Вы когда-нибудь слышали про жидкие кристаллы? Даже если вам кажется, что нет, поверьте, вы точно сталкиваетесь с ними ежедневно. Телевизоры, телефоны, планшеты – вся техника, которая кардинально изменила нашу жизнь, стала возможна благодаря развитию науки в этом направлении.

А знаете ли вы, что первая лаборатория по изучению жидких кристаллов в СССР была основана в нашем городе 60 лет назад на базе Ивановского государственного педагогического института?

В преддверии юбилея института мы встретились с директором НИИ наноматериалов, доктором химических наук, профессором Надеждой Васильевной Усольцевой.

От ламповых приборов к жидкокристаллическим мониторам

Жидкие кристаллы – удивительная загадка природы. Большинство веществ в твердом виде существуют в кристаллическом состоянии, где молекулы упорядочены в трех измерениях. При нагревании до определенной температуры обычно наблюдается фазовый переход в жидкость, где молекулы разупорядочены. Однако более 100 лет назад выяснилось, что существуют некоторые вещества, которые формируют промежуточную фазу, близкую по свойствам к жидкости, но тем не менее молекулы в ней упорядочены. Эта фаза была названа жидкокристаллической.

Бум исследования веществ с жидкокристаллическими свойствами связан с развитием микроэлектроники. 

– 60-е годы – это переход от ламповых приборов к электронике. Научно-технический прогресс требовал совершенно новых веществ с уникальными свойствами. Инженеры научились использовать жидкие кристаллы вначале на информационных табло, а затем для систем отображения информации на экранах электронных часов, калькуляторов и далее – при создании дисплеев и «умных окон», – рассказывает Надежда Васильевна. – Мы связываем становление фундаментальных исследований жидких кристаллов в нашем городе с 1963 годом. Именно тогда появились два первых больших обзора по жидким кристаллам молодого преподавателя ИГМИ (в будущем – доктора физико-математических наук) Игоря Григорьевича Чистякова в соавторстве с будущим академиком Института кристаллографии АН СССР Борисом Константиновичем Ванштейном и доктором химических наук, профессором ИГМИ Валентиной Алексеевной Усольцевой. Это были две основополагающие статьи. А уже в 1964 году на кафедре общей физики Ивановского государственного педагогического института Игорь Григорьевич Чистяков создал Научно-исследовательскую лабораторию структуры и свойств жидких кристаллов и высокомолекулярных веществ (НИЛ).

Это была первая специализированная лаборатория в послевоенном Советском Союзе, где возродилось изучение жидких кристаллов, начатое в Ленинградском физико-технологическом институте в довоенное время и прерванное в 1936-м…

«Впервые в мире»

Практически все дальнейшие разработки и открытия ивановских ученых в области жидких кристаллов сопровождаются словами «впервые в мире».

– Диапазон научных интересов Игоря Григорьевича был невероятно широк. Он заражал своим энтузиазмом молодых исследователей и аспирантов. Любой прорывной результат в науке всегда возникает на основе взаимодействия ученых разных специальностей, – рассказывает Надежда Васильевна. – Поэтому в состав лаборатории Игорь Григорьевич с самого начала пригласил представителей медицинского, текстильного, педагогического и химико-технологического институтов. 

В этой лаборатории были синтезированы первые в СССР жидкие кристаллы, впервые были выполнены фундаментальные исследования структуры и свойств жидкокристаллических веществ, произведено моделирование этих структур. Исследовано влияние на них температуры, течения, электрических и магнитных полей. Изучены электрооптические свойства, поверхностное натяжение, термодинамика полиморфных фазовых превращений и ряд других свойств. Первая в СССР монография Игоря Григорьевича «Жидкие кристаллы» дала толчок к появлению большого числа работ по этой теме в СССР. 

Словом, спустя непродолжительное время Иваново стало своеобразной Меккой, куда стремились за знаниями, опытом работы с жидкими кристаллами и за самими веществами ученые со всех концов Советского Союза. 

Жидкие кристаллы – в жизнь

Одно из первых исследований по практическому применению жидких кристаллов было сделано совместно Игорем Григорьевичем Чистяковым и первым ректором ИвГУ Владимиром Николаевичем Латышевым в области трибологии, то есть смазочных жидкостей. За этим последовала термография с помощью жидких кристаллов, распределение тепловых полей при работе различных механизмов, электрических схем и, наконец, при различных воспалительных заболеваниях. Например, в Иванове эти исследования проводились на кафедре инфекционных болезней ИГМИ под руководством профессора Ужиновой и кафедре хирургии под руководством профессора Герусова.

Ученые доказали, что по принципу жидких кристаллов функционируют биологические мембраны и многие биологические жидкости, обеспечивая бесперебойную работу клеток и организма в целом. Таким образом, изучение природы и поведения жидких кристаллов может привнести вклад в молекулярную биологию. 

Это только начало

Сейчас сфера исследований ученых НИИН значительно шире. Было установлено что жидкокристаллическое состояние проявляют не только органические соединения, но также углеродные наноструктуры. Поэтому в 2008 году лаборатория была трансформирована в НИИ наноматериалов. 

– Наши ученые работают в различных направлениях. Всего один пример – синтез и исследования соединений, связанных с электрооптическими свойствами жидких кристаллов как материалов для солнечных батарей и других электрооптических устройств. Уже очевидно, что от кремниевых пластин в будущем придется отказаться. Сейчас наука обратила внимание на органические соединения. Оказалось, что органика тоже может использоваться в солнечных батареях, – отметила Надежда Васильевна. – Но при ее использовании предстоит повысить эффективность преобразования солнечной энергии в электрическую.

Кроме того, всё больше развивается использование тонкопленочных наноматериалов. В НИИН успешно ведутся работы и в этом направлении.

– С переходом на электромобили требуется новый уровень смазочных материалов. Поэтому мы занимаемся исследованием влияния углеродных наночастиц на процессы трения ??электропроводность смазок, – говорит руководитель НИИН. – Хочу подчеркнуть, что успех научных изысканий опирается на традиции, заложенные нашим основателем и учителем. Мы тесно сотрудничаем с учеными практически всех ивановских вузов и с Институтом химии растворов РАН, готовим молодые кадры, проводим международные конференции. Всё это позволило 20 лет назад создать научно-образовательный консорциум «Жидкие кристаллы» и основать всероссийский журнал «Жидкие кристаллы и их практическое использование», признанный не только у нас в стране, но и за рубежом.

Заметили, как изменилась наша жизнь благодаря научно-техническому прогрессу за последние 60 лет? Что же будет еще через 60? Поживем – увидим!