Электронная библиотека диссертаций и авторефератов России
dslib.net
Библиотека диссертаций
Навигация
Каталог диссертаций России
Англоязычные диссертации
Диссертации бесплатно
Предстоящие защиты
Рецензии на автореферат
Отчисления авторам
Мой кабинет
Заказы: забрать, оплатить
Мой личный счет
Мой профиль
Мой авторский профиль
Подписки на рассылки



расширенный поиск

Исследование ориентационных свойств жидких кристаллов в переменных магнитных полях акустическим методом Романов Алексей Анатольевич

Исследование ориентационных свойств жидких кристаллов в переменных магнитных полях акустическим методом
<
Исследование ориентационных свойств жидких кристаллов в переменных магнитных полях акустическим методом Исследование ориентационных свойств жидких кристаллов в переменных магнитных полях акустическим методом Исследование ориентационных свойств жидких кристаллов в переменных магнитных полях акустическим методом Исследование ориентационных свойств жидких кристаллов в переменных магнитных полях акустическим методом Исследование ориентационных свойств жидких кристаллов в переменных магнитных полях акустическим методом Исследование ориентационных свойств жидких кристаллов в переменных магнитных полях акустическим методом Исследование ориентационных свойств жидких кристаллов в переменных магнитных полях акустическим методом Исследование ориентационных свойств жидких кристаллов в переменных магнитных полях акустическим методом Исследование ориентационных свойств жидких кристаллов в переменных магнитных полях акустическим методом Исследование ориентационных свойств жидких кристаллов в переменных магнитных полях акустическим методом Исследование ориентационных свойств жидких кристаллов в переменных магнитных полях акустическим методом Исследование ориентационных свойств жидких кристаллов в переменных магнитных полях акустическим методом
>

Данный автореферат диссертации должен поступить в библиотеки в ближайшее время
Уведомить о поступлении

Диссертация - 480 руб., доставка 10 минут, круглосуточно, без выходных и праздников

Автореферат - 240 руб., доставка 1-3 часа, с 10-19 (Московское время), кроме воскресенья

Романов Алексей Анатольевич. Исследование ориентационных свойств жидких кристаллов в переменных магнитных полях акустическим методом : Дис. ... канд. физ.-мат. наук : 01.04.14 : Москва, 2003 149 c. РГБ ОД, 61:04-1/545

Содержание к диссертации

Введение

Глава 1. Обзор теоретических и экспериментальных исследований релаксации жидких кристаллов в переменных магнитных полях ... 9

1.1 Основы теории динамических свойств нематических жидких кристаллов 9

1.2 Влияние статического магнитного поля на поглощение и скорость ультразвука . 15

1.3 Диэлектрические свойства жидких кристаллов в магнитных полях 24

1.4 Экспериментальные исследования динамики ориентационных процессов в пульсирующем магнитном поле 28

1.5 Влияние давления на акустические и релаксационные параметры нематических жидких кристаллов 34

1.6 Постановка задачи, выбор объекта и метода исследований 39

Глава 2. Методика исследования релаксационных свойств жидких кристаллов в магнитном поле 44

2.1 Особенности акустического метода исследования НЖК в статических и пульсирующих магнитных полях 44

2.2 Блок-схема и аппаратура экспериментальной установки 49

2.3 Измерительная камера 57

2.4 Методика проведения исследования диэлектрических свойств ЖК в электрических и магнитных полях 62

2.5 Контрольные измерения и оценка погрешности эксперимента 68

Глава 3. Результаты экспериментальных исследований акустических и релаксационных свойств ЖК-1282 при изменении термодинамических параметров 73

3.1. Зависимость коэффициента поглощения ультразвука от индукции магнитного поля 73

3.2. Коэффициент поглощения ультразвука в нематической фазе жидких кристаллов при изменяющихся температуре и частоте ультразвука 75

3.3. Скорость ультразвука в жидких кристаллах при изменяющихся термодинамических параметрах состояния 78

3.4 Анизотропия скорости ультразвука в нематических жидких кристаллах 81

3.5. Анизотропия поглощения ультразвука в жидких кристаллах при изменяющихся температуре и частоте ультразвука 83

