George William Gray | |
---|---|
George William Gray | |
Fødselsdato | 4. september 1926 [1] |
Fødselssted | |
Dødsdato | 12. maj 2013 [1] (86 år) |
Land | |
Videnskabelig sfære | organisk kemi , kemi af materialer |
Arbejdsplads | University College London |
Alma Mater | |
Priser og præmier |
Royal Society of Chemistry Fine Chemistry and Drug Group Award Kyoto-prisen Carl Ferdinand Braun guldmedalje fra Information Display Society Frederiks Medalje af Det Russiske LCD Selskab |
George William Gray ( Eng. George William Gray , 4. september 1926 , Denny, Skotland - 12. maj 2013, Storbritannien) - britisk materialekemiker, forsker i flydende krystaller.
George Gray blev født 4. september 1926 af John og Jesse Gray i Denny, Skotland. Familien havde også en datter, Katherine, seks år ældre end ham.
Som barn var hans hovedinteresser skibsmodellering, læsning, dyrkning af planter og havearbejde. Georges mor var mere knyttet til sin søster end til drengen, da han betragtede ham som for livlig og drilsk, men hans far var en ven for ham. Han var farmaceut hos Denny, en uddannet kemiker og botaniker, som George skyldte sin tidlige interesse for videnskab. Georges far drev sin egen virksomhed, og på grund af Georges særlige interesse for kemi, fik han lov til at hjælpe med vejning af materialer og fremstilling af tabletter, pulvere og opløsninger. Far tog George med på gåture om søndagen og diskuterede med ham planter, deres bestanddele og kemien i levende processer. Så da han var 10, var George bekendt med atomer og molekyler, og han ville aldrig være andet end kemiker. Hans far påvirkede ham i høj grad, da Georges interesser i videnskab udviklede sig. Han havde en samling bøger om videnskabens historie, hvorfra George lærte om resultaterne af sådanne videnskabsmænd som Faraday, Black, Priestley, Gay-Lussac og Lavoisier.
Han meldte sig ind på University of Glasgow og studerede hos førende forskningskemikere som J. W. Cook, en fremtrædende steroidkemiker, og J. Montef Robertson, dengang den yngste britiske universitetsprofessor og kendt røntgenkrystallograf. . Udover at studere kemi i krigsårene, studerede George også yderligere discipliner i matematik og fysik, og dimitterede fra universitetet i 1946.
Derefter tvang hans fars sygdom og det efterfølgende jobtilbud fra Montef Robertson George til at flytte til byen Kingston upon Hull. Der tiltrådte han en stilling som laboratorieassistent ved University College London (i Hull). Samtidig blev George også tilbudt et job hos en anglo-iransk virksomhed i Persien, men han takkede nej til muligheden for at fortsætte i kemiafdelingen i Hull, hvor han blev de næste 40 år. I det første år af sit virke blev han udnævnt til adjunkt. Derefter fortsatte han sine studier ved at studere flydende krystaller. Efterfølgende indleverede han sin afhandling i 1953 med titlen "Studie af syntesen og mesomorfismen af visse aromatiske carboxylsyrer" til en ph.d.-grad ved Det Naturvidenskabelige Fakultet, University of London.
Efter flere års forskning i flydende krystaller og cellemembraner, samt undervisning i organisk kemi, blev han i 1960 udnævnt til stillingen som lektor. Hans succes og voksende prestige førte til, at han fik en PhD i kemi i 1964 og en professor i kemi i 1978, i en alder af 52. Efter at have reflekteret over sin tid i Hull sagde Gray [2] :
Det var et energigivende miljø at arbejde i, måske bedre end i mere velhavende institutioner, der alle stræbte efter at få succes, hjalp hinanden og kom sig over de spildte år med krig. Faktisk er jeg meget taknemmelig for University of Hull, som gav mig frihed til at forske, udvikle mine egne ideer, opmuntre mig og lade mig arbejde i et miljø, der stadigt forbedres, med støtte fra mange vidunderlige kolleger. På grund af dette blev jeg i Hull i over 40 år, før jeg rejste i 1990 efter at være blevet leder af Institut for Kemi og seniorprofessor.
