Автореферат (1173422), страница 3
Текст из файла (страница 3)
Припроведении реологических исследований использовались ЖК ячейки трех типов,две из которых изображены на Рисунке 2 (а, б), а третья имела упрощенный видв сравнении с представленной на Рисунке 2 (б), так как в ней отсутствовал каналс исходной гомеотропной ориентацией. Для создания планарной поверхностнойориентации в ячейке первого типа использовалась технологии натирания, в двухдругих – технология фотоориентации, которая обеспечивает заданноенаправление поверхностной ориентации ЖК с контролируемой силойазимутального сцепления за счет облучения поляризованным светома)б)в)г)Рисунок 2 – Конструкции экспериментальных ЖК ячеек: а) первого типа и б) второго типа(внутренний диаметр открытых трубок D=2,334 мм одинаков для всех экспериментов); в) схемаэкспериментальной установки и г) геометрии эксперимента.9(оптического или УФ диапазонов) предварительно нанесенного на подложкуслоя азо-красителя нанометровой толщины.
При поглощении оптическогоизлучения молекулы красителя изменяют свою ориентацию, что в конечномитоге приводит к возникновению ориентационной упорядоченности в слоекрасителя, которая транслируется на слой абсорбированных поверхностью ЖКмолекул.Экспериментальная установка, использованная для исследованиязатухающего потока в ячейке второго типа (схема представлена на Рисунке 2 (в)),позволяет произвести одновременную регистрацию затухающего пока по двумметодикам и сравнить полученные значения реологических параметров(характерного времени затухания потока и пропорционального емукоэффициента эффективной сдвиговой вязкости). Для управленияориентационной структурой к ЖК слою с исходной планарной ориентациейприкладывалось управляющее напряжение (Up) (1 кГц) от генераторанизкочастотных сигналов Г3-109. При значениях управляющего напряжения,существенно превышающих величину, соответствующую переходу Фредерикса(около 1 В), и относительно малых градиентах давления в слое устанавливаетсяквазигомеотропная ориентация.
Таким образом с использованием одной ячейкивозможна реализация двух главных геометрий эксперимента, показанных наРисунке 2 (г), соответствующих минимальному и максимальному значениямсдвиговой вязкости ЖК (коэффициентам Месовича η2 и η1). Управляющеенапряжение (Uh) частой 1 кГц, приложенное к гомеотропному слоюиспользовалось для подавления возможной гидродинамической неустойчивостинематика под действием градиента давления6.Для затухающего потока обычной ньютоновской жидкости временныеизменения уровня (давления) описываются простым экспоненциальнымзаконом:ΔH(t) = ΔH(0) exp(-t/t),(1)где время затухания потока t пропорционально сдвиговой вязкости ηэфф. Такимобразом, определение времени затухания может быть использовано для расчетакоэффициента эффективной сдвиговой вязкости:ηэфф= Kt/2,(2)где K – коэффициент, который зависит от геометрических размеров каналов иоткрытых трубок.
В частности, в случае, когда гидродинамическоесопротивление гомеотропного канала Rh существенно превышает сопротивлениепланарного канала Rp, общее сопротивление каналов определяется, главнымобразом, сопротивлением Rp, и выражение для параметра К принимает вид:='(%&&#$ )& *+ ,,(3)где Lp, Ар и dp – геометрические размеры планарного канала, D – внутреннийдиаметр открытой трубки.
Использование известного нематика 5ЦБ позволяет6Pasechnik S.V. Orientational Instability in a Nematic Liquid Crystal in a Decaying Poiseuille Flow / S.V. Pasechnik,A.P. Krekhov, D.V. Shmeleva, I.Sh. Nasibullaev, V.A. Tsvetkov // Sov. Phys. JETP. – 2005. – Vol. 100(4). – pp. 804810.10сравнить наши данные с результатами независимых экспериментов7,8.
Примерполученных изображений мениска в различные моменты времени, представленна Рисунке 3 (а). Обработка данных изображений позволяет получить времязатухания потока и рассчитать эффективную вязкость ЖК.Вторая методика основана на измерении времени затухания потока иэффективной вязкости по динамическому оптическому отклику, полученному сгомеотропной части ЖК ячейки.
В данном случае изменяющийся со временемперепад гидростатического давления DP(t), пропорциональный разностиуровней менисков ΔH(t), вызывает изменения фазовой задержки δ(t) междуа)б)Рисунок 3 – Пример изображений мениска в открытых цилиндрических трубках (а), полученныхчерез равные промежутки времени, и зависимости прошедшего линейно-поляризованного излученияI(t) через гомеотропный канал ЖК ячейки (б).7Kneppe H. Determination of the viscosity coefficients of the liquid crystal MBBA / H. Kneppe & F. Shneider // Mol.Cryst. Liq.