3.6. Временные зависимости акустических параметров НЖК в пульсирующих магнитных полях 88

3.7. Результаты исследований электрических свойств НЖК при совместном действии электрических и магнитных полей 94

Глава 4. Анализ результатов экспериментальных исследований 99

4.1. Анализ акустических спектров поглощения в нематической фазе жидких кристаллов 99

4.2 Релаксационный характер анизотропии акустических параметров жидких кристаллов 104

4.3. Акустические свойства нематических жидких кристаллов в пульсирующем магнитном поле 106

4.4 Вращательная вязкость и диамагнитная восприимчивость нематического жидкого кристалла 117

Заключения и выводы 123

Литература 125

Приложения

Введение к работе

В последнее время жидкие кристаллы (ЖК) находят всё большее применение в устройствах отображения информации и для визуализации физических полей различной природы. Сегодня на их основе как массовая коммерческая продукция выпускаются мониторы компьютеров, плоские телевизионные экраны и самые разнообразные индикаторные и информационные табло. Это обусловлено высокой оптической чувствительностью ЖК к внешнему воздействию при чрезвычайно малом управляющем напряжении и низкой величине потребляемой мощности. Помимо этого в ЖК наблюдается необыкновенное многообразие физических эффектов, являющееся следствием их структуры - структуры анизотропной жидкости. Основу функционирования большинства вышеперечисленных устройств составляют процессы ориентационной релаксации, связанные с вращением молекул относительно их коротких осей. Одним из эффективных методов исследования данных процессов является акустический метод, достаточно чувствительный к изменению молекулярных свойств мезофазы и позволяющий установить связь между акустическими и молекулярно-кинетическими параметрами жидких кристаллов. Анизотропное поглощение ультразвука, регистрируемое в акустических экспериментах, содержит информацию не только о быстрых внутримолекулярных процессах, но и о процессах медленной ориентационной релаксации. Чувствительность ориентационной структуры к внешним воздействиям позволяет ожидать проявления новых эффектов, обусловленных её взаимодействием с изменяющимися внешними полями. Влияние магнитного поля на акустические свойства ориентационно упорядоченных фаз жидких кристаллов можно объяснить спецификой их межмолекулярного взаимодействия. Изменение ориентированности вследствие анизотропии молекул и своеобразия их взаимодействия влияет на упругие и кинетические свойства жидких кристаллов, определяющие в свою очередь их акустические параметры. Кроме того, в качестве дополнительного ориентирующего фактора возможно использование электрического поля, традиционно применяемого при оптических исследованиях ориентационной релаксации в тонких жидкокристаллических слоях. В этой связи воздействие на образец скрещенных электрического и магнитного полей открывает новые возможности экспериментального определения материальных коэффициентов нематических жидких кристаллов (НЖК).

Наиболее приемлемым с технической точки зрения способом управления режимами работы устройств на основе ЖК является использование именно электрического поля. В связи с этим акустические исследования объёмных образцов НЖК, ориентированных электрическим и магнитным полями, представляются актуальными как с научной, так и с практической точек зрения.

Цель работы. Основной задачей диссертации является изучение акустическим методом релаксационных и динамических свойств нематических жидких кристаллов (НЖК), подверженных влиянию внешних статических и переменных полей. Решение этой задачи включает: совершенствование экспериментальной техники и методики изучения релаксационных свойств НЖК в пульсирующих магнитных полях при изменяющихся термодинамических параметрах состояния; измерение анизотропных акустических параметров ориентированных магнитным полем ЖК в условиях варьирования частоты ультразвука и температуры; экспериментальное исследование акустическим методом динамического отклика ориентационной структуры образца ЖК на воздействие пульсирующего магнитного поля различной индукции при изменяющихся температуре и давлении; измерение диэлектрической проницаемости и диамагнитной восприимчивости с использованием оптического метода путём комбинированного наложения электрического и магнитного полей; теоретический анализ экспериментальных результатов на основе феноменологических и молекулярно-статистических теорий и установление связи между временными изменениями анизотропных акустических параметров и материальными коэффициентами ЖК, определяющими их динамические свойства в переменных магнитных полях.

