Антисегнетоэлектричество и сходные обусловленные хиральностью фрустрации в смектических жидких кристаллах: влияние молекулярной структуры

• Автор: Петренко, Алексей Сергеевич
• Шифр специальности: 02.00.03
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2002
• Место защиты: Халл
• Количество страниц: 207 с. : ил.

Реферат
В течение последних десятилетий семейство наклонных смектических фаз
значительно расширилось после открытия антисегнетоэлектрической смектической С-
фазы и ферриэлектрических подфаз. Большинство этих фаз представляет
практический интерес, поскольку они демонстрируют уникальное оптическое
поведение во внешнем электрическом поле. Скорость переключения между
смектическими состояниями позволяет использовать антисегнетоэлектрическую С-
фазу в современных дисплейных технологиях. Практическое применение равно как и
фундаментальные исследования антисегнетоэлектричества в жидких кристаллах
требуют интенсивной разработки новых материалов с заданными мезоморфными свойствами.
Цель данной работы состояла в том, чтобы исследовать влияние структурных модификации в серии хиральных 1-метилгептил 4 '-(4-п-алкоксибензоилокси) бифенил-4-карбоксшатов на термическую стабильность смектической С*- фазы, а также антисегнетоэлектрической фазы БтСд*, и других хирально индуцированных фрустрированных фаз. В рамках синтетической части работы были получены девять новых гомологических рядов хиральных жидких кристаллов. Их мезоморфные свойства были изучены методом дифференциальной сканирующей калориметрии, текстурным анализом методом поляризационной микроскопии, и треугольным методом волнового электромагнитного поля. Стабильность антисегнетоэлектрической фазы БтСд* была оценена в различных сериях соединений, и заключения были сделаны относительно взаимосвязи молекулярная структура - мезоморфные свойства.
Для некоторых соединений феномен У-образного электрооптического переключения наблюдался в низкочастотных областях. Было показано, 'что У-профиль электрооптического отклика может быть смоделирован путем подбора поверхностно стаоилизированной геометрии молекул в сегнетоэлектрической БтС* фазе для любого материала, который был синтезирован в ходе этой работы. На основе обширного анализа литературных данных была предложена модель молекулярной переориентации во время У-образного отклика в тонком гомогенном слое.
Один из гомологов серии (8)-метгщгттт 2-[4-(4-п-алк0ксибензотоксифенш] пиримидин-5-карбокстатов показал новый тип фрустрированной ТвВ фазы. Путем исследования методами смешения, анализа дефектов текстуры, дифференциальной
сканирующее калориметрии и треугольного электрического пол« „ь, „риш„„ к
заключению, чтп /с,т
(ъуУ-метилгептш 2-[4-(4-п-
‘Чит<сШтошоифг„ш]шртиЬт-5-тр6оксташ демонстрирует
антисегнегоэлектрическую ТСВСА* фазу.

Благодарность
Я хотел бы выразить искреннюю благодарность профессору Дж. В. Гудби за его заботу и внимание во время моей учебы и работы в университете Халл.
Я хо і) поолагодарить доктора М. Херда за его советы по синтезу жидких кристаллов. Моя благодарность также доктору Алану Холлу и Р. Льюису за плодотворные обсуждения при решении самых трудных синтетических проблем. Я хотел бы благодарить Джули Хэйли и госпожу Бренду Уортингтон за техническую поддержку, проведение хроматографических и спектральных исследований.
Я очень благодарен своим университетским друзьям, которые были благосклонны, внимательны и терпеливы все эти годы; Марк Годбер и Джон Вест. Я также хотел бы упомянуть своих сокурсников Тима Билсона, доктора Саймона Ламсдона, Доктора А. Иствуд, доктора К. Ледджера и доктора Г. Коскер. Я желаю Вам всего наилучшего.
Особая благодарность Эйлин Партэнен, которая стала моей Британской тетушкой.
Я хочу выразить свою признательность университету Халл (Kingston upon Hull) и DERA (Malvern) за их финансовую поддержку.
Наконец, я благодарю свою жену, сына и родителей за их любовь.

зеркальная плоскость перпендикулярно оси симметрии отсутствует, такое упорядочение может происходит и в нехиральной фазе.
Рис. 1.17 Спаривание молекулярных поперечных диполей вдоль у или х-оси в антисегнетоэлектрической фазе
Если в межслоевой границе все дипольные компоненты, параллельные плоскости наклона (рис. 1.17, х-ось), будут направлены в одном направлении, следует полагать, что спаривание этих компонентов молекулярных диполей может привести к противоположному наклону молекул в смежных слоях [58]. В отличие от модели спаривания поперечных диполей вдоль у-оси "Х-модель" может быть успешно использована для объяснения нехиральных альтернирующих смектических С-фаз, поскольку при таком подходе отсутствуют какие-либо ограничения вращения вокруг длинной молекулярной оси.
Методом молекулярного моделирования было также показано, что нехиральные молекулы могут образовывать альтернирующую смектическую С-фазу [66]. Модель принимала во внимание только силы ядерного отталкивания между мезогенными молекулами, представленными гибкой структурой из трех сегментов, и не учитывала полярные или хиральные эффекты. Соответствующий потенциал взаимодействия был построен как функция молекулярной структуры, и полученные решения выражали три возможных ориентации молекул в слоях:
1. Смектическая А-фаза образуется, когда молекулярные взаимодействия являются