Диссертация (1173423), страница 15
Текст из файла (страница 15)
Согласнорасчетам, отношение данных параметров составляет te=1440 с (см. Рисунок 3.6),что по порядку величины соответствует результатам независимых исследований[3].96Рисунок 3.6 – Соответствие теоретической модели (3.6) и экспериментальных данных,y=tan † − ã , ã = 37°.Следует отметить различие в действии на динамику поворота легкой осиэлектрических полей двух различных конфигураций. Ранее экспериментальнобыло установлено, что поле, действующее в плоскости ЖК слоя, способносущественно влиять на характерные времена глайдинга, что нашло своеобъяснение в рамках феноменологической модели.В описанных выше экспериментах поле было направлено по нормали к слою,и его роль, в первом приближении, сводилась к подавлению фазовой задержки.Априори не очевидно, что такое поле способно воздействовать на медленноеазимутальное движение директора.
Однако, полностью исключить такуювозможность нельзя. В частности, известно, что поле нормальной ориентацииспособно вызвать полярный глайдинг легкой оси х [61]. В любом случае длявыяснения данного вопроса необходимы дополнительные экспериментальные итеоретические исследования.Измерения прохождения поляризованного света через планарную ячейкуиспользовались для определения угла α при разных дозах Dp после фиксированной97продолжительности воздействия texp = 3600 c. Для этого производилось кручениеполяроидов по часовой стрелке (в противоположную сторону относительнопроцедуры пересвечивания).
Погрешность измерения угла a составляла ±1°. Длятрех зон с различными значениями предварительной засветки Dp были полученызначенияинтенсивностей(см.Tаблицы3.2-3.4)прошедшегоизлученияотносительно углов поворота поляроидов и построены соответствующиезависимости.Таблица 3.2 – Значения интенсивностей I1 прошедшего линейно-поляризованногоизлучения через зону 1 ЖК ячейки (Dp=3,5 кДж/м2, время предварительнойзасветки tp1 =600 c).Угол поворота 30°40°45°50°55°60°70°0,3520,2100,1150,10,1660,48поляроидовI1, отн.ед.0,808Таблица 3.3 – Значения интенсивностей I2 прошедшего линейно-поляризованногоизлучения через зону 2 ЖК ячейки (Dp=7 кДж/м2, время предварительной засветкиtp1 =1200 c).Угол0°10°20°30°40°45°50°55°60°70°80°90°1,161,2481,0330,6620,3280,1780,0760,0420,0830,2950,5911,116поворотаполяроидовI2, отн.ед.Таблица 3.4 – Значения интенсивностей I3 прошедшего линейно-поляризованногоизлучения через зону 3 ЖК ячейки (Dp=10,5 кДж/м2, время предварительнойзасветки tp1 =1800 мин).Угол 30°40°45°50°55°60°0,6250,420,2780,161 0,09365°70°75°80°0,0830,1320,229 0,354поворотаполяроидовI3, отн.ед.1,03598На основе полученных результатов были построены аппроксимационныекривые в программе OriginPro с помощью синусоидального закона = 3 + ¤h¤сï, при > 0(3.7)Графики кривых изображены на Рисунке 3.7.Рисунок 3.7 – Зависимости интенсивностей I1, I2, I3 прошедшего линейно-поляризованного светачерез три зоны ЖК ячейки с дозами предварительной засветки Dp= 3,5; 7; 10,5 кДж/м2 от углаповорота поляроидов.Из значений аппроксимационных кривых были выбраны минимальныезначения, соответствующие самым темным состояниям для трех зон I1=0,09909отн.
ед., I2=0,03778 отн. ед., I3=0,08287 отн. ед., и соответствующие значения угловповорота поляроидов 53,43°, 55,45°, 63,33° (Таблица Б.1 Приложения Б). Какупоминалось выше, поляроиды поворачивали в противоположную сторону99относительно поворота легких осей молекул ЖК. Следовательно, α1=36,6°,α2=34,5°, α3=26,7° для доз Dp = 3,5; 7; 10,5 кДж/м2 соответственно. Это означает,что характерные времена скольжения зависят от значений предварительной дозыоблучения (энергии сцепления), что соответствует предыдущим результатамнезависимых исследований [69].Изображения ячейки до (а) и после (б) комбинированного воздействия светаи электрического поля показаны на Рисунке 3.8. Первоначальная однороднаяпланарная ориентация (а) существенно меняется из-за действия света иэлектрического поля.
Верхняя часть ячейки (Рисунок 3.8 (а)) освещалась в течениечаса при наличии сильного электрического поля (U = 70 В), как упоминалось ранее.Качество изображений различно для разных зон. В частности, видно, что наиболееоднородная ориентация, обеспечивающая наилучший контраст, может бытьполучена при относительно низких дозах Dp, что важно для дальнейшего развитияORW технологии. Также стоит обратить внимание на существенное искажение ЖКслоя, вызванное светом при относительно низком напряжении (U = 7 В) и короткомвремени воздействия (texp = 900 с), приложенном к нижней части ячейки (Рисунок3.8 (б)).
