Контактные явления на границе раздела твердая фаза-жидкость Курсовая работа (проект)

Причина электрокинетических явлений в том, что на поверхности есть двойной электрический слой, имеющий диффузное строение и это приводит к тому, что фаза и среда заряжены противоположно. Т.к. частицы стремятся уменьшить поверхностную энергию, то все они стремятся адсорбироваться на поверхности.

На поверхности твердого тела при его контакте с жидкостью самопроизвольно возникает двойной электрический слой (ДЭС) - тонкий поверхностный слой из пространственно разделенных электрических зарядов противоположного знака. Возникновение заряда на границе двух фаз относится к одному из видов поверхностных явлений.

Для изобарно-изотермического процесса в отсутствие физико-химических взаимодействий (dT=0, dp=0, dni=0):

Заряд поверхности, который возникает самопроизвольно, вызван стремлением к уменьшению поверхностного натяжения.

Существуют следующие механизмы образования двойного электрического слоя:

1) Ионизация поверхности. Металл теряет электроны и заряжается положительно.

2) Избирательная адсорбция ионов. Поверхность адсорбирует ион более близкий по природе.

Необычное сочетание слов «жидкие кристаллы» многим уже знакомо, хотя далеко не все представляют себе, что же кроется за этим странным и, казалось бы, противоречивым понятием. Несмотря на то, что со дня открытия жидких кристаллов прошло уже более ста лет, ни в одном школьном учебни- ке физике и химии нет даже упоминания об этих удивительных веществах, столь удачно сочетающих свойства анизотропии кристаллов и текучести жидкости, а слово «жидкокристаллический» воспринимается как нечто непо- нятное, подобное горяче-холодному телу либо северо-южному направлению. И в то же время жидкокристаллические (ЖК) индикаторы являются неотъем- лимой частью электронных часов, портативных компьютеров, плоских экра- нов миниатюрных телевизоров, пейджеров, цифровых измерительных при- боров и многих других электронных приборов и устройств. Мировое производство ЖК индикаторов исчисляется миллиардами и, по прогнозам, будет увеличиваться и дальше. Уже сейчас без преувеличения можно сказать, что прогресс целого ряда отраслей науки и техники немыслим без развития исследований в области жидких кристаллов. Не меньший интерес представляют жидкие кристаллы и для биологов, изучающих процессы жизнедеятельности. Функционирование клеточных мембран и генетического вещества, передача нервных импульсов, работа мышц, формирование атеросклеротических бляшек – далеко не полный перечень процессов, протекающих с участием ЖК веществ, для которых характерна склонность к самоорганизации, сочетающейся с высокой молекулярной подвижностью.

Подобно обычной жидкости, жидкий кристалл обладает текучестью и принимает форму сосуда, в который он помещен. Этим он отличается от известных всем кристаллов. Однако, несмотря на это свойство, объединяющее его с жидкостью, он обладает свойством, характерным для кристаллов. Это - упорядочение в пространстве молекул, образующих кристалл. Правда, это упорядочение не такое полное, как в обычных кристаллах, но оно существенно влияет на свойства жидких кристаллов, чем и отличает их от обычных жидкостей. Неполное пространственное упорядочение молекул, образующих жидкий кристалл, проявляется в том, что в жидких кристаллах нет полного порядка в пространственном расположении центров тяжести молекул, хотя частичный порядок может быть. Это означает, что у них нет жесткой кристаллической решетки. Поэтому жидкие кристаллы, подобно обычным жидкостям, обладают свойством текучести. Обязательным свойством

Расположение молекул в жидких кристаллах изменяется под действием таких факторов, как температура, давление, электрические и магнитные поля; изменения же расположения молекул приводят к изменению оптических свойств, таких, как цвет, прозрачность и способность к вращению плоскости поляризации проходящего света. (У холестерически-нематических жидких кристаллов эта способность очень велика.) На всем этом основаны многочисленные применения жидких кристаллов.

Зависимость цвета от температуры используется для медицинской диагностики. Нанося на тело пациента некоторые жидкокристаллические материалы, врач может легко выявлять затронутые болезнью ткани по изменению цвета в тех местах, где эти ткани выделяют повышенные количества тепла. Таким образом, жидкокристаллический индикатор на коже больного быстро диагностирует скрытое воспаление и даже опухоль.

С помощью жидких кристаллов обнаруживают пары вредных химических соединений и опасные для здоровья человека гамма- и ультрафиолетовое излучения. На основе жидких кристаллов созданы измерители давления, детекторы ультразвука.

Одним из этапов производства микросхем является фотолитография, которая состоит в нанесении на поверхность полупроводникового материала специальных масок, а затем в вытравливании с помощью фотографической техники так называемых литографических окон. Эти окна в результате дальнейшего процесса производства преобразуются в элементы и соединения микроэлектронной схемы. От того, насколько малы размеры соответствующих окон, зависит число элементов схемы, которые могут быть размещены на единице площади полупроводника, а от точности и качества вытравливания окон зависит качество микросхемы. Выше уже говорилось о контроле качества готовых микросхем с помощью холестерических жидких кристаллов, которые визуализируют поле температур на работающей схеме и позволяют выделить участки схемы с аномальным тепло-выделением. Полезным оказалось применение жидких кристаллов (теперь уже нематических) на стадии контроля качества литографических работ. Для этого на полупроводниковую пластину с протравленными литографическими окнами наносится ориентированный слой нематика, а затем к ней прикладывается электрическое напряжение. В результате в поляризованном свете картина вытравленных окон отчетливо визуализируется. Более того, этот метод позволяет выявить

Наиболее важные для техники полупроводниковые приборы - диоды, транзисторы, тиристоры основаны на использовании замечательных материалов с электронной или дырочной проводимостью.

Широкое применение полупроводников началось сравнительно недавно, а сейчас они получили очень широкое применение. Они преобразуют световую и тепловую энергию в электрическую и, наоборот, с помощью электричества создают тепло и холод. Полупроводниковые приборы можно встретить в обычном радиоприемнике и в квантовом генераторе - лазере, в крошечной атомной батарее и в микропроцессорах.

Жидкие кристаллы и контактные структуры для электроники находят большое применение в современной цивилизации. В настоящее время из-вестны около 10 тысяч жидкокристаллических веществ и сотни гетеропере-ходов. Синтез таких структур довольно сложный, поэтому велико содержание дефектных включений. Органические молекулы – громоздки и требуют больших затрат энергии внешних воздействий на их переориентацию. В органических молекулах кроме участков (палочек), которые и образуют жидкокристаллическую фазу, существуют всякие «хвосты». «Хвосты» снижают подвижность участков мезогенных групп и увеличивают интервал температуры, в которой и наблюдается жидкокристаллическая фаза. Поэтому параллельно с получением и применением органических жидких кристаллов происходит интенсивное исследование неорганических жидких кристаллов. В неорганических жидких кристаллах отсутствуют недостатки жидкокристаллических органических веществ.