В процессе работы усовершенствованы методики и установки для акустических исследований в пульсирующем магнитном поле (введена автоматизированная система управления, приёма и обработки информации); разработана и создана установка для исследования анизотропии диэлектрических свойств жидких кристаллов при различных давлениях; проведены экспериментальные исследования вязкоупругих и релаксационных свойств ЖК-1282, включая область фазового перехода нематик — изотропная жидкость; акустическим методом исследовано поведение ЖК-1282 в пульсирующем магнитном поле; определены времена релаксации ориентационной структуры и установлена их зависимость от температуры, давления и индукции магнитного поля; проведены экспериментальные исследования ориентационных изменений в тонких слоях образца ЖК в скрещенных электрическом и магнитном полях; определена зависимость анизотропии диэлектрической проницаемости и диамагнитной восприимчивости ЖК-1282 от термодинамических параметров; выполнен анализ экспериментальных данных, установлена связь между временными изменениями коэффициента поглощения ультразвука и параметрами ЖК, определяющими их динамические свойства.

Практическая ценность определяется возможностью использовать разработанные методики и созданную автоматизированную установку для проведения акустических исследований динамических свойств широкого класса ЖК в статических и переменных магнитных полях и для изучения диэлектрических свойств жидких кристаллов. Экспериментально полученные результаты позволяют проверить ряд выводов феноменологических и молекулярно-статистических теорий ЖК, а также определить параметры ЖК, имеющие прикладное значение: анизотропию поглощения и скорости ультразвука, анизотропию диамагнитной восприимчивости, анизотропные модули упругости и коэффициент вращательной вязкости. Экспериментально доказаны высокая информативность и эффективность применения акустического метода для исследования динамики ориентационных процессов в поли- и монодоменных образцах ЖК в изменяющихся магнитных полях. Показанная эффективность комбинированного использования электрического и магнитного полей для управления ориентационной структурой в тонких слоях нематиков позволяет предложить новые технические решения, расширяющие область практического применения ЖК. Численные значения параметров (времени ориентационной релаксации, коэффициента вращательной вязкости, анизотропии диамагнитной восприимчивости и др.), приведённые в работе, могут служить справочным материалом при разработке новых технических устройств, использующих ЖК в качестве рабочих тел и реализующих анизотропные акустические свойства ЖК.. Автор защищает: результаты методических разработок и экспериментальных исследований динамики ориентационных процессов в НЖК, ориентированных как одним магнитным полем, так и совместным воздействием электрического и магнитного полей; результаты исследований влияния статических и переменных магнитных полей на акустические параметры и время ориентационной релаксации при изменяющихся термодинамических параметрах состояния, частоте ультразвука и индукции магнитного поля; результаты исследования акустических и релаксационных параметров в области перехода нематик - изотропная жидкость; результаты теоретического анализа экспериментальных данных.

Апробация работы.

Результаты работы докладывались и обсуждались на научных конференциях преподавателей и студентов МГОУ, 2001-2003 гг., опубликованы в журналах «Письма в журнал технической физики», «Аспирант и соискатель», «Естественные и технические науки», ВИНИТИ. Названия и выходные данные опубликованных работ приведены в списке литературы.

Структура и объём работы. Диссертация состоит из введения, четырёх глав, заключения, списка литературы и приложения. Общий объём диссертации 149 страниц машинописного текста, включая 30 таблиц, 61 рисунок. Список литературы содержит 134 наименования.

Влияние статического магнитного поля на поглощение и скорость ультразвука

Акустические исследования представляют большой интерес, как с теоретической, так и с практической точки зрения. Это обусловлено тем, что физические свойства ЖК проявляют резко выраженную анизотропию величины скорости распространения и поглощения ультразвука, связанные с упорядочением длинных молекулярных осей. При распространении в жидкокристаллическом образце упругой объёмной волны, последняя вызывает в нём сдвиги и повороты, что влечёт за собой новое размещение молекул. Эта переориентация молекул носит релаксационный характер и сопровождается диссипацией энергии звука. Затухание продольной волны обусловлено объёмной, сдвиговой и вращательной вязкостью, теплопроводностью и рассеянием звука на роях.

