Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Теоретическое и экспериментальное изучение неустойчивостей в нематических жидких кристаллах (Обзор литературы) 10
1.1. Основные уравнения нематодинамики 12
1.2. Структурно-ориентационные переходы под действием стационарных потоков 16
1.3. Структурно-ориентационные переходы под действием осциллирующих потоков 25
1.4. Постановка задачи, выбор объектов и методов исследования 35
Глава 2. Экспериментальная установка и методика проведения эксперимента 37
2.1. Описание экспериментальной установки 37
2.1.1. Оптическая система 37
2.1.2. Система подачи давления 43
2.1.3. Электрическая система 48
2.1.4. Система регистрации и обработки данных 48
2.2. Технология изготовления и конструкция жидкокристаллической ячейки 49
2.3. Особенности эксперимента, связанные с использованием МВБ А.. 58
2.4. Оценка погрешности определения разности фаз 5 между обыкновенным и необыкновенным лучами 59
Глава 3. Линейные и нелинейные изменения ориентационной структуры НЖК в затухающем потоке Пуазейля 60
3.1. Затухающее пуазейлевское течение нематического жидкого кристалла в капилляре клиновидного сечения 60
3.2. Движение директора в плоскости потока 67
3.3. Применение затухающего потока для измерения анизотропных коэффициентов сдвиговых вязкостен 79
3.4. Влияние затухающего потока на структуру электрогидродинамической неустойчивости 82
3.5. Движение директора вне плоскости потока 85
3.6. Затухающий поток. Явления далекие от равновесия 91
Глава 4. Линейные и нелинейные изменения ориентационной структуры НЖК в осциллирующем потоке Пуазейля 95
4.1. Движение директора в плоскости потока 95
4.2. Движение директора вне плоскости потока 104
4.3. Вторичная цилиндрическая неустойчивость, индуцированная осциллирующим потоком Пуазейля 115
Основные результаты и выводы 121
Литература
- Структурно-ориентационные переходы под действием стационарных потоков
- Технология изготовления и конструкция жидкокристаллической ячейки
- Движение директора в плоскости потока
- Движение директора вне плоскости потока
Введение к работе
Ориентационные эффекты, вызываемые сдвиговыми течениями в нематических жидких кристаллах (НЖК), на протяжении многих лет привлекают повышенный интерес, как теоретиков, так и экспериментаторов, занимающихся исследованиями данного класса конденсированных сред. Взаимодействие трансляционных и ориентационных движений молекул является одним из наиболее фундаментальных свойств, отличающих жидкие кристаллы от изотропных жидкостей. На гидродинамическом уровне описания анизотропных жидкостей это взаимодействие отражено в соответствующих нелинейных уравнениях, связывающих градиенты скорости в сдвиговых течениях с изменениями направления единичного вектора локальной оптической оси (директора). Указанная связь приводит к реализации целого спектра физических явлений, начиная от зависимости эффективной вязкости от скорости сдвигового течения (неньютоновское поведение) и заканчивая образованием сложных динамических структур в потоках жидких кристаллов.
В последние годы выполнен ряд новых теоретических исследований динамического поведения НЖК, ориентированных сдвиговыми течениями, с использованием методов компьютерного моделирования, что позволяет провести сравнение теории с экспериментом не только на качественном, но и на количественном уровне. В этой связи представляют несомненный интерес экспериментальные исследования индуцированных сдвиговыми течениями изменений ориентационной структуры в слоях НЖК, включая изучение гидродинамических неустойчивостей, которые могут быть реализованы при специфических граничных условиях и соответствующем выборе параметров эксперимента.
Выполненные к настоящему времени исследования позволяют сделать вывод о том, что результат воздействия сдвигового течения на ориентацию НЖК зависит в первую очередь от способа создания потока и исходных граничных условий.
При планарнои граничной ориентации, перпендикулярной плоскости потока (в плоскости потока лежат вектор скорости и градиент скорости), воздействие потока на ориентационную структуру носит пороговый характер. Оно проявляется в пространственно однородных и пространственно периодических изменениях поля ориентации, при пороговых амплитудах, соответствующих реализации однородной и цилиндрической неустойчивостей. Этот тип граничных условий является наиболее простым для теоретического рассмотрения, так как базовому линейному состоянию системы соответствуют простые профили скорости и пространственно однородная ориентация директора. При этом получено удовлетворительное согласие между теорией и экспериментом, как в случае течения простого сдвига, так и для течения ПуазеЙля и объяснены зависимости пороговых амплитуд от параметров эксперимента (частоты возбуждения, напряженностей электрических и магнитных полей).
