Структура и термооптические свойства эмульсий нематических жидких кристаллов

• Автор: Лукин, Александр Владимирович
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 111 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
Глава 1. Структура и физические свойства дисперсных жидкокристаллических систем.
Задачи и объекты исследования
1.1. Общие сведения о дисперсных системах на основе ЖК
1.2. Структура капель жидкого кристалла
1.2.1. Теоретические представления
1.2.2. Экспериментальные методы исследования
1.2.3. Ориентационные структуры капель ЖК
1.2.4. Структурные превращения и фазовые переходы в каплях ЖК
1.3. Оптические свойства дисперсных систем ЖК - жидкость
1.3.1. Экспериментальные исследования рассеяния света на каплях ЖК
1.3.2. Рассеяние света на однородной сфере произвольного размера (теория Ми)
1.3.3. Модельные теории рассеяния света нематическими каплями
1.4. Постановка задач и выбор объектов исследования
Г лава 2. Экспериментальные установки и методики исследования структуры и термооптических свойств ЖКЭ
2.1. Установка для исследования эмульсий методом фотонной корреляционной спектроскопии
2.1.1. Основы метода фотонной корреляционной спектроскопии
2.1.2. Описание экспериментальной установки
2.2. Установка для исследования прохождения света на базе спектрального комплекса КСВУ-23М
2.3. Установка для микроскопических исследований
2.4. Конструкция и технология изготовления ячеек
2.5. Методика приготовления образцов ЖКЭ
2.5.1. Метод ультразвукового диспергирования
2.5.2. Метод охлаждения пересыщенного раствора ЖК
2.6. Контроль характеристик фазовых переходов в ЖКЭ акустическим методом
2.6.1. Акустический метод
2.6.2. Акустический контроль температуры фазового перехода в ЖКЭ
2.6.3. Акустический контроль примесной микродисперсной газовой фазы в ЖКЭ
2.7. Выводы по главе
Глава 3. Структура и термооптические свойства ЖК эмульсий со слабой взаимной растворимостью компонентов
3.1. Теоретические представления о структуре и свойствах ЖКЭ
3.2. Структура и термооптические свойства ЖК эмульсий по данным цифровой микроскопии
3.3. Оптическое пропускание слоя ЖКЭ и влияние пространственных ограничений на температуру фазового перехода нематик- изотропная жидкость в каплях ЖК
3.3.1. Оптическое пропускание слоя ЖКЭ в приближении однородного слоя
3.3.2. Прохождение поляризованного света и фазовый переход нематик-изотропная жидкость в эмульсии Н96-вода
3.4. Структура и термооптические свойства ЖКЭ с каплями субмикронных размеров по данным фотонной корреляционной спектроскопии
3.5. Выводы по третьей главе
Глава 4. Термо- и электрооптические эффекты в ЖК эмульсиях с существенной взаимной растворимостью компонентов

4.1. Влияние электрического поля на ориентационную упорядоченность и фазовый переход нематик - изотропная жидкость в каплях ЖК эмульсий
4.2. Термооптические свойства ЖК эмульсий
4.3. Электрооптические свойства ЖК эмульсий
4.4. Термооптический эффект, связанный с переходом капель ЖК в эмульсии из изотропного в нематическое состояние
4.5. Выводы по четвертой главе
Заключение
Список сокращений и условных обозначений
Список литературы
Приложение А

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность работы. Исследование структуры и физических свойств жидких кристаллов (ЖК) в условиях сильных пространственных ограничений, в дисперсных системах различных типов, стало одной из актуальных задач, связанных с проблемами разработки новых композиционных материалов, наноматериалов и нанотехнологий. Примером таких систем являются наиболее полно изученные полимерные дисперсии жидких кристаллов. Значительно меньше исследованы структура и физические свойства жидкокристаллических эмульсий (ЖКЭ). Известна высокая чувствительность ЖК, как в объемных образцах, так и в составе дисперсных систем, к влияниям температуры, концентрации примесей немезогенной природы и электрического поля. Ориентационная структура и свойства ЖК в каплях малых размеров могут, дополнительно, существенно зависеть от размера капель и от наличия поверхностно-активных примесей. В частности, этим объясняется интерес, который проявляется в последние годы к ЖК эмульсиям, как активным средам, при разработках гибких и объемных дисплеев, устройств оптоволоконной техники и жидкокристаллических биосенсоров. В этом плане представляются актуальными исследования структуры и физических свойств ЖК эмульсий различного дисперсного состава.
Важной задачей в этом направлении является изучение изменений структуры и термооптических свойств ЖКЭ с каплями ЖК предельно малых, микронных и субмикронных размеров, при различных температурах, включая области фазовых переходов. Фактор взаимной растворимости компонентов эмульсии, вероятно, также может приводить к дополнительным структурным изменениям в каплях ЖК и к изменению объемных физических характеристик ЖК эмульсий.
Современные теории позволяют описать структуру и оптические свойства жидких кристаллов и жидкокристаллических дисперсных систем

образца. Альтернативная методика - нагревать нематик до достижения изотропного состояния. По сравнению с дисперсией нематических капель, коэффициенты преломления отдельных изотропных капель меньше отличаются друг от друга [71]. Поэтому окончательная прозрачность пленки будет зависеть ОТ ТОГО, как близко П|50 соответствует Пр0[.
1.3.2. Рассеяние света на однородной сфере произвольного размера (теория Ми)
Теория учитывает дифракцию, преломление, поглощение и отражение электромагнитной волны и основано на уравнениях Максвелла [72]. Плоскую электромагнитную волну, облучающую сферу, можно представить как суперпозицию сферических волн, выходящих из центра сферы. Каждая из этих элементарных волн поляризует сферу и возбуждает в ней вторичную волну, которая излучается сферой. Эти вторичные волны и образуют рассеянный свет. Амплитуда, фаза и поляризация вторичной волны являются сложными функциями двух параметров р = ка (а - радиус частицы, к - волновое число) и комплексного показателя преломления п = п'Ч% («' - вещественный показатель преломления, х - показатель поглощения). Вторичные волны называются парциальными волнами Ми. Полная интенсивность рассеянного света определяется суммой бесконечного числа парциальных волн. При ка« 1 и nka «1 существенен только первый член ряда, т. е. электрический диполь, и теория Ми приводит к формуле Рэлея. Если ка« 1, но nka не мало, то при пка = тл (т - целое число) сечение рассеяния резко возрастает до 6т
(резонансы Ми). При увеличении размеров частицы интенсивность последующих парциальных электромагнитных волн возрастает, а интенсивности волн с меньшими номерами осциллируют, причём амплитуда осцилляции убывает с ростом номера волны -1/1. Для больших частиц (ка >1) число учитываемых парциальных волн ~ ка.