Взаимодействие волн с ЖК отображается зависимостью скорости распространения и поглощения ультразвука от частоты, температуры и давления. Характерной особенностью НЖК является то, что в диапазоне ультразвуковых частот для всех веществ, обладающих нематической фазой в области фазового перехода НЖК-ИЖ, скорость распространения ультразвука принимает минимальное значение, а коэффициент поглощения - максимальное .

Изменение давления в звуковой волне вблизи температуры просветления приводит к изменению характера флуктуации параметра порядка, которое по фазе отстаёт от звукового давления, что приводит к аномальному поглощению и дисперсии скорости звука.

В полностью разупорядоченной (изотропной) фазе Q = 0, а в полностью упорядоченной (твёрдый кристалл) - Q = 1. В частично упорядоченной фазе О Q 1. Параметр Q в регулярной области плавно зависит от температуры, но резко изменяется вблизи фазовых переходов.

Характерные особенности жидких кристаллов, связанные с анизотропией их физических свойств, проявляются в ориентированных магнитным полем образцах. Влияние магнитного поля на акустические свойства ориентационно упорядоченных фаз жидких кристаллов обусловлено спецификой их межмолекулярного взаимодействия. Изменение ориентированности вследствие анизотропии молекул и своеобразия их взаимодействия влияет на упругие и кинетические свойства жидких кристаллов, определяющие в свою очередь их акустические параметры.

Измерения скорости распространения ультразвука в жидкокристаллическом образце показали [14], что её величина в параллельном магнитном поле больше, чем в поперечном. Анизотропия скорости распространения ультразвука (Дс) рассчитывается по формуле: Дс-с11-сХ) где с11 и с1 - скорость распространения ультразвука соответственно при параллельной и нормальной взаимной ориентации вектора магнитной индукции и волнового вектора.

Исследование акустических свойств жидких кристаллов в переменных магнитных полях является эффективным методом изучения кинетических процессов, связанных с переориентацией директора, а также проверки применимости существующих представлений гидродинамики НЖК в условиях нестационарных изменений ориентационной структуры. Значительный интерес представляет, в частности, изучение поведения коэффициента поглощения ультразвука в различных режимах изменения ориентации и величины магнитного поля, например, в таких, как пульсирующий режим (при наложении и снятии магнитного поля). Так как время установления ориентационной структуры конечно, то распространение ультразвука в поли- и монодоменных образцах ЖК, подверженных воздействию пульсирующих магнитных полей сопровождается рядом характерных особенностей. Практически мгновенное наложение или снятие магнитного поля сопровождается замедленной реакцией различных свойств НЖК на внешнее воздействие. Действие магнитного поля на макроскопические объёмы НЖК приводит не к переориентации «монодоменного» образца, а к возникновению ориентационно-упорядоченной структуры, сопровождающемуся уменьшением радиуса корреляции флуктуации ориентации.

Блок-схема и аппаратура экспериментальной установки

Настоящая работа посвящена исследованиям поведения анизотропных акустических параметров нематического жидкого кристалла ЖК-1282 под влиянием внешних полей при изменяющихся Р, Т — параметрах и частоте ультразвука. Физическую основу метода составляют магнитоакустические явления в нематических жидких кристаллах при изменении термодинамических параметров в статическом и пульсирующем магнитных полях.

Для измерения анизотропии скорости ультразвука при фиксированном расстоянии наиболее эффективным является импульсный метод, основанный на сравнении времени прохождения акустического импульса в исследуемом образце с периодом колебаний прецизионного генератора [94, 95]. Блок-схема экспериментальной установки изображена нарис. 2.1

С выхода генератора 1 электрические колебания поступают на временной селектор 3, который формирует два прямоугольных импульса, сдвинутых друг относительно друга на время, равное периоду колебаний генератора 1. Полученная последовательность импульсов управляет работой идентичных генераторов, формирующих радиоимпульсы, длительность которых равна длительности управляющих видеоимпульсов, а частота заполнения — резонансной частоте пьезопреобразователей акустической камеры. Зондирующий радиоимпульс с генератора 4 поступает на излучающий пъезопреобразователь 5, расположенный в камере 6. Сама камера расположена в магнитном поле, ориентацию которого можно изменять. Акустический сигнал, прошедший через линии задержки и исследуемый образец, принимается пьезопреобразователем 7 и, после преобразования и усиления 8, поступает на первый вход двухлучевого осцилографа 9, на второй выход которого через аттенюатор 10 подаётся опорный сигнал с генератора 11. Поочерёдный запуск каналов позволяет одновременно наблюдать на экране осциллографа опорный сигнал и сигнал, прошедший через исследуемую среду.

