Диссертация (1173423), страница 2
Текст из файла (страница 2)
Данные свойства определяют быстродействие ЖК элементов,и их оптимизация открывает новые перспективы в совершенствованиисуществующих и разработке новых ЖК устройств, включая дисплеи, а такжеустройства оптоволоконной техники и сенсоры.Одной из основных идей, реализованных в данной работе, являетсяиспользование комбинированного воздействия поверхностей и электрическогополя на ориентационную структуру жидкого кристалла, что обеспечиваетопределениедвухвязкостейМесовичаприпроведенииреологических6исследованийзатухающегопотокаПуазейлявкапилляресзаданнымигеометрическими размерами и направлением поверхностной ориентации. Данныйподход повышает достоверность полученных данных и может являться основойсоздания эффективных микровискозиметров нового типа.Указанный подход, показал свою эффективность также и при исследованиимедленного изменения поверхностной ориентации ЖК, вызванного воздействиемполяризованного светового излучения на фоточувствительный слой красителя,контактирующий с жидким кристаллом.
Происходящие при этом физическиепроцессы имеют коллективный характер и далеки от детального теоретическогоописания. В рамках феноменологической теории указанные явления могут бытьописаны в терминах скольжения (глайдинга) легкой оси, задающей поверхностнуюориентацию ЖК. Разработанные ранее теоретические модели [2, 3] такого процессавключают специфические реологические параметры, такие как сила сцепления ивязкость глайдинга, экспериментальное определение которых является актуальнойзадачей.Существующиемикроскопическиеприближения,например,диффузионная модель, разработаны лишь для описания динамики переориентации,происходящей в слое азо-красителя в отсутствии контакта с ЖК. В связи с этимпредставляется актуальным экспериментальные исследования индуцированногосветом глайдинга при наличии дополнительных ориентирующих факторов.Выполненные к настоящему времени эксперименты показывают на возможностьуправления азимутальным глайдингом с помощью электрического поля,ориентированногонеисследованнымивплоскостидругиеЖКслоя.экспериментальныеВтожевремяконфигурации,остаютсянапример,оптически-индуцированный глайдинг в присутствии электрического поля,направленного по нормали к границе раздела ЖК-слой азо-красителя.
Именнотакая конфигурация экспериментально исследуется в настоящей работе.Дополнительное использование электрического поля позволяет не только изменятьзаданную ориентацию в объеме ЖК слоя, но и обеспечивает синхронное изменениеповерхностной ориентации ЖК при повторном облучении поляризованным7световым излучением фоточувствительных поверхностей, ограничивающих слойжидкого кристалла.Наконец, использование, в качестве дополнительного фактора, сильногоэлектрическогополяприпроведенныхвданнойработереологическихисследованиях полимерных пористых пленок, заполненных жидким кристаллом,обеспечилоэффективноеуправлениеориентационнойструктуройЖК,сформированной внутри поры. При этом возможна проверка ряда следствийтеоретического моделирования данной задачи, учитывающего эффекты слабогосцепления на границе раздела ЖК-полимерная матрица.Объектами исследования диссертационной работы являются нематическийжидкий кристалл 5ЦБ (4-пентил-4’-цианобифенил), поверхностные слои НЖК,контактирующего с нанометровыми фотоуправляемыми слоями азо-красителя SD1,атакжедисперснаясистема–полимернаяпористаяпленкаполиэтилентерефталата (ПЭТФ), заполненная нематическим жидким кристаллом.Цель работы:- получение новой практически значимой информации о динамическихпроцессах и реологических свойствах жидких кристаллов при комбинированныхвоздействиях поверхностей, электрического поля и светового излучения.Достижение поставленной цели предполагает решение следующих задач:1.
Разработка и экспериментальная апробация модифицированного методаизмерения анизотропных коэффициентов сдвиговой вязкости НЖК в образцахмалых объемов (менее 0,2 мл), ориентированных поверхностями и электрическимполем;2. Изучениеограниченногопроцессовповоротафотоуправляемымилегкихосейповерхностями,жидкогоприкристалла,комбинированномвоздействии электрического поля и светового излучения;3. Изучение реологических свойств жидких кристаллов условиях сильныхпространственных ограничений, реализуемых в композиционной среде НЖКпористая полимерная пленка, при дополнительном воздействии электрическогополя;84. Экспериментальная проверка выводов существующих теорий, описывающихреологическоеповедениеЖКпривоздействииэлектрическихполейиповерхностей, в том числе на границе раздела ЖК-фотоориентируемаяповерхность.Предметомограниченныхисследованияповерхностямиявляютсяразличнойреологическиетопологии,свойстваприНЖК,воздействииэлектрического поля и светового излучения.Научная новизна работы:1.
