Области возможного практического применения электрореологического эффекта чрезвычайно разнообразны и широки:
1. регулирование движения жидкости, прокачиваемой через узкий канал;
2. конструкции муфт сцепления, тормозов и других фрикционных устройств;
3. зажимные и фиксирующие устройства ( если пленку электросвязкой жидкости нанести на тонкую пластину диэлектрика, с другой стороны которого располагаются электроды, соединенные с источником одно или трехфазного тока, то электропроводный эффект, установленный на пластине, будет жестко зафиксирован "затвердевший" пленкой при наложении достаточно интенсивного электрического поля);
4. жидкие электрогенераторы, преобразователи тока;
5. электрокинетические весы, примеры использования электрореологического эффекта подробно рассмотрены в (3).
19.8. Жидкие кристаллы.
Представим себе жидкость, молекулы которой имеют удлиненную палочкообразную форму. Силы взаимодействия "выстраивают" их параллельно друг другу и ведут они себя как обычные молекулы жидкости, но с учетом единственного ограничения при всех перемещениях должно сохраняться (в целом) некоторое выделенное направление длинных осей. У такой жидкости будут различные оптические и другие характеристики (например, теплопроводность) в различных направлениях, т.е. они будут анизотропной. А ведь анизотропия всегда считалась отличительной чертой кристаллического состояния!
Жидкость, описанного выше типа, принадлежит обширному классу веществ, называемых нематическими жидкими кристаллами. Слово "немос" по-гречески "нить", и, действительно, молекулы таких жидких кристаллов напоминают бусинки, укрепленные на нити.
Возможны и другие типы молекулярной архитектуры, создающие анизотропию. Укладка молекул слоями и пачками приводит к еще одному классу жидких кристаллов - сметическим. Такая упаковка молекул создает анизотропию не только оптических, но и механических свойств, посколько слоя легко смещаются относительно друг друга. Название этой группы связано с греческим словом "смектос" (мыло). Такое расположение молекул характерно для мыльных растворов, эмульсий и т.д.
Третьим распространенным типом жидких кристаллов являются холестерические, в которых молекулы укладываются в плоскостях подобно описанным выше нематическим кристаллам, но сами плоскости повернуты друг относительно друга. Вектор, связанный с длинной осью, так называемой "директор", описывает в пространстве спираль. Названием этот класс жидких кристаллов обячзан печально известному холестирину, у которого впервые были обнаружены подобные свойства.
19.8.1. Прежде всего было найдено, что воздействие электрического поля на жидкие кристаллы приводит к электрооптическим эффектам, не имеющих аналогов среди прочих оптических сред. Электрооптическая ячейка состоит из двух стекол, между которыми находится тонкий слой жидкого кристалла. Окрашенные поверхности стекол обработаны таким образом, что они, оставаясь прозрачными, пропускают электрический ток. Таким образом получают как бы прозрачный конденсатор, диэлектриком внутри которого служит слой жидкого кристалла.
19.8.2. Первым из открытых и, пожалуй наиболее впечатляющих эффектов стало динамическое рассеяние. При определенном значении приложенного поля жидкость между электродами как бы становится мутной. Свет, до сих пор беспрепятственно приходивший через жидкий кристалл, рассеивается, и участки с повышенной напряженностью поля становятся видны.
Этот простой эффект имеет большую практическую ценность.
Электропроводящие участки поверхности стекла могут быть выполнены ввиде букв или любых геометричеких фигур. Подавая на них соответствующие напряжения, можно формировать различным образом прозрачные и непрозрачные участки, то есть с ничтожными затратами энергии создавать подвижные и неподвижные картины. Использование динамического рассеяния на слое жидкого кристалла толщиной в несколько микрометров позволяет получить изображение, затрачивая мощность порядка микроваттов. При этом из-за тонкости слоя жидкого кристалла необходимое напряжение на ячейке составит всего несколько вольт.
