Автореферат (1173422), страница 4
Текст из файла (страница 4)
Обычно такой диапазон Dp соответствует среднимзначениям силы сцепления.а)б)Рисунок 4 – Зависимость эффективной сдвиговой вязкости от напряжения электрического поля,приложенного к планарной части ЖК ячейки (а) второго типа (сравнение двух методикэкспериментальных получения данных) и (б) первого типа. Температура эксперимента составляла:(а) 296,15±0,2 К и (б) 297,15±1,0 К.10Беляев В.В. Указ. соч. С.157.Chigrinov V.G. Photoalignment of Liquid Crystalline Materials: Physics and Applications / V.G. Chigrinov, V. M.Kozenkov, & H.-S.
Kwok // Wiley: New York. – 2008. – 248 p.1113Соответствующие схема и геометрия эксперимента показаны на Рисунке5. Методика проведения эксперимента включала вторичное облучение ЖКячейки линейно-поляризованным синим светом (I = 1 кВт/м2, λ = 450 нм) сплоскостью поляризации, отличающейся от исходного положения на угол b=40°(Рисунок 5 (б)), и регистрацию интенсивности I(t) лазерного излучения (λ = 650нм), прошедшего через ячейку в скрещенных поляроидах.Исследование медленной поверхностной динамики данной методикойпроводилось для второй зоны предварительного облучения при комнатнойтемпературе с помощью экспериментальной установки, схема которойпредставлена на Рисунке 6 (а).В режиме облучения ячейки лилейно-поляризованным синим светом нанее подавалось управляющее электрическое напряжение (U = 70 В, f = 10 кГц),приводящее к квазигомеотропной ориентации слоя ЖК и, как следствие, кподавлению фазовой задержки δ, что необходимо для сохранения состоянияполяризации света при прохождении через слой ЖК.
Проведенные оценкивеличины фазовой задержки при воздействии сильного электрического поля всоответствии с выражением:F ≈ 4∆ G ,(9)Hгде Δn – анизотропия показателя преломления, ξE – электрическая длинакогерентности, дают значения ξE=83 нм и δ/π≤0,14 для синего света, чтоподтверждает сохранение состояния поляризации излучения. Таким образом,синий поляризованный свет, проходящий через ячейку, отражался зеркалом безсущественного изменения состояния поляризации и освещал ячейку спротивоположной стороны, что обеспечивало более симметричное воздействиена обе подложки.Определение угла поворота легких осей на фотоуправляемыхповерхностях проводилось с помощью регистрации интенсивностиполяризованного лазерного излучения, проходящего через ЖК ячейку.
С этойцелью каждые 300 с удалялось зеркало, а воздействие электрического поля исинего света прерывалось на относительно короткий интервал времени (около 60с). Выключение электрического поля приводило к изменениям интенсивностиа)б)Рисунок 5 – Схема (а) и геометрия (б) эксперимента по вторичному облучению ЖК ячейки линейнополяризованным синим светом; ne(t) – начальное и ne(0) – переориентированное направление легкойоси НЖК, индуцированное воздействием электрического поля и света с углом плоскости поляризацииβ.14проходящего света за счет релаксации ориентации ЖК к новому состоянию,определяемому углом поворота легкой оси (Рисунок 6 (б)). Полученныезначения квазистационарого уровня интенсивности Is(texp), представленные наРисунке 6 (в), обрабатывались с использованием выражения:J = 7 sinN (/2) sinN 2( − ) ,(10)где α – угол поворота ЖК молекул образца с планарной поверхностнойориентацией относительно начального положения.
