Введение к работе
Актуальность проблеагы.
ИсследоЕшше дпссштатпвных свойств жидких кристаллов (ЖК) п их растворов в области существования мезофазы представляет шгге-рес как в научном, так п в прикладном аспектах. Однако, если молекулярно - кинетические, термодинамические, гидродинамические и другие физические свойства многих ЖК достаточно полно изучены, то исследований, посвященных растворам ЖК, крайне мало. Такое положение представляется неоправданным, поскольку растворы ЖК в немезогеп-ных соединениях уже в настоящее время достаточно широко используются з производственной и исследовательской практике: в качестве смесей для элекгрооптических устройств, в ЯМР и ЭПР спектроскошш, а также в оптической спектроскопии и газо - жидкостной хроматографии, для получения полимерных материалов.
Растворы ЖК в немезогепах при определенных концентрациях растворителя образуют мезофазу, характерной особенностью которой является значительно большее разнообразие типов мелсмолекулярпьи взаимодействий по сравненшо с составляющими этих растворов.
Изменение концентрации растворителя или самого НЖК приводит к изменению физпческпх свойств раствора, что позволяет получить новые композиции, свойства которых зависят от молекулярной природы компонентов. Для осуществления целенаправленного синтеза новых жидко кристаллических соединений с задаїгаьши вязко - упругими и оптическими свойствами необходима информация о теплофгоиче-скпх и релаксационных свойствах соединений. Поэтому актуальной задачей молекулярной физики и теплофизики растворов НЖК является изучение орпентационных явлений, процессов молекулярной перестройки, причин возникновения никронеодаородпосгей, а также определение кинетических параметров явлении переноса.
Изучение реакции НЖК и их растворов в немезогенном растворителе на наложение пля снятие внешнего магнитного поля прп изменяющейся хтдукнлп позволяет получить ннформагопо о зависимости релаксационных свойств от Р,Т - термодинамических параметров состояния.
Акустическпії метод исследований дает возхможность изучить образцы, линейные размеры которых значительно превосходят магнитную длину когерентности. Это позволяет изучать объемные свойства мезофазы без искажения орпентатгошой структуры, вызываемых ограннчи-вающпми поверхностями. Другим привлекательным свойством акустического метода является способность к широкому варьированию параметром 0- (со - частота ультразвука, тя - время релаксации га -ого процесса), что позволяет проводить анализ в рамках теоретических представлений, справедливых для конкретной величины о-Ти, в том
4 числе в области спектральных характеристик высокочастотных молекулярных процессов.
Таким образом, экспериментальное изучение влияния давлення и температуры на анизотропные акустические параметры растворов неаа-тпческих жидких кристаллов в немезогенных растворителях в переменной магнитном поле может способствовать развитию теоретических и прикладных исследовании данного класса конденсированных сред.
Цель работы: экспериментальное исследование акустическим методом релаксационных и динамических свойств растворов НЖК в пульсирующем магнитном поле, установление степени влияния Р,Т - термодинамических параметров состояния и магнитной индукции на динамику молекулярных процессов и сопоставление полученных данных с данными для моводоменных образцов во вращающемся поле. Реализация этой задачи включает:
- разработка средств регистрации и обработки информации для опреде-
ления временных зависимостей коэффициента поглощения ультразвука при наложении и сштип магнитного поля;
- изучение влияния давления, температуры, индукции магнитного поля,
угла между волновым вектором и вектором магнитной пндукщш п концентрации растворителя на характер временных зависимостей анизотропии коэффициента поглощения ультразвука при наложении и снятии магнитного поля;
- установление закономерностей в поведении релаксационных свойств
НЖК н их растворов с немезогеном в ігульснрующем магнитном поле при шменяющпхея термодинамических параметрах состояния и проверка выполнимости этих закономерностей во вращающемся магнитном поле;
- проведение теоретического анализа экспериментальных данных на
' основе существующих континуальных и молекулярно - статистических
теорий жидкокристаллического состояния вещества.
