Введение к работе
Актуальность работы. Одним из наиболее перспективных новых материалов, широко используемых в различных областях науки и техники, являются анизотропные органические среды - системы, образованные анизометричными молекулами и характеризующиеся той или иной степенью ориентационного и трансляционного упорядочения. Наряду с органическими молекулярными кристаллами, моно- и мультимолекулярными слоями Лэнгмюра-Блоджетт, ориентированными полимерными пленками наиболее известным примером таких систем являются жидкие кристаллы.
Жидкокристаллические смеси, используемые на практике,представляют собой мезоморфные растворы, образованные мезогенными и немезогенными компонентами различной химической структуры. Во многих случаях эти растворы близки к идеальным, и их физические и физико-химические свойства с достаточной для практики точностью могут в первом приближении рассматриваться как аддитивные. В то же время в ряде жидкокристаллических систем вследствие взаимодействия разнородных компонентов возможно появление аномалий тех или иных физических свойств, которые могут оказывать как отрицательное,так и положительное влияние на эксплуатационные характеристики разрабатываемых жидкокристаллических материалов. Природа соответствующих межмолекулярных взаимодействий изучена слабо. Так, до настоящего времени отсутствует общепринятая интерпретация механизма возникновения индуцированной смектики или возникновения избыточного спирального закручивания в нематико-холестерических смесях. Остается неясным также вопрос о том, насколько сильно различаются особенности взаимодействия анизометричных молекул в мезофазе и в других типах анизотропных органических сред.
Цель работы - исследование термодинамических и спектроскопических проявлений особенностей межмолекулярных взаимодействий в анизотропных органических средах, ответственных за качественные аномалии свойств в жидкокристаллических системах с разнородными компонентами.
Решение этой задачи осуществлялось в следующих основных направлениях:
изучение особенностей межмолекулярных взаимодействий в системах с индуцированной смектической мезофазой;
исследование нематико-холестерических смесей;
исследование смешанных лэнгмюровских монослоев, содержащих мезогенные молекулы.
Научная новизна полученных результатов состоит в следующем I.Впервые установлена возможность индуцирования смектической фазы при введении немезогенных алифатических кислот в немати-ческую мезофаэу цианобифенилов.
2.Выявлена возможность индуцирования смектических мезофаз в ряде нематико-холестерических смесей и установлена природа межмолекулярного взаимодействия в этих системах. 3.Впервые проведен сопоставительный анализ поведения смесей на основе типичных мезогенов в мезофазе и лэнгмюровском слое. 4.Впервые проведены исследовния межмолекулярных взаимодействий в мезофазе с использованием метода квазибинарных систем в смектическом растворителе.
5.Впервые проведены сравнительные исследования жидкокристаллических смесей с использованием ИК-спектроскопии (в растворах и различных фазовых состояниях), электронной спектроскопии и спектроскопии селективного отражения.
-5-Основные положения, защищаемые в работе. I.Определяющую роль при индуцировании смектической меэофаэы в нематико - холестерических системах играют диполь - дипольные взаимодействия с учетом анизометрии конформаций молекул нема-тического компонента.
2.Характер межмолекулярного взаимодействия в лэнгмюровском монослое и трансляционно упорядоченной мезофазе аналогичен и определяется особенностями анизометричной упаковки взаимодействующих молекул.
3.Специфические межмолекулярные взаимодействия, проявляющиеся в аномалиях макроскопических свойств в системах азометин -цианобифенил, азобензол - цианобифенил, азометин - карбоновая кислота приводят к образованию комплексов с переносом заряда между молекулами азометина или азобензола, с одной стороны ,и мономерами кислоты или цианобифенила, с другой. 4.Аналогичные по своим макроскопическим проявлениям эффекты повышения термостабильности смектики могут быть обусловлены межмолекулярными взаимодействиями различной природы, в частности, образованием линейных донорно-акцепторных комплексов (цианобифенил-амин) или чисто геометрическими эффектами упаковки (цианобифенил-карбоновая кислота).
5.Количественная оценка спирального закручивания может быть дана путем минимизации энергии взаимодействия хиральных молекул, определяемой с помощью модифицированного метода атом-- атомных потенциалов.
Практическая значимость проведенных исследований заключается в том, что полученные результаты непосредственно могут быть использованы для целенаправленного получения жидкокристаллических систем с определенными характеристиками, связан-
ными с повышением и снижением термостабильности мезофаз, подавлением или же индуцированием смектики и т.д.для реализации соответствующих электро- и термооптических эффектов, разработать рекомендации для получения новых материалов на основе анизотропных органических сред.
Апробация работы. Результаты диссертации докладывались и обсуждались на II Всесоюзном семинаре "Оптика жидких кристаллов" (Красноярск, 1990), VIII Всесоюзном симпозиуме по межмолекулярному взаимодействию и конформациям молекул (Новосибирск, 1990), X Школе-семинаре "Спектроскопия молекул и кристаллов" (Ахтырка, 1991), Европейской конференции по жидким кристаллам (Курмайер, Италия, 1991).Европейской летней конференции по жидким кристаллам (Вильнюс, 1991), V Международной конференции по пленкам Лэнгмюра-Блоджетт (Париж,1991).
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, VI глав.выводов,списка литературы из 162 наименований. Объем диссертации 190 страниц, включая 74 рисунка, 3 таблицы.