Электромагнитные поля в биосфере. Том 1 - Красногорская Н.
Скачать (прямая ссылка):
По признакам общей симметрии ЖК можно разбить на три категории: смектические, нематические и холестерические. Смектическим ЖК свойственно слоистое строение, но упаковка молекул в слоях может быть различной. В настоящее время выявлено несколько смектических модификаций: A,B,C,D,E и т.д. В нематических ЖК слоистости нет, но удлиненные оси молекул ориентированы в одном направлении. Холестерическая структура на молекулярном уровне очень похожа на нематическую, однако вся структура дополнительно закручена в направлении, перпендикулярном длинным ссям молекул.
Структура ЖК весьма лабильна, подвижна. Она легко изменяется под воздействием внешних факторов ( температуры, электрического и магнитного полей, излучения, ультразвука, механических воздействий и т.д. ). Это в свою очередь приводит к изменению макроскопических ( оптических, электрических, магнитных и т.д. ) свойств ЖК. Таким образом, создается возможность управления свойствами ЖК сравнительно слабыми внешними воздействиями, а также возможность регистрации этих воздействий.
Рассмотрим более подробно свойства ЖК.
Магнитные свойства ЖК
Органические молекулы ( ЖК в основном органического происхождения ) диамагнитны. В постоянном МП в них возникает магнитный момент, направленный противоположно Н. В результате длинные оси молекул ориентируются в направлении наибольшей восприимчивости ( наименьшего диамагнетизма ) и располагаются вдоль поля_Н. Однако энергия взаимодействия индивидуальной молекулы с полем Н мала. Она составляет около 5*10”*® Дк ( при В=1 Тл ), что в 10®. раз меньше, чем тепловая энергия КТ, и поэтому ориентация молекул была бы раз-
Рис. 75. Зависимости диэлектрических постоянных П -аэоксиа-ниэола от температуры4/, ? jl -диэлектрические постоянные жидкого кристалла
рушека тепловым движением.Поскольку Ж все же легко ориентируется при В=1 Тл,то МП взаимодействует с ансамблем молекул,которые поворачиваются и ориентируются при наложении поля одновременно.
Используя достаточно сильные МП, можно получить хорошо ориентированный в направлении Н тонкослойный монокристалли-ческий нематический ПК.
Смектические ЖК не ориентируются под действием МП до 3 Тл вследствие их большой вязкости. Однако ориентировать смектический КК можно, охлаждая изотропный расплав в Ш. Длинные оси молекул ориентируются параллельно полю, т.е. так же, как и в случае нематического ЖК. Если поле затем выключить, то в отличие от нематического ЖК ориентация сохраняется.
Своеобразно действие МП на холестерические ЖК. Если МП прикладывается в направлении, перпендикулярном винтовой оси плоскостной гранжановой текстуры, то молекулы стремятся расположиться параллельно полю. По мере роста МП шаг спиральной структуры будет расти. Наконец, при некотором критическом значении Н все молекулы ориентируются в одном направлении и образуется нематическая структура.
Электрические свойства Ж
Жидкие кристаллы диэлектрически анизотропны. Различают вещества с положительной и отрицательной диэлектрической анизотропией. Вещества, у которых дипольный момент направлен вдоль длинной оси молекулы или составляет с нею малый угол, диэлектрически положительны: диэлектрическая проницаемость вдоль оптической оЪи больше, чем в перпендикулярном направлении^, и анизотропия д€.жё„-?л>О . Вещества, у которых л?*йи-Ех ^ 0, называются диэлектрически '
отрицательными. Зависимость диэлектрической анизотропии от температуры для n-азоксианизола (л?* 0) показана на рис. 75, из которого следует, что величина диэлектрической анизотропии убывает с ростом температуры нематической фазы, что связано с уменьшением порядка в расположении молекул.
Рис. 76. Домены,
возникающие в жидком кристалле под воздействием электрического поля
о
Z
Поведение нематических ЖК в ЭП зависит от многих факторов: знака диэлектрической анизотропии, первоначальной ориентации образца, наличия ионов примеси и др. Для исследования полевых эффектов слой ЖК помещается между плоскими стеклами, на поверхность которых нанесены прозрачные электроды иэ 0^ или Jt\Oz. Характер воздействия поля Е на жидкокристаллический образец в общем сводится к следующим эффектам: I) однородному изменению направления оптической оси (эффект деформации слоя), 2) возникновению доменной структуры,
3) динамическому рассеянию света. Разберем некоторые наиболее изученные эффекты, возникающие в тонких слоях нематического вещества в ЭП.
Рассмотрим поведенце однородно ориентированного слоя толщиной 15-30 мкм. Пусть ЖК обладает отрицательной диэлектрической анизотропией. Примером может служить Л'-азсксианизол, у которого дипольный момент/* = 8,27* 10“*^ Кл-м и образует угол 57,5° с длинной осью молекулы. Если длинные молекулярные оси параллельны оси ОХ ячейки, а поле Е направлено по оси 02., то при достижении порогового напряжения У(-'5*7 В в поле зрения микроскопа возникает картина, видимая как в простом, так и в поляризованном свете (рис, 76). Длинные оси доменов направлены поперек оси ОХ и параллельны оси 0Y (поперечные домены). Вследствие тсгс что подвижность ионсв в направлении длинных осей молекул больше ,Ш обладает анизотропией электропроводности (S',, >61). Поэтому в слое КК возникают пространственные заряды. В постоянных электрических полях пространственные заряды пополняются за счет инжекции электронов с катода. Движущиеся ионы вызывают поворот молекул и течение вещества. Это в сочетании с ориентирующим действием поля Е на молекулы вызывает электрогидродинамическую нестабильность { ЭГДН ). Возникают вихревые трубки, в которых течение переориентирует молекулы. Образуется система цилиндрических линз,которая фокусирует световые пучки и дает правильную параллельную оси ОУ систему фокальных линий.