Grays systematiske forskning i syntese og karakterisering af mesomorfe materialer begyndte i 1946. Grays tidlige arbejde omfattede syntese og bestemmelse af de mesomorfe egenskaber af alkoxybenzoesyre og alkoxynaphthalensyrer. I sin forskning bestemte Gray overgangstemperaturerne, smeltepunkterne og gennemsigtigheden af den homologe serie af substituerede syrer afhængigt af længden af den terminale alkoxykæde og bestemte i nogle tilfælde tilstedeværelsen af smektiske (lamellære) faser [3] .
Omkring 1952-53. Grays forskning i flydende krystaller udvidede til at studere virkningerne af alifatisk kædelængde og lateral substitution på materialers mesomorfe egenskaber. Derudover skiftede han sit arbejde for at studere designet og strukturen af den centrale aromatiske ring og de forbindende grupper, normalt Schiff-baser, der var knyttet til den. Yderligere undersøgelser blev også udført på 4-p-n-alkoxybenzylidenamino-3'-, 2'-, 2- og 3-chlorbiphenyler [4] . Han fandt ud af, at den nematiske termiske stabilitet af 2'-chlor- og 2-chlor-isomererne er betydeligt lavere end for 3'- og 3-isomererne. Dette blev forklaret ved den mellemliggende snoning af biphenylringene på grund af chloratomernes koplanaritet i ortho-positionerne. Isomere mono-aniler indeholdende bromid og methylsubstituerede substituenter har vist sig at give lignende resultater. Ved at sammenligne mono-anils mesomorfe egenskaber med forskellige substituenter i 2. position konkluderede han, at den nematiske termiske stabilitet faldt med stigende størrelse af substituenten, dvs. binding i nematisk tilstand. Resultatet var, at det for biphenyl blev antaget, at interringsvinklen bestemt var meget mindre end 45° i opløsning og kunne være så lav som 0°, dvs. vinklen for biphenyl i den krystallinske tilstand. Selvom disse konklusioner var spekulative og ikke blev bekræftet af senere undersøgelser af neutronspredning på molekylær dynamik i flydende krystaller, er det klart, at Gray begyndte at opbygge en egenskabsstruktur-korrelation for dannelsen og stabiliteten af mesofasen. Hans kumulative forskning dannede grundlaget for hans bog Molecular Structure and Properties of Liquid Crystals (1962) [5] . På det tidspunkt var det det vigtigste værk inden for kemi, der nogensinde er udgivet om emnet flydende krystaller og gav Gray international anerkendelse. Men han mente også, at det at skrive bogen var særligt vigtigt, fordi han så en mulig ende på sin forskning i flydende krystaller, efterhånden som finansieringen blev mere og mere knap.
I sin forskning, der blev offentliggjort som en 13-siders serie om mesomorfi og kemisk struktur i Journal of the Chemical Society, udviklede Gray følgende egenskabsstruktur-korrelationer for det molekylære design af flydende krystaller:
I 1960 kunne eksistensen af fladskærme ikke engang forestilles, og derfor blev finansiering til flydende krystalforskning stadig mere sparsom, især for universiteter som Hull, og derfor henvendte Gray sig til industrien og især Reckitt & Sons Ltd for at få hjælp. I løbet af det næste årti finansierede virksomheden forskning i bakteriel og bakteriedræbende virkning mod forskellige organismer samt forskning i deres lipopolysacchariders strukturer og egenskaber. Som et resultat af disse undersøgelser blev syv ph.d.-afhandlinger forsvaret.
I løbet af 1960'erne blev det klart, at finansieringen af flydende krystalforskning ikke ville genoptages. Gray søgte Det Videnskabelige Forskningsråd om støtte, men han fik afslag gang på gang. Derfor forekom det ham, at han i en overskuelig fremtid var bestemt til at arbejde med biologiske membraner. Så, i slutningen af 1960'erne, begyndte American Radio Company (ARC) at vise interesse for alternative skærme til katodestrålerøret og især flydende krystalskærme. Dette blev kendt i Det Kongelige Radar Etablissement (KRU) og vakte stor interesse. CRU besluttede efter forslag fra George MacFarlane også at lave denne forskning. Der blev samlet en arbejdsgruppe, som omfattede J. Gray.