Cryst. – 1981. – Vol. 65, Issue – 1-2. – pp. 23-37.8Беляев В.В. Вязкость нематических кристаллов / В.В. Беляев // М.: ФИЗМАТЛИТ. – 2002. – 224 с.11необыкновенным и обыкновенным лучами. При небольших отклоненияхдиректора от исходной гомеотропной ориентации δ(t) пропорциональна [DP(t)]2и, следовательно, также описывается простым экспоненциальным законом:δ(t) =δ(0)exp(-t/tδ),(4)где время релаксации фазовой задержки tδ=t/2.
Таким образом, анализизменения интенсивности света I(t), связанной с фазовой задержкойсоотношением:I(t) = I0sin2 [δ(t)/2],(5)позволяет рассчитать время затухания потока t. В частности, для δ(0)>πмонотонное уменьшение фазовой задержки (4) приводит к появлению локальныхэкстремумов в зависимости I(t), при этом, как было показано9, время релаксацииt фазовой задержки δt связано с интервалом времени Δt между последнимминимумом и максимумом зависимости I(t) следующим выражением:tδ = Δt/ln2.(6)Это позволяет рассчитать время затухания потока и эффективную сдвиговуювязкость ЖК используя измерения указанного выше интервала времени. Расчетноесоотношение для эффективной вязкости имеет вид:ηэфф=Ktδ=KΔt/ln2.(7)Экспериментальные зависимости I(t) были получены путем использованияаналого-цифрового преобразователя L-Card и программы Lgraph, что позволялозаписыватьинформациювформате.txt.Примерполученныхэкспериментальных данных с приемника оптического излучения представлен наРисунке 3 (б).
На следующем этапе производится анализ массиваэкспериментальных данных и последующая их обработка в программе OriginPro.На Рисунке 4 (а) представлены экспериментальные значения эффективнойсдвиговой вязкости при различных значениях управляющего напряжения,полученные по двум изложенным выше методикам. Различие данных значенийпри идентичных условиях эксперимента не превышает 7%, что позволяетвыбирать более подходящую методику для изучения вязкостных свойств ЖКматериалов в затухающем потоке Пуазейля.В частности, на Рисунке 4 (б) представлена зависимость эффективнойвязкости 5ЦБ от управляющего напряжения, полученная с использованиемячейки первого типа на основе анализа интенсивности поляризованного света врежимеотражения,обеспечивающегоувеличениечувствительностигомеотропного слоя за счет двукратного прохождения световым лучом.Как видно из графика, при высоких значениях управляющего напряженияпроисходит насыщение данной зависимости.
В этом случае время релаксацииразности фаз между обыкновенным и необыкновенным лучами определяетсямаксимальным значением коэффициента сдвиговой вязкости η1, так как сильноеэлектрического поле индуцирует гомеотропную объемную ориентацию в слоеЖК за исключением граничных слоев с толщиной, определяемой электрическойдлиной когерентности:9Pasechnik S.V., Shmeliova D.V, Semerenko D.A., & Voronov V.N. (2009). Proceedings of the 29th InternationalDisplay Research Conference: Eurodisplay 2009, Rome, P40, 395–397.12ξ1 = (K44 / ε7 Δε d: U <4 ,(8)где К11 – модуль упругости Франка, 0 – электрическая постоянная, Δ –диэлектрическая анизотропия, dр – толщина планарного слоя, U – напряжениеэлектрического поля.
В случае ячейки первого типа, заправленной ЖК 5ЦБ, столщиной планарного слоя dp=150 мкм при значениях материальныхпараметров: К11=6,4 пН, Δ=11,5 и напряжении U=100 В, электрическая длинакогерентности Е=94 нм существенно меньше толщины слоя ЖК, что даетвозможность пренебречь воздействием граничных слоев в отличие от случаяиспользования магнитных полей. Этот вывод подтверждается малым (около 3%)отличием значения эффективной сдвиговой вязкости в области насыщения отсоответствующей величины h1=0,1296 Па, измеренной независимым методом10.В третьей главе представлены результаты экспериментальныхисследований влияния электрического поля на индуцированные синим светомизменения поверхностной и объемной ориентации ЖК слоев, ограниченныхфотоориентируемыми поверхностями. Для исследований использовалась ЖКячейка «сэндвич» типа толщиной d=80 мкм с прозрачными ITO-электродами навнутренних поверхностях подложек.
Эти поверхности предварительнопокрывали слоем фотоориентанта (SD1) и обрабатывали линейнополяризованным ультрафиолетовым излучением (λ = 365 нм) интенсивностьюIp=5,8 Вт/м2 с различными временами облучения (tpi) для трех зон (tp1=600 с,tp2=1200 с и tp3=1800 с). Это позволило получить после заполнения ЖК (5ЦБ)однородную планарную ориентацию в ячейке. В то же время азимутальная силасцепления Wa отлична для ранее упомянутых зон, поскольку этот параметрзависит от предварительной дозы облучения11 Dp=Iptp. В описанныхэкспериментах, значения Dp составляли 3,5; 7 и 10,5 кДж/м2 соответственно дляпервой, второй и третьей зон.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