Зависимость UVWпредставлена на Рисунке 6 (г). Принимая во внимание, что для медленнойповерхностной динамики объемная ориентация директора определяетсясоответствующей ориентацией легких осей (φ = φe), можно связать временныевариации угла α с соответствующими изменениями положения легких осейсогласно соотношению: UVW = U UVW − U UVWY7 .(11)Для получения информации о предельном угле поворота легких осей какфункции дозы предварительного облучения проводился анализ интенсивностиполяризованного лазерного излучения после окончания комбинированноговоздействия электрического поля и синего света для трех зон ЖК ячейки. Приэтом производился поворот скрещенных поляроидов в направлении,противоположном повороту поляроидов при описанном выше вторичномоблучении синим светом.
Погрешность определения угла a составляла ±1°. Наа)в)б)г)Рисунок 6 – Схема экспериментальной установки (а),временная зависимость интенсивности прошедшегоизлучения через ЖК ячейку в скрещенных поляроидах(б); временные зависимости квазистационарного уровняIs интенсивности лазерного излучения (в) и угла α (г),описывающего поворот оптических осей планарного ЖКобразца при облучении светом (=450 нм) и воздействииэлектрическим полем (U=70 В) для Dp =7 кДж/м2, β=40º.15основании экспериментальных данных для трех зон с различными значениямидозы предварительного облучения Dp были получены значения углов повороталегких осей молекул ЖК: α1=36,6°, α2=34,5°, α3=26,7° для доз Dp = 3,5; 7; 10,5кДж/м2 соответственно. Это свидетельствует о зависимости характерноговремени скольжения легких осей от предварительной дозы облучения (энергиисцепления), что соответствует предыдущим результатам независимыхисследований12.Для теоретического анализа экспериментальных данных использовалисьфеноменологическая модель, основанная на балансе моментов сил,действующих на объемный поверхностный директор и легкую ось13, а такжепредложенная ранее двумерная модель вращательной диффузии, основанная наУравнении Фоккера-Планка и описывающая кинетику переориентации ансамблямолекулазо-красителяприизмененииазимутаполяризации14переориентирующего света .
При этом считалось, что процессыпереориентации молекул красителя, протекающие в слое азо-красителя SD-1,транслируются на поворот легкой оси, определяющей усредненную ориентациюмолекул жидкого кристалла, абсорбированных поверхностью азо-красителя, чтоприводит к экспериментально регистрируемому изменению оптических свойствЖК слоя. В отсутствие электрического поля, ориентированного в плоскостислоя, было получено следующее нелинейное уравнение, описывающеевременное изменение азимутального угла φe поворота легкой оси:\]^`= − ^ sin 2 U − b ,(12)\_Na^где γe – специфический диссипативный параметр – поверхностная вязкостьглайдинга; We – эффективным параметр, который определяет силу сцеплениямежду легкой осью ne и начальным направлением поверхностной ориентации;φm – фазовый сдвиг, зависящий от направления поляризации воздействующейсветовой волны.
Параметры феноменологической модели φm и We/(2γe) связаны(ef_)с параметрами диффузионной модели αp и d 4 , соответствующими азимутуполяризации световой волны и коэффициенту вращательной диффузии слоякрасителя. Решение динамического уравнения (12) имеет вид:tan U − b = tan U 0 − b −/U ,(13)где te=γe/We – характерное время переориентации легкой оси. Сравнениеэкспериментальных данных с представленной выше теоретическойзависимостью показано на Рисунке 7. В целом теория адекватно описываетэкспериментальные данные, за исключением несколько меньших (примерно на3°) значений предельного угла поворота легкой осиb = 37°по сравнению сзаданным в эксперименте углом поворота плоскости поляризации вторичногоизлучения = 40°.
Приведенный анализ экспериментальных данных (Рисунок7) позволяет оценить комбинацию реологических параметров γe/We, равную 144012Dubtsov A.V. Electrically assisted light-induced azimuthal gliding of the nematic liquid-crystal easy axis onphotoaligned substrates/ A.V. Dubtsov, S.V. Pasechnik, Alexei D. Kiselev, D.V. Shmeliova, and V.G.