Измерение анизотропии скорости распространения ультразвука в настоящей работе производилось импульсно-фазовым методом [96, 97], который основан на интерференции прошедшего через исследуемую среду импульсного высокочастотного сигнала с когерентным непрерывным радиосигналом.

Изменяя период колебаний генератора 1 (рис.2.1), добиваются совмещения фронтов опорного и прошедшего через исследуемую среду сигналов, и отмечают, по частотомеру 2, частоту coL. Затем, изменяя ориентацию магнита на 90 градусов, вновь добиваются совмещения фронтов сигналов и фиксируют частоту ео". Используя формулу (2.10), можно определить относительную скорость. После этого температуру изменяют и повторяют описанную выше процедуру.

Для исследования поведения анизотропии коэффициента поглощения ультразвука в пульсирующем магнитном поле применялся импульсный метод фиксированного расстояния, позволяющий надежно фиксировать зависимость амплитуды акустического сигнала от угла между векторами Вик [98].

Акустическая камера 13 неподвижно закреплена между полюсами электромагнита 11. Ось вращения платформы перпендикулярна волновому вектору к акустической волны в камере, так что вектор магнитной индукции В лежит в плоскости, перпендикулярной оси вращения. Из непрерывных колебаний высокочастотного генератора 1 (46-31) формируются импульсы, которые с помощью генератора радиоимпульсов 2 (ГРИ) поступают на излучающий пьезоэлемент 4, выполненный из цирконата титана свинца (ЦТС-19). После прохождения исследуемой среды акустический сигнал от излучающего пьезопреобразователя преобразуется приемным пьезопреобразователем 5 в радиоимпульсы, которые через аттенюатор З (МЗ-10-2) поступают на вход усилителя радиоимпульсов 8 (УРИ). С выхода усилителя сигнал поступает на вход осциллографа 6 (С 1-67) для визуального наблюдения и контроля, а также на вход аналогово-цифрового преобразователя 7 (В7-16А), который имеет двухстороннюю связь с компьютером 9. Для автоматического (управляемого компьютером) включения электромагнита 11 предназначен выключатель магнитного поля 10. Для контроля частоты непрерывных колебаний высокочастотного генератора 1 применяется электронный частотомер 12 (44-24). При реализации всех узлов экспериментальной установки были учтены требования, указанные в п. 2.1. Кроме этого, для обеспечения высокой разрешающей способности метода, электронная аппаратура должна обладать следующими качествами: - высокой стабильностью несущей частоты и амплитуды радиоимпульсов; - высокой стабильностью частоты следования радиоимпульсов; - диапазон линейности амплитудной характеристики детектора должен составлять 15 дБ при общем усилении 60 дБ и коэффициенте шума 2 дБ; - время установления выходных напряжений должно быть значительно меньше времени ориентационной релаксации; - возможностью автоматической регистрации быстропеременных процессов.

Устройство сопряжения персонального компьютера с цифровыми приборами выполнено на основе расширителя интерфейса персонального компьютера, с помощью которого происходит сбор и обработка информации о состоянии датчиков, управление механизмом и технологической системой в целом. Его основная задача: как ввести в компьютер и вывести из него все необходимые сигналы. Разработан специальный блок, принимающий сигналы датчиков и преобразующий их в сигналы дополнительного устройства и присоединенного непосредственно к системной шине. На основной плате компьютера установлен специальный слот, в который вставлена дополнительная плата, выполняющая функции, не предусмотренные исходной конфигурацией компьютера. Скорость обмена данными по системной шине - максимально возможная для данного компьютера и ограничивается в основном быстродействием его процессора. В настоящее время выпускается большой ассортимент дополнительных плат, вьшолняющих самые разнообразные функции, в том числе и расширяющих возможности связи компьютера с внешними устройствами.

