Магнитооптика термотропных жидкокристаллических полимеров

• Автор: Филиппов, Александр Павлович
• Шифр специальности: 02.00.06
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2001
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 309 с. : ил

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА I. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ИССЛЕДОВАНИЙ

ОРИЕНТАЦИОННЫХ УПРУГИХ ДЕФОРМАЦИЙ В НЕМАТИЧЕСКОЙ ФАЗЕ НИЗКОМОЛЕКУЛЯРНЫХ И ПОЛИМЕРНЫХ ЖИДКИХ КРИСТАЛЛОВ.

1.1. Ориентационные, оптические и упругие свойства низкомо пекулярных нематиков.

1.1.1. Эксперименты Фредерикса.

1.1.2. Молекулярностатистическое описание ориентационно го порядка в жидких кристаллах.

1.1.3. Феноменологическая теория упругих свойств немати ков.

1.1.4. Влияние строения молекул на ориентационную упру гость нематиков. Экспериментальные данные и теоретические представления.

1.2. Обзор исследований полимерных нематиков.

1.2.1. Теоретические исследования жидкокристаллического упорядоточения в полимерах.

1.2.2. Экспсримснтатьныс исследования жидкокристатличес кою упорядоточения в полимерах.
1.2.3. Ориентационные упругие деформации в нематической фазе полимерных жидких кристатлов.
ГЛАВА 2. ИССЛЕДОВАННЫЕ ОБРАЗЦЫ.
2.1. Линейные ЖК полимеры ароматические полиэфиры.
2.2. Гребнеобразные ЖК полимеры.
2.3. Гребнеобразные полимеры комбинированной структуры.
2.4. Жидкокристаллические гребнеобразные сополимеры с мезо
генными и функциональными боковыми группами и их водородносвязанные ЖК смеси с низкомолекулярными соединениями.
ГЛАВА 3. МЕТОД ПОРОГОВЫХ ПЕРЕХОДОВ ФРЕДЕРИКСА В МАГНИТНОМ ПОЛЕ И ОСОБЕННОСТИ ЕГО ПРИМЕНЕНИЯ К ПОЛИМЕРНЫМ ЖИДКИМ КРИСТАЛЛАМ.
3.1. Метод пороговых переходов Фредерикса Основные законо мерности.
3.2. Приготовление образцов.
3.3. Проблема сцепления жидкого кристалла с подложкой.
3.4. Особенности экспериментального исследования магнитооп 1 тических и упругих свойств ЖК полимеров.
ГЛАВА 4. ВЛИЯНИЕ СТРОЕНИЯ И МОЛЕКУЛЯРНОМАССО
ВЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ПОЛИМЕРОВ НА МАГНИТООПТИЧЕСКИЕ И ОРИЕНТАЦИОННОУПРУГИЕ СВОЙСТВА ФОРМИРУЕМЫХ ИМИ МЕЗОФАЗ.
4.1. Влияние молекулярной массы на ориентационные, оптичес 5 кие и упругие свойства полимерных жидких кристаллов.
4.1.1. Двойное лучепреломление.
4.1.2. Параметр межмолскулярного ориентационного порядка
4.1.3. Константы ориентационной упругости.
4.2. Влияние молекулярной массы и строения полимера на дина 6 мик ориентационных процессов в его нематической фазе.
4.2.1. Зависимость вращательной вязкости от температуры.
4.2.2. Зависимость вращательной вязкости от молекулярной 4 массы полимера.
4.3. Влияние структуры мономерного звена полимера на ориен 1 тационные упругие деформации в его нематической фазе.
4.3.1. Зависимость магнитооптических свойств ЖК полимера
от длины гибких спейсеров.
4.3.2. Ориентационные упругие деформации в нематической фазе гребнеобразных сополимеров.
4.3.3. Зависимость ориентационных упругих деформаций в нематической фазе полимеров от размеров мезогенных групп.
4.3.4. Зависимость магнитооптических свойств ЖК полимера от способа включения мезогенных групп в молекулярную цепь.
ГЛАВА 5. ВЛИЯНИИ ФЛУКТУА1ЩЙ СМЕКТИЧЕСКОГО ПОРЯДКА В НЕМАТИЧЕСКОЙ ФАЗЕ ПОЛИМЕРОВ НА ИХ ОРИЕНТАЦИОННЫЕ И УПРУГИЕ СВОЙСТВА
5.1. Ориентационные упругие деформации в нематической фазе полимерных жидких кристаллов в окрестностях фазового перехода нематик смектик.
5.2. Оптические, ориентационные и упругие свойства возвратных полимерных мезофаз.
ГЛАВА 6. ВЛИЯНИЕ ВОДОРОДНЫХ СВЯЗЕЙ ПА ОПТИЧЕСКИЕ И ОРИЕНТАЦИОННОУПРУГИЕ СВОЙСТВА ПОЛИМЕРНЫХ ЖИДКИХ КРИСТАЛЛОВ
6.1. Ориентационные упругие деформации в нематической фазе фуикционапизованных ЖК полимеров.
6.2. Ориентационные, оптические и упругие свойства водородносвязанных жидкокристаллических смесей функционализованных сополимеров с немезогенными пиридин содержащими добавками.
6.2.1. Зависимость ориентационных, оптических и упругих свойств полимерных водородносвязанных жидкокристаллических смесей ог концентрации низкомолекулярной добавки.
6.2.2. Влияние структуры полимерной матрицы на ориентационные упругие деформации в немагической фазе жидкокрис
таллических водородносвязанных смесей.
6.3. Исследование особенностей фазовых переходов в водород
носвязанных жидкокристаллических полимерных смесях методом пороговых переходов Фредерикса в магнитном поле.
6.4. Динамика текстурных переходов в жидкокристаллических
водородносвязанных смесях гребнеобразных функционализоваиных полимеров с низкомолекулярными немезогенными добавками.
ВЫВОДЫ
ЛИТЕРАТУРА