Det første møde om dette spørgsmål blev afholdt den 1. oktober 1968. På den skitserede Gray i detaljer principperne for at skabe flydende krystaller, hvilket vakte ægte interesse blandt ledelsen.
I oktober 1969, et år efter mødet, fremkom det første udkast til rapport fra arbejdsgruppen, der foreslog arbejde om otte emner, undtagen flydende krystaller. Den endelige version blev udgivet i december, og adskilte sig fra originalen ved, at flydende krystaller var inkluderet i en række lovende områder. Som et resultat, i april 1970, blev Gray tilbudt en to-årig kontrakt om forskning i "stoffer, der udviser en flydende-krystallinsk tilstand ved stuetemperatur" til en maksimal pris på £2.177 om året [6] .
Arbejdet med materialerne begyndte i Hull i oktober 1970 med to forskere, doktorand John Nash og Ken Harrison. Imidlertid brugte datidens enheder et dynamisk spredningsregime, der krævede materialer med negativ dielektrisk anisotropi, og derfor blev lavtsmeltende materialer med stavlignende strukturer og laterale dipoler omkring molekylære langakser undersøgt. Men problemer blev hurtigt opdaget for mange familier af materialer; de viste sig ofte at være elektrolytisk ustabile, let oxiderede eller nedbrydes, når de blev udsat for ultraviolet stråling. Således undersøgte Hulls gruppe stoffer med forskellige Schiff-baser, azobenzener, stilbener, carbonater, carbonestere og ultrarene Schiff-baser, men alt dette havde ringe effekt.
Ny tilgangI 1970 førte opdagelserne af Frank Leslie og J. F. Dryer, rapporteret på den tredje internationale konference om flydende krystaller i Berlin, til opfindelsen af det snoede nematiske flydende krystaldisplay. Denne enhed krævede materialer med positiv dielektrisk anisotropi og nematiske faser ved stuetemperatur [7] . Der blev således søgt efter stabile, med positiv dielektrisk anisotropi, lavtsmeltende nematogener, som kunne fungere i brede temperaturområder.
Løsning af problemetUnder søgningen efter egnede materialer indså Gray, at flydende krystalbaser og Schiff-estere skulle inkludere et terminalt nitrilfragment, udelukket inklusion af en central koblingsgruppe for at øge stabiliteten. Disse transformationer førte til syntesen af i øjeblikket kendte cyanobiphenyler [8] . Den vigtigste af disse var 4-n-pentyl-4'-cyanobiphenyl (kendt på verdensplan som 5CB), som først blev syntetiseret af Ken Harrison i 1972. Det var det første eksempel på et farveløst, fotokemisk, oxidativt og elektrolytisk stabilt nematogen med et smeltepunkt nær stuetemperatur og fysiske egenskaber egnet til brug i fladskærme.
Det er klart, at ét stof ikke var nok, Harrison og Nash syntetiserede en række homologer af 4-n-alkyl-4'-cyanobiphenyl (K3n-serien) og 4-n-alkoxy-4'-cyanobiphenyl (M3n-serien). Gray vidste fra sin tidlige forskning, at den homologe serie ville udvise en ulige ensartet effekt på overgangstemperaturen fra nematisk fase til isotrop væske, og at medlemmer med et ulige antal carbonatomer i alkylkæden ville have højere score end selv homologer for K3n serien. Stofferne 3CB, 5CB og 7CB var således det oplagte valg. Længden af fem carbonatomer, det vil sige for K15 og M15, var i det væsentlige tilstrækkelig til at skabe et nanosegregationssystem mellem den ikke-polære alifatiske kæde og den aromatiske biphenyldel. Efterhånden som alkylkæden steg, blev der fundet smektiske faser i begge serier, hvilket indikerer, at de alifatiske dele af materialerne begyndte at dominere i intermolekylære interaktioner. Også fra et praktisk synspunkt var det nødvendigt at øge temperaturen af overgange fra den nematiske fase til væsken i blandinger [9] . Dette blev opnået ved at øge antallet af aromatiske ringe i K-serien med en phenylring for at give terphenylanaloger. Således blev der fundet en måde at skabe praktiske materialer på.
