Тринадцатая научная конференция «Шаг в будущее, Москва» Кафедра ИУ4 МГТУ им. Н.Э. Баумана «Проектирование и технология производства электронно-вычислительных средств» СЗМ исследование жидких кристаллов на примере жидкокристаллического дисплея Москва, 2010 Автор :Спирин Никита Геннадьевич Москва, ГБОУ гимназия 1504 Научный руководитель: Волкова Яна Борисовна НОЦ «Наносистемы» кафедры ИУ4 МГТУ им. Н.Э. Баумана

Цели, объекты, решаемые задачи Цель исследования – изучить поверхностную структуру жидких кристаллов на наноуровне, узнать, являются ли эти структуры наноразмерными, получить практические и теоретические сведения о поверхностных образованиях данных веществ. Объектом исследования являются нематические жидкие кристаллы. Решаемые задачи: 1.Проверяется предположение о возможности рассмотрения поверхностных жидкокристаллических структур как наноструктурных образований. 2.Проводится исследование поверхностных структур жидких кристаллов на наноуровне путем сравнения изображений ЖК со сканами подложки, на которой находятся эти кристаллы. 3.Проводится сравнение полученных результатов сканирования с имеющимися теоретическими фактами. Актуальность: Нет точного представления о топологии поверхности данных веществ. Прогресс и развитие ряда отраслей науки и техники немыслимы без развития исследований в области жидких кристаллов. Не меньший интерес представляют собой жидкие кристаллы с точки зрения биологии и процессов жизнедеятельности.

Сведения о жидких кристаллах Жидкие кристаллы - вещества, переходящие при определенных условиях (температура, давление, концентрация в растворе) в жидкокристаллическое состояние, которое является промежуточным между кристаллическим состоянием и жидкостью. Наиболее характерным свойством ЖК является их способность изменять ориентацию молекул под воздействием электрических полей, что открывает широкие возможности для применения их в промышленности. Модель молекул ЖК Жидкие кристаллы

Группы жидких кристаллов ЖИДКИЕ КРИСТАЛЛЫ Термотропные ХолестерическиеНематическиеСмектические Лиотропные Смектические и нематические ЖК Холестерические ЖК

Применение жидких кристаллов

Принцип работы ЖК-дисплея

Подготовка образцов для исследования 1.Вскрыть жидкокристаллический дисплей с помощью стеклореза. 2.Подготовить годный образец дисплея с тонкой жидкокристаллической пленкой на нем. Объект исследования представлен в виде пленок, находящихся на стеклянных подложках. В качестве образца был вскрыт обычный монохромный дисплей калькулятора. Исследования были проведены в лаборатории кафедры ИУ4 МГТУ им. Н. Э. Баумана. Вскрытый ЖК-дисплей Стеклянная подложка с жидкими кристаллами на ней

Оборудование для сканирование образцов на наноуровне Исследование проводилось с помощью сканирующего зондового микроскопа NanoEducator. Выбран метод полуконтактной атомно – силовой микроскопии. Площадь сканирования всех образцов – 5×5 микрометров. Перед началом исследования производиться подготовка прибора к работе, калибровка сканера с помощью специальной калибровочной решетки TGZ3. Устройство прибора: 1.основание 2.держатель образца 3.датчик взаимодействия 4.винт фиксации датчика 5.винт ручного подвода 6.винты перемещения сканера с образцом 7.защитная крышка с видеокамерой

Поверхностные структуры подложки При анализе поверхности подложки на наноуровне установлено, что ее структурные образования расположены равномерно по всей поверхности подложки и имеют значительно меньше нанотехнологической границы 100 нанометров размеры во всех направлениях, т.е. относятся к наноструктурным образованиям.

Область сканирования *1000 нм. На изображениях отчетливо видна жидкокристаллическая структура. Так как на скане подложка, то мы можем наблюдать наноструктурные образования жидких кристаллов, молекулы которых расположены тесными рядами вблизи друг от друга и имеют выпуклую форму. Все молекулы направлены в пространстве именно по направлению своего «директора», вектора, дающий направление, ориентацию для молекул. Данное вещество находится в своем естественном природном состоянии и без определенных внешних воздействий. Однако такое состояние не всегда является адекватной структурой исходного жидкого кристалла из-за условий из-за фазового перехода. Исследование жидких кристаллов

Выводы Проведено сканирование поверхностных структур жидких кристаллов, в результате было установлено, что эти образования можно считать наноразмерными. Методом атомно-силовой микроскопии исследована структура нематических жидких кристаллов в стеклообразном состоянии. Предположено, что такое состояние не всегда является адекватной структурой исходного жидкого кристалла из-за условий фазового перехода. При рассмотрении и анализе сканов поверхности жидких кристаллов было установлено, что молекулы данного вещества в своем строении имеют закономерность, то есть выстраиваются по определенному направлению, вдоль особого вектора( «директора»), что вполне подтверждает теоретические факты о самих жидких кристаллах. В будущем планируется измерение ЖК методами СТМ при подаче на подложку электрического потенциала.