Научная новизна. Усовершенствование методики проведення эксперимента по пзучешпо анизотропии коэффициента поглощения ультразвука избранных объектов в пульсирующем магнитном поле при изменяющихся Р,Т - термодинамических параметрах состояния и индукции магшгшого поля (автоматизация и компьютеризация измерения). Акустическим методом исследовано влияние температуры, давления, ішдукщгн пульсирующего магнитного поля и концентрации растворителя на динамику ориентацпонных процессов в растворах НЖК с немезогенным растворителем и определены времена релаксации ориентированной структуры при наложении и снятии магнитного поля.
5 Впервые исследованы временные зависимости анизотропии коэффициента поглощения ультразвука ' в растворах НЖК (эвтектической смесп МББА и ЭББА) с бензолом па частоте ультразвука 6.5 МГц в диапазоне давлений до ПО МПа, температур от 292 К до 343 К, велпчпны пульсирующего маппггаого поля до 0.1 Тл при і:сп-центрацпп растворителя 0.0 и 33 кг/м*. Ведпчгша зазора между ограничивающими поверхностями составляла 11 мм. Из совокупностп обнаруженных процессов выделен релаксационннн процесс, связанный с изменением орпеитацпонной стрзтауры, обусловленной ограничивающими поверхностями. Проведена оценка времени релаксации.
Впервые ОиіІЗРУЯіСІІЬП
'- увеличение времени релаксации коэффициента поглощения ультразвука с увеличением давления л уменьшением температуры, индук-щш' магнитного поля или концентрация растворителя в пут-ся-рующем магнитном поле;
- экспоненциальный характер для зависимости времен орпентацнонлой
релаксации от температуры но изобарам с энергией активаїдіп, практически не зависящей от температуры п увеличивающейся с ростом давления в исследованном диапазоне Р,Т - термодгшхчцче-ских параметров состояния для растворов Н8 в бензоле;
- возрастание энергии активации при увеличении концентрации н?ме-
зогена; '
- качественное согласне произведения времени орпентационноіі релак-
езшга на квадрат ппдукщш в пульсирующем н вращающемся магнитных полях;
- линейность зависимости времени разорпентаций от температуры и
давлення для растворов Н8 в бензоле.
- в магнитных полях с индукцией, меньшей ипдукцпп насыщения, су-
ществование двух времен релаксации, связанных с ориентацией директора мапттным полем п отлпчаюнгдхся в 5 -10 раз.
На основе полученных экспериментальных данных выполнен
критический анализ ряда выводов підродднампческих п молекулярно -
статистических теорий. * ' '
Практическая ценность. Усовершенствована методика пзмереїшя временных зависимостей анизотропии коэффициента поглощения ультразвука НЖК в пульсирующем мапшгпом поле в заданном интервале температур, давлений н шиукшш магнитного поля. Результаты экспериментальных исследований позволяют выполплть анализ п осуществить проверку ряда положений гидродинамических н молекулярно -статистических теорий. Полученный количественный п качественный материал может являться основой рекомендаций к практическому не-
пользованию растворов ЖК в качестве рабочіа тел различных устройств электро- и акусгооптики. Автор защищает:
- результаты методических и конструкторских разработок, позволяющих
изучить динамику орнентационных процессов в пульсирующем магнитном поле в растворах НЖК б немезогенноы растворителе при изменяющихся Р,Т - термодинамических параметрах состояния и величине магнитного поля;
- обнаруженные экспериментальные временные зависимости анизотро
пии коэффициента поглощения ультразвука от давления, температуры,
индукции магнитного поля и концентрации неыезогеняого компонен
та;
- результаты анализа экспериментальных данных, выполненных в рамках
гидродинамических и молекулярно - статистических теорий жидкокристаллического состояния вещества.
Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались па научных конференциях преподавателей и аспирантов МГЛУ, г. Москва, 1996, 1997, 1998 г.; Всероссийской научной конференции "Современные методы подготовки специалистов и совершенствование систем и средств наземного обеспечения авиации", г. Воронеж, 26 - 28 мая 1997 п 17оЭ международной конференции по жидким кристаллам, г. Страсбург, 19-24 июля 1998г.
Объем работы. Диссертация содержит 122 страниц машинописного текста; 27 таблиц, 58 рисунков, библиографию из 98 наименований. Диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов, списка литературы п приложения, включающего 33 таблиц.
Похожие диссертации на Влияние давления на ориентационную релаксацию растворов жидких кристаллов немезогенным растворителем в пульсирующем магнитном поле