Коэффициент поглощения ультразвука в нематической фазе жидких кристаллов при изменяющихся температуре и частоте ультразвука

Измерения абсолютных значений коэффициента поглощения ультразвука проводились в образцах ЖК, помещенных в магнитное поле, расположенное ортогонально по отношению к волновому вектору. В этом случае директор НЖК перпендикулярен направлению распространения ультразвука и коэффициент поглощения определяется выражением: Лесли соотношениями: v2=2a4, vA =2//,. Коэффициент поглощения ультразвука на низкой частоте вдали от температуры фазового перехода как в нематической, так и в изотропной фазах исследованных НЖК (рис. 3.2) имеет относительно малое значение. В низкотемпературной области нематического состояния (ДГ 30АГ) наблюдается слабая температурная зависимость ул При приближении к температуре фазового перехода Тс экспериментально установлено возрастание коэффициента поглощения ультразвука, причем со стороны изотропной фазы кривая поглощения идет более круто, чем со стороны нематической фазы (табл. 1П). Поглощение ультразвука в изотропной фазе вдали от фазового перехода слабо зависит от частоты ультразвука. Вблизи фазового перехода форма максимума сохраняется, но уменьшается с ростом частоты.

Возрастание частоты ультразвука (рис. 3.3) в исследованном интервале температур, особенно в нематической фазе, приводит к значительному уменьшению поглощения ультразвука. Параметр А представляет собой прирост поглощения, вызванный данным релаксационным процессом и является функцией температуры, а также зависит от степени ориентации НЖК. Параметр В включает в себя поглощение, которое обусловлено сдвиговой вязкостью, и вклады всех более высокочастотных релаксационных процессов. В зависимости от термодинамических параметров состояния коэффициенты А и В ведут себя аналогично поглощению, стремясь вблизи просветления к максимуму.

Исследование влияния температуры и давления на акустические параметры в неориентированных образцах ЖК позволяет, в определенной мере, установить величину вклада структурной релаксации в объемную вязкость и сравнить его с вкладом, обусловленным взаимодействием ультразвуковой волны с флуктуациями параметра порядка (механизм Ландау - Халатникова).

Величина дисперсии скорости ультразвука уменьшается с ростом температуры как в нематическои, так и в изотропной фазах, за исключением области нематико-изотропного фазового перехода, где є имеет локальный максимум. Наложение статического внешнего давления на образец ЖК приводит к существенному изменению скорости ультразвука (табл. 2П, табл. ЗП). Во-первых, с повышением давления скорость в изотропной и нематическои фазах увеличивается, а, во-вторых, положение минимума скорости смещается в область более высоких температур. По изотермам (рис.3.5) скорость ультразвука нелинейно возрастает с давлением, причем эта нелинейность в большей степени проявляется на низких давлениях, что, по-видимому, связано с большей рыхлостью ЖК при малых сжатиях. Такое поведение скорости не может быть объяснено загазованностью образцов, поскольку, во-первых, после снятия давления значение скорости не отличалось от первоначального, а, во-вторых, заполнение автоклава производилось под вакуумом и образцы перед этим тщательно дегазировались.

При увеличении давления барический коэффициент скорости v с/др1 монотонно уменьшается от 2,49-\0 9 Па 1 до 1,59-Ю-9 Па"1 в интервале давлений от 0,1 МПа до 120 МПа и слабо зависит от температуры. Температурный коэффициент скорости р ) уменьшается с ростом давления от -3,03-1 О 3 К до 1,51 -10 1 К"1 при изменении давления от 0,1 МПа до 120 МПа. Переход из изотропного состояния в жидкокристаллическое наблюдается при достижении давления Рс (рис. 3.5). Рост давления вызывает смещение фазовых переходов ИЖ-НЖК в область более высоких температур.