19.8.3. Удивительные превращения происходят с лучом света при взаимодействии с колестерическим жидким кристаллом, т. е. периодической спиралью. Освещенный белым светом, он кажется окрашенным и при поворотах (при изменении угла наблюдения) начинает переливаться всеми цветами радуги. Этот эффект возникает потому, что в различных направлениях чешуйки кристалла, отражающие свет, расположены на различных расстояниях и отражают из белого цвета лишь волны с определенной длинной.
Такой простой и красивый эффект дает ошеломляющую
возможность.
Например, пусть какой-то участок поверхности нагрет на сотые доли градуса выше окружающих. Приложим к этой поверхности пленку с нанесенным слоем холестерического жидкого кристалла. В "горячей" точке шаг спирали чуть-чуть увеличится и на пленке появится точка иного цвета. Покрыв готовое изделие (это может быть интегральная схема или деталь двигателя) слоем холестерического вещества, можно получить цветную картину тепловых направлений, на который контрастными пятнами поступают любые дефекты, и неоднородности, даже скрытые далеко в стуктуре, благодаря неодинаковой их теплопроводности.
19.8.4. Цвет окраски жидкого кристалла однозначен с температурой нагретой поверхности. Этот эффект лежит в основе разработанного преобразователя инфракрасного изображения в видимое.
Основным элементом этого устройства является пленка холестерического жидкого кристалла, повешенная на тонкую черную мембрану. Мембрана поглощает сфокусированное на ней инфракрасное излучение и передает тепло слою жидкого кристалла. Цвет жидкокристаллической пленки (в отраженном свете) зависит от температуры, поэтому при освещении пленки белым светом получается видимое изображение инфракрасного излучения. Напомним, что для преобразования инфракрасного излучения в видимое обычно используют преобразователи на основе фотоэмиссионных или фосфороресцирующих устройств с весьма сложной и дорогостоящей электроникой. Предельная простота и малая стоимость делает жидкокристаллические преобразователи несравненно более выгодными.
Из смеси холестерических веществ можно изготавливать температурные индикаторы в интервале температур от 20 до 250 C. Индикаторы представляют собой тонкую гибкую пленку жидкого кристалла, заключенную между двумя полимерными пленками. Такую пленку можно накладывать на поверхности деталей для регистрации температурных градиентов в различных направлениях.
19.8.5. Жидкие кристаллы холестерического типа (или их смеси) весьма чувствительны к присутствию паров различных химических веществ. Присутствие крайне малого количества пара может изменить структуру жидкого кристалла. С помощью жидкого кристалла удается установить присутствие в воздухе пара при его концентрации - несколько частей на миллион. Этот способ имеет большую практическую ценность.
19.9. О смачивании.(к 3.3.2.)
19.9.1. Эффект растекания жидкости под окисными пленками металлов. Обычно окисные пленки затрудняют смачивание твердых металлов из-за резкого различия химической природы окисла и металла. Тем не менее во многих системах, несмотря на наличие окисной пленки, жидкие металлы смачивают поверхность твердого металла. Смачивание происходит вследствие проникновение расплава под окисный слой с последующим растеканием в своеобразном капиллярном "зазоре" между окисной пленкой и твердым металлом.
Растекание может может происходить не только под окисными пленками, но и под некоторыми твердыми покрытиями. Эффект зависит от напряжений, сжимающих тело или окисную пленку.
Используется при пайке, сварке и склеивании.
19.9.2.Эффект капилярного "клея" - сцепление частиц, плстин и т.д.,разделенных тонкой прослойкой смачивающей жидкости. Капилярное давление способствует повышению прочности тонкодисперсных пористых структур.
19.9.3.Теплота смачивания - выделяется при смачивании (в том числе и рпи избирательном смачивании). Является характеристикой имерсионного смачивания(в том числе смачивания порошков).
Используется для получения информации о свойствах тела (подложки).
