Джордж Уильям Грей (, 4 сентября 1926, Денни, Шотландия — 12 мая 2013, Великобритания) — британский химик-материаловед, исследователь жидких кристаллов.

Биография Джордж Грей родился 4 сентября 1926 года у Джона и Джесси Грей в Денни, Шотландия. В семье также была дочь Кэтрин, на шесть лет старше его.

Детство В детстве его основными интересами были моделирование кораблей, чтение, выращивание растений и садоводство. Мать Джорджа была больше привязана к его сестре, чем к мальчику, считая его слишком живым и озорным, но отец был для него другом. Он был фармацевтом в Денни, образованным химиком и ботаником, которому Джордж был обязан своим ранним интересом к науке. Отец Джорджа сам управлял своим делом, и благодаря тому, что Джордж проявил особый интерес к химии, ему позволяли помогать во взвешивании материалов и изготовлении таблеток, порошков и растворов. Отец брал Джорджа на прогулки по воскресеньям и обсуждал с ним растения, их составляющие и химию живых процессов. Поэтому к тому времени, когда ему исполнилось 10 лет, Джордж был знаком с атомами и молекулами, и он никогда не хотел стать никем другим, кроме химика. Его отец сильно повлиял на него по мере развития интересов Джорджа в науке. У него была коллекция книг по истории науки, из которых Джордж узнал о достижениях таких ученых, как Фарадей, Блэк, Пристли, Гей-Люссак и Лавуазье.

Образование Он поступил в Университет Глазго и учился у ведущих химиков-исследователей, таких как Дж. В.Кук, выдающийся химик, работавший в области изучения стероидов, и Дж. Монтеф Робертсон, самый молодой в то время профессор университета Великобритании и знаменитый специалист по рентгеновской кристаллографии. Помимо изучения химии в годы войны, Джордж также изучал дополнительные дисциплины по математике и физике, окончив университет в 1946 году.

Затем болезнь отца и последующее предложение работы от Монтефа Робертсона заставили Джорджа переехать в город Кингстон-апон-Халл. Там он занял должность лаборанта в Лондонском университетском колледже (в Халле). В то же время Джорджу также предлагали работать в англо-иранской компании в Персии, но он отказался от этой возможности для продолжения работы на химическом факультете в Халле, где он и оставался следующие 40 лет. В первый же год работы его назначили помощником лектора. После этого он продолжил свое обучение, изучая жидкие кристаллы. Впоследствии он представил свою диссертацию в 1953 году под названием «Изучение синтеза и мезоморфизма некоторых ароматических карбоновых кислот» на степень доктора философии на факультете естественных наук Лондонского университета.

Научная деятельность После нескольких лет исследования жидких кристаллов и клеточных мембран, а также преподавания органической химии, был назначен на должность старшего преподавателя в 1960 году. Его успехи и растущий авторитет привели к тому, что в 1964 году он получил степень доктора химии, а в 1978 году, в возрасте 52 лет — профессора химии. Размышляя о своем времени в Халле, Грей говорилGeorge W. Gray, Reminiscences from a life with liquid crystals. Liq. Cryst. 1998, V. 24, p.5-13.:

Это было побуждающее к действию окружение, в котором можно было работать, возможно, лучше, чем в более обеспеченных институтах, — все стремились добиться успеха, помогали друг другу и восстанавливались после потерянных лет войны. Действительно, я очень обязан Университету Халла, который предоставлял мне свободу в исследованиях, разработке собственных идей, оказывал содействие и давал работать в постоянно улучшающемся окружении, при поддержке многих прекрасных коллег. Из-за этого я оставался в Халле более 40 лет, прежде чем уехать в 1990 году, после того, как стал заведующим химическим факультетом и старшим профессором.

Университет Халла, 1946—1970 Систематические исследования Грея по синтезу и описанию мезоморфных материалов начались в 1946 году. Ранние работы Грея включали в себя синтез и определение мезоморфных свойств алкоксибензойной и алкоксинафталиновой кислот. В своих исследованиях Грей определил температуры перехода, температуры плавления и прозрачности гомологических рядов замещенных кислот в зависимости от длины концевой алкоксильной цепи и в некоторых случаях определил наличие смектических (ламеллярных) фазGeorge W. Gray, A heating instrument for the accurate determination of mesomorphic and polymorphic transition temperatures, 1953, Nature, V. 172, p.1137-1140..

Примерно в 1952-53 гг. исследования Грея в жидких кристаллах расширились за счет изучения влияния длины алифатической цепи и латеральной замены на мезоморфные свойства материалов. Кроме этого он переключил свою работу на исследование конструкции и структуры центрального ароматического кольца и связывающих групп, обычно оснований Шиффа, которые были прикреплены к нему. Были также проведены дальнейшие исследования 4-п-н-алкоксибензилиденамино-3'-, 2'-, 2- и 3-хлорбифениловD. J. Byron, G. W. Gray and B. M. Worrall , Mesomorphism and chemical constitution. Di-, tri-, and tetra-substituted 4,4′-di-(p-n-alkoxybenzylideneamino)biphenyls, 1965, J. Chem. Soc., V.0, p.3706-3716. Им было установлено, что нематическая термическая стабильность 2'-хлор- и 2-хлор-изомеров значительно ниже, чем у 3'- и 3-изомеров. Это объяснялось межкольцевым скручиванием бифенильных колец из-за копланарности атомов хлора в орто-положениях. Было установлено, что изомерные моно-анилы, содержащие бромид и метилзамещенные заместители, дают аналогичные результаты. Сравнивая мезоморфные свойства моно-анилов с различными заместителями в 2-м положении, он пришел к выводу, что нематическая термическая стабильность уменьшалась с увеличением размера заместителя, то есть с увеличением межкольцевого угла, и поэтому свободное вращение не могло происходить около 1: 1 'связи в нематическом состоянии. Результат заключался в том, что для бифенила предполагалось, что межкольцевой угол, безусловно, намного меньше, чем 45° в растворе, и может составлять всего 0°, то есть угол бифенила в кристаллическом состоянии. Хотя эти выводы были умозрительными и не были подтверждены более поздними исследованиями рассеяния нейтронов на молекулярной динамике в жидких кристаллах, ясно, что Грей начал строить корреляцию свойства-структура для формировании и стабильности мезофазы. Его кумулятивные исследования легли в основу его книги «Молекулярная структура и свойства жидких кристаллов» (1962 г.)G. W. Gray, Molecular structure and the properties of liquid crystals. London, Academic Press, 1962. В то время это была самая важная работа по химии, когда-либо изданная на тему жидких кристаллов, и она дал Грею международное признание. Тем не менее, он также считал, что писать книгу особенно важно потому, что он видел возможный конец его исследованиям о жидких кристаллах, поскольку финансирование становилось все более скудным.

