New Scientist, March 19, 1981
Руководство к получению копий на бумаге «пикфикс»
1. Вложите лист бумаги. После закрытия прозрачной нагревательной крышки на бумаге получится изображение, повторяющее изображение на экране телевизора.
2. В нужный момент выключите нагреватель. Изображение на бумаге мгновенно зафиксируется.
3. Откройте крышку и возьмите полученную «фотографию».
Жидкокристаллические соединения имеют две «точки плавления»: при температуре ниже нижней «точки плавления» они находятся в твердом состоянии, а выше верхней — представляют собой истинные жидкости. В интервале же между этими точками они находятся в промежуточном состоянии — в виде анизотропной жидкости с упорядоченной ориентацией молекул. Для бумаги «пикфикс» нам нужен жидкий кристалл, нижняя точка плавления которого несколько выше комнатной температуры (чтобы полученное изображение фиксировалось при нормальной температуре), но в то же время легко достигается при слабом нагревании. Для опытного образца подошел бы 4-метокси-4'-(н-бутил)-азоксибензол (нижняя точка плавления его соответствует температуре 42°C, а верхняя — 77°C).
Пожалуй, наиболее подходящими для наших целей будут нематические жидкие кристаллы, так как при их использовании для управления индикатором требуется минимальное напряжение: достаточно уже 5–10 В, а если подойти к делу с умом, то и меньше. В отсутствие электрического поля молекулы жидкого кристалла не обладают оптической активностью. Но если поместить нематический жидкий кристалл в электрическое поле, то плоскость поляризации проходящего через него света будет вращаться. Поместив жидкий кристалл между скрещенными поляроидами, мы сможем наблюдать изменение ориентации молекул кристалла под действием электрического поля. В отсутствие поля такой пакет непрозрачен для света — бумага «пикфикс» будет казаться черной. Если наложить такую бумагу на телевизионный экран, то электрическое поле, создаваемое электронным лучом, изменит ориентацию молекул и мы получим на бумаге позитивное изображение телевизионного кадра. Нетрудно создать и негативную бумагу «пикфикс» — для последующего размножения изображения фотографическим способом.
Проблемы. Быстродействие жидкокристаллических индикаторов составляет десятки миллисекунд, что намного больше времени, в течение которого электронный луч рисует одну «точку» телевизионного изображения. Нам придется подобрать сопротивление утечки таким образом, чтобы заряд на телевизионном экране сохранялся на протяжении всех 40 мс — времени проекции одного телевизионного кадра. Это позволит нам переснимать отдельные кадры телеизображения, если только мы сумеем достаточно быстро охлаждать бумагу. Для этого бумага «пикфикс» должна быть очень тонкой, что желательно и по многим другим причинам[45].
Использование. Помимо очевидных применений бумаги «пикфикс» — для быстрого снятия копий с телевизионного экрана и в дисплеях ЭВМ — можно назвать по крайней мере еще два:
а. Термограммы. Если положить бумагу «пикфикс» на поверхность и подать на нее короткий импульс напряжения, то мы получим прозрачное изображение тех участков поверхности, температура которых превышает 42°C (нижняя точка плавления жидкого кристалла). Такие термограммы могут использоваться в медицине, технике, теплотехнике и т. п.
б. Электрограммы. Если положить бумагу на плату электронного прибора и быстро сильно нагреть ее, то мы получим прозрачное изображение тех точек, где электрическое напряжение превышает 5 В (пороговое напряжение для данной бумаги). Такие электрограммы очень удобны для диагностики повреждений в электронных приборах, для поиска скрытой электропроводки, проверки аккумуляторов и т. п.
Неньютоновы штаны
Втискиваясь как-то в накрахмаленную рубашку, Дедал задумался о механических свойствах одежды. Он пришел к мысли, что волокна, обладающие ярко выраженными нелинейными механическими свойствами, подняли бы портняжное дело на качественно новый уровень. Реальные жидкости в своем поведении сильно отклоняются от ньютонова закона вязкости, проявляя очень широкий спектр нелинейных механических свойств. Одна крайность — это дилатансия (значительное повышение вязкости с увеличением нагрузки), другая — тиксотропия (значительное уменьшение вязкости с увеличением нагрузки). Известны также жидкости, у которых наблюдаются гистерезис и другие аномальные свойства.
Поэтому Дедал придумывает способ изготовления капиллярных волокон, заполненных такими жидкостями, и подыскивает полимеры с нелинейными свойствами, пригодные для изготовления волокон. Прежде всего его интересует волокно с ярко выраженной дилатансией. Изготовленная из такого волокна ткань не мешает обычным медленным движениям тела, но становится очень жесткой при попытке совершить резкое движение. Одежда из этой ткани очень пригодится для чрезмерно подвижных детей и суматошных сангвиников — она заставит их совершать плавные и грациозные движения и отучит от порывистости и угловатости. Такая одежда найдет большой спрос в институтах красоты и в школах йоги, где превыше всего ценится изящество жестов. К сожалению, стирать эту одежду будет очень трудно, поскольку с нею не справится ни одна стиральная машина. Но, поскольку дилатансия зависит от температуры, Дедал надеется добиться того, чтобы в горячей воде такая одежда становилась абсолютно мягкой, а после охлаждения восстанавливала свои нелинейные свойства.
Дилатантная одежда поможет также в борьбе с нарушителями общественного правопорядка. Например, обязав футбольных болельщиков являться на стадион только в такой одежде, мы существенно умерим их страсти, лишив возможности устраивать потасовки. Таким же способом можно обезопасить автомобилистов на случай аварии. Поначалу Дедал решил, что из его ткани выйдет отличное военное обмундирование. Но, поразмыслив как следует, он понял, что армии нужно нечто совершенно противоположное, и занялся разработкой тиксотропных волокон. Военная форма, пошитая из тиксотропной тканн, будет препятствовать любым движениям, если они не совершаются достаточно энергично; энергичные же движения не встретят никакого сопротивления. Поэтому надевший эту форму будет вынужден либо оставаться совершенно неподвижным, либо двигаться в ускоренном темпе.
New Scientist, May 26, 1977
Как изготовить «неньютоновское волокно»? Очевидно, эти волокна должны быть композитными и содержать некоторое количество обычного волокна, воспринимающего растягивающие нагрузки. Стало быть, либо обычное волокно должно быть покрыто слоем вещества с подходящими реологическими свойствами, либо капиллярное волокно должно быть заполнено соответствующей жидкостью. Второй вариант, по-видимому, предпочтительнее, так как в этом случае можно использовать и липкие, и текучие жидкости. Капилляры можно заполнять жидкостью примерно так, как заполняют конфеты жидкой начинкой, — наполнитель переводится в твердое состояние и покрывается оболочкой, а затем вновь размягчается. Заманчиво было бы взять в качестве наполнителя волокна какую-нибудь съедобную начинку со свойствами неньютоновской жидкости.
45
При замораживании, т. е. переходе в истинно кристаллическое состояние, ориентация молекул жидкого кристалла, обусловленная внешним электрическим полем, не сохранится, поскольку энергия межмолекулярного взаимодействия в истинном кристалле на несколько порядков выше энергии, используемой для переориентации молекул в жидкокристаллическом состоянии. Иначе говоря, при замораживании изображение исчезает. —