Однако при переходе к молекулам с гибкими концевыми группами исчезает даже качественное соответствие между результатами эксперимента и предсказаниями рассматриваемых теорий. Для таких нематиков, как указывалось выше, увеличение длины гибких фрагментов сопровождается уменьшением КЖ, при этом обычно модуль поперечного изгиба К растет, в то время как константа продольного изгиба К уменьшается , . КЖ для соседних четных гомологов . Эффект четности обнаружен также для модулей упругости нематических димеров и тримеров . Ясно, что одной из причин данного несоответствия может быть отличие формы реальных молекул от жесткой палочкообразной. Концевые группы приводят к искривлению молекул, их форма становится бананоподобной. С другой стороны, наличие этих групп заметно повышает гибкость молекул. Результат, близкий к 1. К и К искривление понижает модуль продольного изгиба, а конусообразность модуль поперечного изгиба. Теорию, учитывающую кривизну молекул, предложил Хельфрих . Р угол, характеризующий кривизну молекул. Теория Хельфриха относительно просто и наглядно объясняет обнаруженные экспериментальные закономерности, однако и в этом случае имеет место только качественное соответствие между теорией и экспериментом. В заключение параграфа кратко остановимся на оптических и магнитных свойствах низкомолекулярпых жидких кристаллов. Вследствие наличия дальнего ориентационного порядка жидкие кристаллы являются оптически анизотропными средами. Нематики и смектики А оптически одноосны и характеризуются положительной анизотропией. Двойное лучепреломление Ап жидких кристаллов лежит в широких пределах от 0 до 0,4. Отметим, что среди твердых кристаллических веществ самым большим двойным лучепреломлением обладают кристаллы нитрата натрия, для которых Дп 0,. Как правило, в видимой области спектра ЖК соединения прозрачны края собственного поглощения нематиков лежат обычно в области 0 0 нм . К, К, аг6ГшК,кьТ
К КП1 РК2кг,Т
Зависимость оптической анизотропии Дп нематиков от температуры Т обусловлена изменением с температурой степени межмолекулярного ориентационного порядка Б, так как двойное лучепреломление Дп является однозначной функцией параметра порядка Б . Абсолютная величина Дп связана с анизотропией поляризуемости Да молекул, которая в значительной степени определяется структурой молекул вещества. Существенное влияние на поляризуемость, увеличивая ее, оказывают цепи сопряжения в молекулах, в частности фениленовые и пиридиновые циклы. Включение в молекулу колец с ненасыщенными связями уменьшает Дп. Оптическая анизотропия падает также с увеличением длины гибких, например алкильных, групп. При этом часто наблюдается эффект четности , . Как и большинство неорганических веществ, жидкие кристаллы являются обычно диамагнетиками . Удельная днамаппгтная анизотропия А у в большинстве случаев положительна, и по порядку величины Дх ч в системе единиц СИ. Поскольку молекулярный диамагнетизм очень мал, взаимодействием между молекулярными магнитными моментами можно пренебречь, и внутреннее поле можно приравнять к макроскопическому. Поэтому диамагнитная анизотропия Дх является очень удобной мерой параметра порядка 5, несмотря на серьезные экспериментальные трудности при определении величины и температурной зависимости Дх , , Диамагнегизм обусловлен изменениями в прецессии электронов вокруг ядер под влиянием магнитного ноля. Это приводит к наведенному магнитному моменту, который взаимодействует с вызвавшим его полем. Атомные восприимчивости изотропны, поэтому для молекул следует ожидать небольшие значения анизотропии восприимчивости Однако в ароматических системах Дх относительно велика. В этом случае диамагнитная анизотропия положительна, и величина Лу жидкого кристалла увеличивается практически пропорционально числу бензольных колец в его молекулах , Относительно большой отрицательный вклад в Ду вносят тройные связи или циклогексановые группы. Сочетание в жидком кристалле различных структурных элементов позволяет достаточно легко и в широком интервале изменять его диамагнитную анизотропию, что имеет большое практическое значение, поскольку многие технические характеристики ЖК материата определяются величиной Ду.