Однако при температурах, удаленных от Тс менее чем на 10 К, с ростом температуры наблюдается плавное увеличение параметра &0/ с последующим спадом до нуля в температурном интервале 0,1...3 К. При характерных значениях скорости ультразвука в ЖК порядка 1500 м/с изменение скорости Ас мало и на частоте 2 МГц составляет 0,01...2 м/с. Анизотропия скорости ультразвука является следствием анизотропии объемных модулей упругости, которых для центральносимметричной точечной группы сс/тт НЖК два: сгг =р(с„)2 и с33 =р(сх)2. Для температур, удаленных от Тс более чем на 10 К, анизотропия модулей упругости 6 практически не изменяется с температурой и составляет 1,1-10 . Обнаруженная температурно-частотная зависимость относительной анизотропии скорости ультразвука свидетельствует о существовании молекулярных механизмов, ответственных за релаксационную природу анизотропии скорости ультразвука (существующие гидродинамические теории НЖК не предсказывают существование анизотропии скорости ультразвука).

Релаксационный характер анизотропии акустических параметров жидких кристаллов

Обнаруженное экспериментально возрастание анизотропии поглощения ультразвука в нематической фазе в окрестности температур фазовых переходов Тс и Ts свидетельствует о существовании релаксационных механизмов, ответственных за анизотропию акустических свойств. Возможное наличие спектра времён релаксации затрудняет анализ частотной зависимости анизотропии поглощения ультразвука.

Присущее жидким кристаллам конечное время установления ориентационной структуры приводит к появлению характерных особенностей распространения ультразвука в поли- и монодоменных образцах ЖК, под воздействием пульсирующих магнитных полей. Ветцель и др. [30] показали, что при включении магнитного поля время установления равновесного значения коэффициента поглощения ультразвука обратно пропорционально квадрату индукции магнитного поля и практически не зависит от температуры.

В полидоменных образцах НЖК достаточно больших размеров (линейные размеры которых не менее чем на порядок превышают радиус корреляции флуктуации директора) распределение директора можно считать изотропным Q = 0 в отсутствии поля. При включении магнитного поля возникает ориентационно упорядоченная структура с меньшим радиусом корреляции флуктуации директора. За исключением тонких слоев (порядка 300 нм) вблизи поверхности стенок контейнера, содержащего НЖК, ориентация образца определяется направлением магнитного поля. При этом гидродинамические уравнения справедливы для микрообластей НЖК, составляющих в данный момент образец больших размеров [14].

Экспериментальные результаты исследований в пульсирующих магнитных полях, как правило, качественно согласуются с теорией, хотя удовлетворительное количественное соответствие у разных авторов отсутствует. Результаты исследований, изложенные в п. 3.6 показывают, что время установления равновесного значения коэффициента поглощения ультразвука существенным образом зависит от температуры, давления и величины магнитного поля. Временные зависимости относительного изменения коэффициента поглощения ультразвука Аап")/ т (где Лаг//(0 = я;/(0-а0), снятые при различных значениях индукции магнитного поля в ЖК-1282 на частоте 6 МГц показывают, что увеличение индукции магнитного поля приводит к уменьшению времени установления равновесного значения коэффициента поглощения ультразвука. Из экспериментальных временных зависимостей относительного изменения коэффициента поглощения ультразвука Аап у т снятых для различных значений температуры видно, что при постоянной индукции магнитного поля с ростом температуры время установления равновесного коэффициента поглощения ультразвука уменьшается. Приведённые временные зависимости изменения коэффициента поглощения ультразвука сохраняют свой вид и для других (произвольных) случаев взаимной ориентации волнового вектора и вектора магнитной индукции [44]. Однако абсолютные изменения коэффициента поглощения ультразвука в этих случаях меньше, и, поэтому, основной объём информации получен при параллельной ориентации индукции магнитного поля и волнового вектора.

Временные изменения коэффициента поглощения ультразвука после включения магнитного поля имеют вид, характерный для релаксационных процессов и для их количественного анализа можно воспользоваться выражением (4.12), которое позволяет оценить время релаксации г\ коэффициента поглощения ультразвука в пульсирующем магнитном поле. Однако данное выражение можно использовать лишь при небольших полях. При достаточно больших значениях магнитного поля необходимо учитывать ряд особенностей. Полученное в работе [33] выражение, связывающее изменение коэффициента поглощения ультразвука с ориентацией директора (4.10), предполагает мгновенное включение магнитного поля.

Похожие диссертации на Исследование ориентационных свойств жидких кристаллов в переменных магнитных полях акустическим методом