Этот результат можно объяснить сильными искажениями поверхностнойориентации, вызванными неконтролируемыми изменениями пространства фазовойзадержки.Болеетого,этифотографии,сделанныевтакихусловиях,демонстрируют возникновение твист-подобной структуры, которая может бытьсвязана с различными значениями вращения легкой оси на противоположныхподложках.Напротив,однороднаяпереориентацияпланарныхнаблюдалось при высоком напряжении электрического поля.образцов100Рисунок 3.8 – Изображения ЖК ячейки с различными зонами предварительного УФ облученияDp до (a) и после (б) облучения синим светом (I=1 кВт/м2, β=40°) в присутствии электрическогополя: U=70 В, время экспозиции texp = 3600 с для области (1) и U=7 В, texp = 900 с для области (2).Стрелки указывают положение поляризаторов, а ne(0) [ne(t)] показывает начальное[переориентированное] направления легких осей НЖК на подложках (Рисунок 3.1 (б)) [85].101Глава 4 Исследование реологических свойств жидких кристаллов присильных пространственных ограничениях и дополнительном воздействииэлектрического поляВ данной главе представлены экспериментальная методика и результатыисследованияиндуцированногоградиентомдавлениятеченияПуазейлянематического жидкого кристалла (5 ЦБ) через пористую полимерную пленку ссубмикронными диаметрами пор.
С учетом малого диаметра (меньших 1 мкм) пор,заполненную жидким кристаллом полимерную матрицу можно отнести ккомпозиционным ЖК средам с сильными пространственными ограничениями.Проведенныеранееэкспериментальныеисследованияэлектрооптическихэффектов в композиционных средах на основе жидких кристаллов, в том числе и впористых полимерных пленках, исследуемых в данной работе, показалиперспективность их использования в устройствах оптоволоконной техники дляуправления оптическим излучением видимого, ИК и ТГц диапазонов [53, 87-89].Более того, выполненные исследования электрокинетических явлений в пористыхполимерных пленках, заполненных жидкими кристаллами [54], показаливозможность создания на их основе эффективных электрогидродинамическихмикронасосов, применимых в устройствах оптофлюидики.
Для прогнозированияработы фотонных и оптофлюидных устройств указанного типа необходимаинформация об ориентационной структуре и материальных параметрах жидкогокристалла в условиях пространственных ограничений. Как известно, указанныеограничения могут приводить к изменениям как равновесных, так и неравновесныхсвойств жидких кристаллов, к которым в частности относятся анизотропныесдвиговые вязкости ЖК, определяющие сложное реологическое поведение жидкихкристаллов в сдвиговых течениях.
Дополнительное воздействие электрическогополя, реализованное в данной работе, обеспечивает изменение ориентационнойструктуры, что позволяет исследовать анизотропные реологические свойствакомпозитных ЖК материалов, например, зависящую от ориентации эффективнуюсдвиговую вязкость [91].102В отличие от изотропных жидкостей, реологическое поведение НЖК впотоке Пуазейля через капилляры с круглым поперечным сечением является болеесложным, чем для потоков через плоские капилляры.
Тем не менее, ранниеэксперименты [44] такого типа обеспечили первую экспериментальную проверкутеорииЛесли-Эриксена[92,93].Вчастности,предсказанноетеориейсуществование универсальной зависимости эффективной сдвиговой вязкости отдиаметра и объемной скорости потока Q=dV/dT (V − перекачиваемый объем) былоподтверждено экспериментами с потоком НЖК через капилляры разного диаметрапри нормальной поверхностной ориентации жидкого кристалла. Детальноетеоретическое описание указанных выше потоков возможно лишь путемчисленного решения нелинейных уравнений гидродинамики НЖК [10, 94, 95].Следует отметить, что экспериментальная реализация потока Пуазейля вединичномкапилляресубмикронногоразмераприкоторомстановятсясущественными эффекты слабого сцепления и сильного пространственногоограничения,крайне(пропорциональнымзатрудненаd-4,d–всвязидиаметрссильнымкапилляра)возрастаниемгидродинамическогосопротивления капилляра при уменьшении диаметра поры. Одним из способовпреодоления данного затруднения является использование большого числакапилляров, соединенных по параллельной схеме.
Именно такой вариантреализован в описанных ниже экспериментах с течением ЖК через образцыпористых пленок.При этом был успешно использован изложенный выше метод затухающегопотокаПуазейля,разработанныйранеедляизмерениявязкостиНЖК,стабилизированный внутренними поверхностями плоских капилляров [1].4.1. Применение метода затухающего потока Пуазейля для измеренийсдвиговой вязкости ЖК при сильных пространственных ограниченияхВ данном разделе рассматривается поток ЖК через пористую полимернуюпленку, которую можно представить в виде N параллельно соединенных103цилиндрических капилляров длиной , равной толщине пористой пленки, ккаждому из которых приложен одинаковый перепад давления.
Основныефизические законы, касающиеся описания затухающего потока Пуазейля,описанные в Главе 2 для капилляра прямоугольного сечения, также применимы дляданного случая, за исключением некоторых уточнений. В пористой пленке с Nколичествомцилиндрическихканаловэквивалентноегидродинамическоесопротивление RN связано с гидродинамическим сопротивлением R каждого каналаследующим тривиальным выражением:ò = /.(4.1)Выражение постоянной вискозиметра KcN для случая кругового (радиус r)сечения и время затухания tN имеют следующий вид [96]:сò = ( ` )/(8),(4.2)tò = [/(2)](/Í ò ) = [/()][( $ )/( ` ).(4.3)Таким образом, по определенным экспериментально значениям временизатухания tN можно рассчитать коэффициент сдвиговой вязкости η согласновыражению:=¾÷ ∙KŒ• u òPa|.(4.4)Ньютоновский поток, подобный описанным в выше (Глава 2 настоящейдиссертации), реализован в экспериментах с потоками ЖК через пористые пленки,описываемые в данной работе.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