Et patent på disse stoffer blev indgivet den 9. november 1972. Siden da er to konsortier, Devices and Materials, blevet oprettet for at bruge de nye teknologier i fladskærme. Materialekonsortiet omfattede KRU, University of Hull og BDH Chemicals. Efter drøftelser med Dr. Ben Sturgeon, forskningsdirektør, tildeler BDH en kontrakt ved udgangen af december 1972 og leverer 5CB prøver mindre end tre måneder senere. I procesudviklingen hos BDH Chemicals fandt flydende krystaller af høj renhed cyanobiphenyl og terphenyl således vej til mange forskellige blandinger og blev dermed et af hovedmaterialerne til udvikling af materialer til fladskærme. Allerede i 1974 blev der syntetiseret et materiale, der fuldt ud opfyldte alle kravene til urdisplayproducenter.
Leder efter en nySiden midten af 1970'erne, hvor Georges forskning var fokuseret på at anvende hans arbejde til udstillingsmaterialer, begyndte han at lede efter nye, der kunne erstatte cyanobiphenyler. Hans efterfølgende arbejde dannede grundlaget for mange fundamentale materialeforskninger i det hurtigt voksende emne flydende krystaller, og blev dermed et glimrende eksempel på multidisciplinær nanokonstruktion af nye stoftilstande. Alt gik dog ikke glat. Som bemærket af Gray [10] :
Disse resultater omtales ofte som mit krav på berømmelse, men der er dem (for det meste ikke-specialister), der gerne vil påpege det negative aspekt, at ingen europæisk skærmfabrikant har brugt de materialer, vi har opnået. Det burde vel have forstyrret mig, for briterne kan virkelig godt lide at opnå succes og få succes. Helt ærligt havde jeg meget lidt interesse i, at UK Ltd ikke tilførte værdi fra arbejdet, og at dette område blev fuldt udforsket i Japan og Fjernøsten. Jeg var glad for at se, at samfundet i sin bredeste internationale forstand brugte min videnskab og ikke var overdrevent bekymret over, at der ikke strømmede overskud ind i elektroniske virksomheders statskasse. Jeg kunne dog godt lide, at den britiske kemiske industri fik økonomisk gavn af mit arbejde - et bekvemt glemt faktum. Derudover vil jeg gerne fremhæve nogle andre meget mere omfattende og lige så vigtige for mig fordele og konsekvenser, som følger af vores simple opdagelse af cyanobiphenyler.
Kort efter den kommercielle succes med cyanobiphenyler forlod Nash og Harrison Hull for at blive erstattet af andre studerende og ph.d.-studerende. Efterfølgende forskning var ikke kun rettet mod at finde materialer til billedbehandlingsenheder, men også på at udvide det grundlæggende videnskabelige grundlag.
Senere, som en del af en fælles bevilling, begyndte Gray at samarbejde med Leadbetter. Deres fælles arbejde varede 15 år og gav anledning til deres mangeårige venskab. Gennem forskellige former for samarbejdsfinansiering har de udforsket strukturen og den molekylære dynamik i nematiske og smektiske flydende krystaller. Selvom udviklingen af biphenyler og deres blandinger fortsatte, gjorde øgede midler det muligt at udføre Hulls forskning bredere, hvilket førte til følgende grundlæggende succeser fremhævet af Gray:
I 1980 var medlemmerne af Hulls forskningsgruppe stort set drevet fra hinanden. Hos Hull fulgte Gray, som var medlem af University Grants Committee, en strategi for at udvide de stærkere forskerhold ved at hente andre forskere fra de svagere hold og derved reducere mængden af forskning, der udføres i afdelingen. Forskningen i flydende krystaller og deres egenskaber fortsatte således på universitetet, hvoraf nogle fik Hull Liquid Crystal Group til at vende tilbage til forkant med nye displaymaterialer.
I løbet af 1990'erne nærmede Greys tilbagetræden sig også. Han fandt en efterfølger i John Goodby, som han tidligere havde arbejdet sammen med. Efter pensioneringen blev Gray forskningskoordinator hos Merck i Poole, såvel som arrangør af de meget succesrige Merck CASE-studenterkonferencer, der fortsætter i dag. Et par år senere blev Gray konsulent, der arbejdede hjemmefra i Wimborne, Dorset.
