидный раствор проявляет свойства или золя, или геля. Разбавленные растворы с кон-центрацией менее 0,09 моль/л являются изотроп-ными, с концентрацией более 0,13 моль/л -это нематики. Двухфазная область найдена при про-межуточной концентрации. И, наконец, переход золя в гель происходит при концентрации 0,2 моль/л. Способы получения золей и гелей V 2 O 5 чрез-вычайно разнообразны. Но, несмотря на большое число методов наиболее надежными остаются ме-тоды, основанные на гидролизе и конденсации ва-надатов, таких как ванадат аммония и др. Дис-персной фазой в золе и геле являются частицы ромбического монокристалла V 2 О 5, толщина кото-рого равна 8,8 Å. Эти частицы и формируют структуру коллоидных частиц [9].В большинстве случаев свежеприготовлен-ные золи V 2 О 5 оптически изотропны. Частицы та-ких золей аморфны и имеют размер до 100 Å. В процессе старения частицы золя достигают неко-торой критической величины, возникает двупре-ломление и в препарате образуются характерные текстуры.И гели, и золи V 2 О 5 образуют мезофазы [10]. На рис. 1 приведена типичная текстура золя нема-тика с дисклинациями ± ½.Рис. 1. Текстура золя V 2 O 5 в плоском капилляре. Поляризованный свет [10]Гель V 2 О 5 является атермическим. Он оста-ется нематическим до температуры 200 С, при которой разлагается. Нематический зол...