В своих исследованиях, которые были опубликованы в виде 13-полосной серии статей о мезоморфизме и химическом строении в Журнале химического общества, Грей разработал следующие корреляции свойств-структуры для молекулярного дизайна жидких кристаллов:

постоянное изменение температуры жидкокристаллического перехода в гомологических рядах;

зависимость нематической термической стабильности от величины молекулы и поперечного заместителя;

сильное влияние стерического скручивания боковой группой в угнетающей термостойкости мезофазы;

роль размера и типа ароматических сердечников по фазовому типу и стабильности фаз;

эффекты экранирования ядра при уменьшении угнетающих эффектов боковых групп;

важный порядок эффективности нематической терминальной группы;

более тонкая зависимость смектической термической устойчивости от комбинации размера боковой группы и дипольного момента.

Сокращение финансирования В 1960 году не могли даже представить существования плоских дисплеев, и поэтому финансирование исследований жидких кристаллов становилось все более скудным, особенно для таких университетов, как Халл, и поэтому Грей обратился к промышленности и, в частности, к Reckitt & Sons Ltd за помощью. В течение следующего десятилетия компания профинансировала исследования бактериального и бактерицидного действия против различных организмов, а также исследование структур и свойств их липополисахаридов. В результате этих исследований были защищены семь кандидатских диссертаций.

Программа создания плоских дисплеев, 1970—1972 В течение 1960-х годов стало ясно, что финансирование исследования жидких кристаллов не возобновится. Грей обращался в Совет научных исследований за поддержкой, но ему раз за разом отказывали. Поэтому ему казалось, что в обозримом будущем ему суждено работать с биологическими мембранами. Затем в конце 1960-х годов Американская радиокомпания (АРК) начала проявлять интерес к дисплеям, альтернативным электронно-лучевой трубке и, в частности, дисплеям на основе жидких кристаллов. Об этом стало известно в Королевском радиолокационном учреждении (КРУ) и вызвало большой интерес. КРУ с подачи Джорджа Макфарлейна решило также заняться данными исследованиями. Была собрана рабочая группа, в которую вошел и Дж. Грэй.

Первая встреча по данному вопросу прошла 1 октября 1968 года. На ней Грей подробно изложил принципы создания жидких кристаллов, чем вызвал неподдельный интерес у руководства.

В октябре 1969 года, через год после заседания, появился первый проект отчета Рабочей группы, в котором предлагается работать по восьми темам, исключая жидкие кристаллы. Окончательный вариант был выпущен в декабре, и он отличался от первоначального тем, что жидкие кристаллы были включены в ряд перспективных направлений. В результате в апреле 1970 года Грею предложили двухлетний контракт на исследование «веществ, демонстрирующих жидкокристаллическое состояние при комнатной температуре» при максимальных расходах в 2177 фунтов стерлингов в годHilsum C., Final Report of RRE Working Party on Solid State Displays and Lamps, 1969.

Научная революция

Первые шаги Работа над материалами началась в Халле в октябре 1970 года с двумя исследователями: докторантом Джоном Нэшем и Кеном Харрисоном. Однако в устройствах того времени использовался режим динамического рассеяния, в котором требовались материалы с отрицательной диэлектрической анизотропией, и поэтому были исследованы низкоплавкие материалы со стержнеподобными структурами и боковыми диполями относительно молекулярных длинных осей. Но вскоре были обнаружены проблемы для многих семейств материалов; у них часто обнаруживалась электролитическая неустойчивость, легкость окисления или разложение при воздействии ультрафиолетового излучения. Таким образом, группа Халла изучала вещества с различными основаниями Шиффа, азобензолами, стилбенами, карбонатами, сложными эфирами карбонов и ультрачистыми основаниями Шиффа, но все это было малоэффективно.

Новый подход В 1970 году доложенные на третьей Международной конференции по жидким кристаллам в Берлине открытия Фрэнка Лесли и Дж. Ф.Драйера привели к изобретению скрученного нематического жидкокристаллического дисплея. Это устройство требовало материалов с положительной диэлектрической анизотропией и нематических фаз при комнатной температуреSchadt M. & Helfrich W., Voltage-dependent optical activity of a twisted nematic liquid crystal. 1969, Appl. Phys. Lett. V.18, p.127—128. (http://dx.doi.org/10.1063/1.1653593). Таким образом, поиск проводился для стабильных, с положительной диэлектрической анизотропией, низкоплавких нематогенов, которые могли работать в широких температурных диапазонах.

Решение задачи