Selvom flydende krystaller var en prioritet i George Grays forskning, elskede han også kemi generelt. Derfor var han ked af at se, at denne genstand blev angrebet af medierne i begyndelsen af 1990'erne. Gray var tydeligvis stødt over dette, fordi han havde slides fra forsiden af Chemistry i Storbritannien, hvor han fremhævede dele af teksten vedrørende den kræftfremkaldende natur af menneskeskabte materialer. Gray mente, at kemi havde bidraget så meget til samfundet, lige fra lægebehandling til banebrydende materialer, og at medierne, der udgav artikler om emnet, var unøjagtige og uvidende. I denne forbindelse opsummerede han sine følelser i følgende ord, taget fra hans prisuddeling i Kyoto [27] :
Er der et budskab i alt dette til unge mennesker, der stræber efter at opnå disse ting? Det er klart, at træning og uddannelse er meget vigtige emner, og hårdt arbejde og beslutsomhed er en forudsætning. Held og tilfældigheder kan være uforudsigelige elementer i livet, men i det mindste kan deres sandsynlige effekt optimeres ved at benytte enhver lejlighed til at fremme dine mål og ambitioner. Med andre ord, træk aldrig tilbage fra muligheder. Fejl er uundgåelige i enhver karriere, men hvis du har en sans for humor, så kan du grine af dem, men bestemt beslutte, at den samme fejl ikke vil blive gentaget. Vigtigst af alt, vær 100 % kompetent i alt, hvad du gør, vær meget opmærksom på detaljer og præcision, og hvis du kan, sigter efter den største fordel for menneskeheden.
Grays bidrag til flydende krystaller gennem 40 års forskning er blevet anerkendt med flere priser:
1980 - Pris for optoelektronik
1983 Valgt Fellow of the Royal Society
1985 - Clifford Patterson Lektor ved Royal Society
1987 - Leverhulme guldmedalje fra Royal Society
1989 - Valgt til Fellow i Royal Society of Edinburgh
1991 - Pris inden for finkemi og medicinske grupper af Royal Society of Chemistry;
Æresdoktor i naturvidenskab fra University of Hull;
Kommandør af det britiske imperiums mest fremragende orden
1993/94 - Guldvinder og underviser i Society of Chemical Industry
1994 - PhD fra Trent University Nottingham,
1995 - Vinder af Kyoto-prisen
1996 - Udenlandsk medlem af det japanske videnskabsakademi;
Æresdoktor i naturvidenskab fra University of Southampton;
Karl Ferdinand Braun guldmedalje fra Society for Information Displays (SID)
1997 - Fredericks-medaljen fra det russiske LCD-selskab;
Æresdoktor i naturvidenskab, University of East Anglia
1998 - Æresmedlem af International LCD Society
1999 - Tiltrædende medlem af Forsvarsstyrelsen for Evaluering og Forskning
2001 - Æresdoktor i naturvidenskab fra University of Aberdeen;
Valgt til æresmedlem af Royal Irish Academy
2002 - Æresdoktor i naturvidenskab fra University of Exeter
Gray har udgivet over 250 videnskabelige artikler og 100 patenter og har skrevet flere lærebøger. Hans første bog om flydende krystaller var nok hans favorit. Det var dog med stor glæde, at han blev seniorredaktør af Liquid Crystal Handbook i fire bind, som blev udgivet af VCH i 1998, og redigerede Taylor og Francis flydende krystal-serien af lærebøger, idet han var redaktør af Taylor and Francis Journal af flydende krystaller. Hans forskning på Hull bragte anerkendelse til universitetet som Queen's Award for Technological Achievement i 1979, den første pris af sin art til et universitet i Storbritannien. Og i november 2005 blev Historical Chemical Badge tildelt University of Hull af Royal Society of Chemistry. Af disse priser er en af de vigtigste Kyoto-prisen.