19.9.4. Магнитотепловой эффект смачивания - изменение теплоты смачивания между твердым телом и жидкостью,прошедшей магнитную обработку.Например,теплота смачивания при контакте с углем воды,прошедшей через магнитное поле,возрастает на 30%. Изменения смачивания ,вызванные действием магнитного поля, нестабильны;они исчезают через некоторое время(от нескольких часов до несколькихсуток).
Л И Т Е Р А Т У Р А .
Сумм Б.Д.,Горюнов Ю.В. Физико-химические основы смачивания и растекания.М.,"Химия",1976
Дерягин Д.В. Свойства тонких жидких слоев и их роль в дисперсных системах.М.,Издат-во Всесоюзного совета научно-инж. и техн.о-в,1973.
19.10. Если взять бумажную ленту,облизить ее противоположные концы так,чтобы получилось кольцо,а затем развернуть один из концов на 180 градусов и склеить ее друг с другом,то мвы получим т.н. кольцо Мебиуса,тело,обладающее очень интересным свойством. Можно ли одновременно находится и снаружи и внутри кольца? Явное физическое противоречие . Однако,оно легко преодолевается , если это кольцо - кольцо Меблуса, это тело имеет лишь одну неверность, и потому, например,муравей, ползущий по внутренней поверхности нашего бумажного кольца, не переползая через край полоски, может оказаться на "наружной" поверхности кольца. Кольцо Меблуса не одинаково среди подобных тел, так, например, сущесвует и "одноповерхностная" бутылка.
А.С.N.444682 Устройство для формирования детали из полимерных материалов, например,мембран из провинилта,содержащее замкнутую ленту с формирующими элементами, натянутую на барабан,ведущий из которых снабжен нагревателем и напрвляющее ролики, отличающееся тем,что,с целью повышения долговечности ленты , они выполнены в виде ленты Меблуса с формирующими элентами на двух ее сторонах.
см.так же А.С.N 446011
19.11. Обработка магнитными электрическими полями.
Омагничивание воды.Это словосочетание прочно вошло в изобретательскую практику.И неважно,что до сих пор нет четкого объяснения изменения свойств воды после наложения на нее магнитьного поля(1-3). Важно что применение этого эффекта позволяет интенсифицировать многие процессы.
А.С.N 511644. Способ изготовления лиминесцентного экрана путем осаждения люминафора из водной суспезии, содержащей силикат калия, отличающийся тем,что, с целью увеличения яркости свечения экрана, воду для приготовления суспенции предварительно пропускают через постоянное магнитное поле.
Некоторые изобретатели предпочитают использовать вращающее магнитное поле.
А.С.N 423767. Способ обработки воды затворения строительной смеси, например, при производстве бетонных изделий,заключающийся в воздействии на нее магнитным полем, отличающийся тем,что с целью повышения и стабилизации прочности изделий, на воду затворения воздействуют вращающимся магнитным полем с напряженностью 100-2000А (СМ.при промышленной частоте эл.тока и скорости протекания воды 0,5-2,5 м/сек.)
Начали обрабатывать магнитным полем и др. вещества .
А.С.N427953. Способ обработки композиций на основе латекса, обработанного переменном или постоянном магнитном полем, отличающийся тем,что с целью улучшения физико-мех. и тех -ких свойств мастик и клеев на основе латекса , латикс пропускают через магнитное поле напряженностью от 400 до 2000 в перпендикуляно его силовым линиям со скоростью 0,1-5,0 м/сек
В некоторых случаях в изображениях одинаково хорошо работает и магнитное, и электрическое поле.
А.С.N 484245. Способ обработки смазочно-охлаждающей жидкости, отличающейся тем,что с целью повышения стойкости режущего инструмента и повышения смазочных свойств жидкости, последнюю подвергают воздействию эл. или магн.поля.
Л И Т Е Р А Т У Р А .
1. В. Классен .Перспективы применения магнитной обработки водных систем химической промышленности."Химическая промышленность" N1,1974.
2. Н.И.ЛЫШАГИН К изменению свойств омагниченной воды."Изв.высш. учеб.заведений. Физика,1974,нр 2, стр.44-103.