Впервые выполнены исследования медленной поверхностной динамикиНЖК, ограниченного фотоуправляемыми поверхностями, при воздействиисветового излучения в присутствии электрического поля, ориентированного понормали к поверхностям;2. Выполнены первые эксперименты по воздействию электрического поля назатухающий поток Пуазейля в дисперсной среде – полимерная пористая пленкаЖК, находящийся в условиях сильных пространственных ограничений. Полученыи объяснены зависимости эффективной сдвиговой вязкости от управляющегонапряжения.3. Предложена и апробирована методика исследований затухающего потокаПуазейля в плоских капиллярах, основанная на одновременной регистрациидвижения менисков в цилиндрических трубках, соединенных с капилляром, иинтенсивности поляризованного излучения, прошедшего через гомеотропнуючасть измерительной ячейки.
Выполненный анализ полученных результатовпозволяет сделать обоснованный выбор способа определения анизотропныхкоэффициентов сдвиговой вязкости НЖК.Достоверность результатов исследования подтверждена соответствиемэкспериментальных данных по анизотропным сдвиговым вязкостям ЖК 5ЦБ,ограниченного поверхностями плоского капилляра, результатам независимыхизмерений, выполненных в объемных образцах жидких кристаллов. Приисследованиях поверхностной динамики ЖК, контактирующего со слоем азокрасителя, установлено соответствие экспериментальной зависимости угла9поворота легкой оси с теоретической зависимостью, являющейся следствиемразработанной ранее диффузионной модели [3].
Достоверность результатовисследования реологических свойств НЖК в полимерной пористой матрицеподтверждаетсяихсоответствиемследствиямобщепринятыхмоделейориентационной структуры, формируемой в условии сильных пространственныхограничений.Практическая значимость результатов исследований определяетсявозможностью применения разработанных экспериментальных методик дляисследований анизотропных сдвиговых вязкостей вновь синтезированных ЖКматериалов с использованием малых объемов образцов, что подтверждаетсяполученным патентом РФ на изобретение RU №2510010 от 20.03.2014.Представленные в работе результаты по зависимости эффективной сдвиговойвязкости НЖК в порах от напряженности электрического поля могут найтиприменение при разработке оптофлюидных устройств на основе ЖК.Научные положения и результаты, выносимые на защиту:1.
Результаты экспериментальных исследований методом затухающего потокаПуазейляэффективнойсдвиговойвязкостикакфункцииуправляющегонапряжения для НЖК, ограниченных поверхностями различной топологии иразмеров (плоские капилляры микронных зазоров и цилиндрические порысубмикронных диаметров, сформированные в полимерной пористой пленке).Теоретический анализ данных результатов позволяет сформулировать положениео возможности корректного определения двух анизотропных сдвиговых вязкостейМесовича на основе измерений, выполненных в отсутствии и при наличиисильного электрического поля;2.
Результаты экспериментального исследования процесса глайдинга легкихосей НЖК, ограниченного фотоуправляемыми поверхностями, вызванноговоздействием поляризованного излучения в присутствии электрического поля,направленного по нормали к поверхностям ЖК ячейки. На основе выполненныхисследованийсделанвыводовозможностиазимутальногоповоротапространственно однородной ориентационной структуры НЖК за счет подавления10электрическим полем разности фаз между необыкновенным и обыкновеннымлучами;3. Установленнаянаосновеэкспериментальныхданныхвозможностьисследования реологическими методами изменений ориентационной структурыНЖК, заключенного в пористую полимерную пленку с субмикроннымидиаметрами пор, под воздействием аксиального электрического поля. В частности,анализзависимостиэффективнойсдвиговойвязкостиотнапряжениясвидетельствует о существенном влиянии эффектов слабого поверхностногосцепления, приводящих к трансформации исходной конфигурации ЖК с выходомдиректора из плоскости пленки (ER) к пространственно однородной аксиальнойконфигурации.Апробация работы.
Результаты проведенных исследований обсуждены иизложены на следующих конференциях:1. Студенческойнаучно-техническойконференцииМГУПИ«Приборостроение и радиоэлектроника». Москва. 19 мая 2010 г.2. Первой Всероссийской Конференции по Жидким Кристаллам (РКЖК2012). Иваново. 17-21 сентября 2012 г.3. 24th International Liquid Crystal Conference (ILCC-2012). Майнц, Германия.19 – 24 августа 2012.4. IV Международной конференции по коллоидной химии физико-химическоймеханике. Москва.
30 июня — 5 июля 2013 г.5. Научно-практической конференции МГУПИ «Актуальные проблемыприборостроения, информатики и социально-экономических наук». Москва. 23-24апреля 2014 г.6. 25th International Liquid Crystal Conference (ILCC-2014). Дублин, Ирландия.29 июня – 4 июля 2014.7. 1st International Conference on Photoalignment and Photopatterning in SoftMaterials.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