Da George flyttede til Hull, mødte han også Marjorie Canavan, som arbejdede på et apotek og også var sygeplejerske. De giftede sig i 1953 og fik efterfølgende tre døtre. Den ældste, Veronica, har tre børn; Elizabeth var deres anden datter, som døde et par år før George og Marjories; og den yngste, Caroline, har en søn. Caroline blev forskningskemiker hos medicinalvirksomheden SmithKline Beecham, der arbejdede på syntese af nye farmaceutiske produkter. Marjorie og George var et kærligt og charmerende par, og det var altid varmt og hyggeligt omkring dem. Apropos Marjorie sagde George: "En videnskabsmand (som mig), der giver meget til videnskaben, ofrer mange år, har brug for en meget god kvinde med sig. Jeg var heldig at finde alt dette fra min kone" [28] . Derfor var det meget rørende, at de begge gik bort med mindre end to ugers mellemrum.
Bruce, DW, Coles, HJ, Goodby, JW & Sambles, JR 2006 Diskussionsmøde om nye retninger i flydende krystaller. Phil. Trans. R. Soc. A 364, 2565-2843.
Collings, PJ 1990 Flydende krystaller, naturens sarte fase af stof. Princeton University Press.
Collings, PJ & Hird, M. 1997 Introduktion til flydende krystaller: kemi og fysik. London: Taylor & Francis.
Dreyer, JF 1970 En flydende krystalanordning til at rotere planet af polariseret lys. (Abstract.) I Proceedings of the 3rd International Liquid Crystal Conference, Berlin, 24.-28. august, s. 25.
Heilmeier, GH, Zanoni, LH & Barton, LH 1968a Dynamisk spredning: en ny elektrooptisk effekt i visse klasser af nematiske flydende krystaller. Proc IEEE 56, 1162-1171. ( http://dx.doi.org/10.1109/PROC.1968.6513 )
Heilmeier, GH, Zanoni, LH & Barton, LH 1968b Dynamisk spredning i nematiske flydende krystaller. Appl. Phys. Lett. 13, 46. ( http://dx.doi.org/10.1063/1.95846 )
Hilsum, C. 1984 En opdagelses anatomi. I Teknologi af kemikalier og materialer til teknologi (red. ER Howells), pp. 43-109. Chichester: Ellis Horwood. Hird, M., Goodby, JW, Lewis, RA & Toyne, KJ 2003 Den fascinerende indflydelse af fluorsubstituenter på syntesen og egenskaberne af flydende krystaller. Mol. Kryst. Liq. Kryst. 401, 1-18. ( http://dx.doi (utilgængeligt link) . org/10.1080/744814910)
Hulme, DS, Raynes, EP & Harrison, KJ 1974 Eutektiske blandinger af nematiske 4'-substituerede 4-cyanobiphenyler. Chem. Kommun., 98-99. ( http://dx.doi.org/10.1039/C39740000098 )
Jones, B. 1935 Tilsyneladende tilfælde af flydende krystaldannelse i p-alkoxybenzoesyrer. J. Chem. Soc., 1874. (http://dx.doi.org/10.1039/JR9350001873)
Kauffman, G. B. 1991 Kemofobi. Chemy Br. 27, 512-516.
Leslie, FM 1970 Forvrængning af snoede orienteringsmønstre i flydende krystaller af magnetiske felter. Mol. Kryst. Liq. Kryst. 12:57-72. ( http://dx.doi.org/10.1080/15421407008082760 )
Lydon, JE 1984 Smektiske flydende krystaller - teksturer og strukturer. Glasgow: Leonard Hill.
Parkinson, D.H. 1967 første rapport fra RRE Working Party on Solid State Displays and Lamps. Raynes, EP 1980 RSRE Memo, 3266; se også P. Raynes, i Handbook of liquid crystals, vol. 1 (Fundamentals of liquid crystals) (red. JW Goodby, PJ Collings, T. Kato, C. Tschierske, HF Gleeson & P.Raynes), pp. 351-363 (Wiley-VCH og Weinheim, 2014).
Schiekel, MF & Fahrenschon, K. 1971 Deformation af nematiske flydende krystaller med vertikal orientering i elektriske felter. Appl. Phys. Lett. 19, 391-393. ( http://dx.doi.org/10.1063/1.1653743 )