Chigrinov // Phys.Rev. E. – 2010. – 82. – art. 011702.13Ibid. P.314Kiselev A.D. Op.cit. P.316с, что по порядку величины соответствует результатам независимыхисследований15.В четвертой главе представлены результаты экспериментальныхисследований затухающего потока жидкого кристалла через пористуюполимерную пленку толщиной L=23 мкм с субмикронными диаметрами порd=0,6 мкм и заданной плотностью пор N0=4×1011 м-2 при дополнительномвоздействии электрического поля. Конструкция экспериментальной ячейки игеометрия эксперимента представленына Рисунке 8.
Пористую полимернуюпленку можно представить в виде N=N0S(S – площадь поверхности пористойпленки,составлявшая2,25см2)параллельносоединенныхцилиндрических капилляров длиной ,равной толщине пористой пленки, ккаждомуизкоторыхприложенодинаковый перепад гидростатическогодавления, создаваемый за счет разностивысот менисков ЖК в открытыхРисунок 8 – Соответствие теоретической модели цилиндрических трубках, диаметром D.(3.6)иэкспериментальныхданных, Конструкция экспериментальной ячейкиy=tan[U () − b ], b = 37°.подобна использованной ранее16 припроведенииреологическиха)исследований пористых полимерныхпленок,заполненныхжидкимкристаллом в отсутствие электрическогополя. Основное различие заключается вналичии электродов, обеспечивающихподачу электрического поля на образецпористой пленки, заполненной жидкимкристаллом.МетодикапроведенияреологическихисследованийзатухающегопотокаПуазейляаналогична описанной в выше.
Вчастности,экспериментальнаяб)информация была получена путемобработки изображений менисков вразличные моменты времени. Основныеуравнения, описывающие затухающийРисунок 7 – Конструкция ЖК ячейки с ПЭТФ поток Пуазейля, и представленные вышепленкой (а) и геометрия эксперимента (б).для капилляра прямоугольного сечения,15Kiselev A.D. Op.cit. P.10Пасечник С.В. Метод затухающего потока в реологии полимерных пористых пленок, заполненных жидкимикристаллами / С.В. Пасечник, Д.В.
Шмелева, А.В. Торчинская, О.А. Семина, А.А. Дюкин // Российскийтехнологический журнал. – 2017. – Том 5 № 5. – с. 25-39.1617также применимы для данного случая, за исключением выражения длягидродинамического сопротивления образца пленки RN, связанного ссопротивлением R каждого канала следующим выражением:u = /.(14)NВыражения постоянной вискозиметра Kc и времени затухания tN дляслучая кругового (радиус r) сечения каждой поры имеют следующий вид17:сu = ( # )/(8),(15)uN#tu = [/(2)](/| ) = [/()][( )/( )(16)Таким образом, по определенным экспериментально значениям временизатухания tN можно рассчитать коэффициент сдвиговой вязкости η согласновыражению:} ∙€•e ‚ u= ~ , .(17)+ )Калибровка ЖК ячейки производилась путем нагрева до температуры,соответствующей изотропной фазе, с использованием литературных значенийсдвиговой вязкости18. Зависимость относительной разности уровней менисковΔН(t) для изотропной и нематической фаз представлена на Рисунке 9.
Как видноиз графика, соотношение (1) достаточно хорошо описывает экспериментальныезависимости, что свидетельствует о постоянстве ориентационной структуры призаданныхусловияха)б)в)г)эксперимента (температуры иградиента давления). В то жевремя, директор ЖК способенобразовыватьвпорахразличныеконфигурации,представленные во вставке наРисунке 9. Реализация тойили иной конфигурациизависит от ряда параметров(диаметра поры, значениймодулейориентационнойупругости ЖК (модулейФранка),направленияповерхностной ориентации, Рисунок 9 – Временные зависимости относительныхсилыповерхностного разностей уровней менисков ΔH(t)/ΔH(0) при различныхсцепления).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