Задача существенно усложняется для гомеотропной исходной ориентации, так как в этом случае базовое состояние директора зависит от пространственной координаты 2, что должно учитываться при анализе вопросов неустойчивости, соответствующего линейного решения системы гидродинамических уравнений. В частности, для стационарного и осциллирующего течения простого сдвига реализуется лишь пространственно периодическая неустойчивость.
В случае течения ПуазеЙля при гомеотропных граничных условиях задача становится наиболее сложной, так как базовому состоянию системы соответствуют зависящие от координаты z значения угла отклонения директора и градиента скорости. Выполненные недавно теоретические расчеты показывают, что для этого случая возможна реализация однородной неустойчивости, связанной с выходом директора из плоскости потока. Экспериментально этот факт был подтвержден лишь в одной работе на примере осциллирующего потока ПуазеЙля при частотах возмущения выше 5 Гц (существенно превышающих собственные частоты релаксации директора), что
явно недостаточно для детальной проверки выводов теории. Остальные экспериментальные исследования для данного случая ограничивались областью линейных деформаций, которая также изучена недостаточно полно.
Целью работы является экспериментальное исследование линейных деформаций ориентационной структуры, однородных неустойчивостей и пространственно-периодических структур в гомеотропном слое нематического жидкого кристалла, возникающих под действием потоков Пуазейля (низкочастотного осциллирующего и затухающего1) в прямоугольном капилляре клинообразного сечения, а также изучение влияния внешних электрических полей на рассматриваемые явления.
Научная новизна полученных результатов состоит в следующем:
Изучено допороговое ориентационное поведение гомеотропного слоя НЖК с отрицательной анизотропией диэлектрической проницаемости под действием низкочастотного осциллирующего и затухающего потоков Пуазейля. Экспериментально подтверждены следствия решений гидродинамических уравнений, в частности, характер зависимости оптического отклика жидкого кристалла от амплитуды и частоты градиента давления и напряженности электрического поля.
Экспериментально исследовано динамическое поведение гомеотропного слоя НЖК в условиях далеких от равновесия. Определены пороги возникновения однородной неустойчивости, связанной с выходом из плоскости потока. Впервые обнаружено образование вторичной пространственно-периодичной неустойчивости. Установлено влияние электрического поля на образование пространственных структур в нестационарном потоке Пуазейля,
1 Под термином "затухающий поток" понимается поток, вызванный гидростатической разностью давлений ЖК в коленах сообщающихся сосудов, соединенных через капилляр -ЖК ячейку.
Научное и практическое значение работы:
Разработана методика и создана экспериментальная установка для исследования нестационарных потоков жидких кристаллов при дополнительном воздействии электрического ПОЛЯ.
Изучение режима малых отклонений директора в затухающем потоке Пуазейля позволило разработать и экспериментально опробовать новый оптический метод измерения анизотропных коэффициентов сдвиговой вязкости без использования ориентирующего действия магнитных полей. Полученные результаты дают основание для дальнейшей работы по созданию и оптимизации лабораторных установок по измерению сдвиговых коэффициентов вязкости, необходимых в практике химических лабораторий, занимающихся созданием новых ЖК.
Зависимости пороговых параметров потока от толщины слоя ЖК и электрического напряжения, соответствующие возникновению однородной неустойчивости (выход директора из плоскости потока) в осциллирующем потоке Пуазейля, качественно и количественно подтверждают выводы теории.
Данные по порогам возникновения однородной неустойчивости могут быть использованы при определении амплитудно-частотных диапазонов работы жидкокристаллических сенсоров механических возмущений.
Обнаружено новое явление - пространственно периодическая неустойчивость, развившаяся на фоне однородной неустойчивости (выход директора из плоскости потока). Таким образом, впервые в ходе одного эксперимента на одном образце получен ряд ориентационных переходов, вызванных осциллирующим потоком Пуазейля. Существование вторичной неустойчивости позволяет планировать дальнейшие теоретические работы в области нелинейной теории структурообразования.
Автор защищает:
Методические разработки;
Результаты исследования линейного оптического отклика НЖК слоя под действием потоков Пуазейля (низкочастотного осциллирующего и затухающего) и дополнительном воздействии внешних электрических полей;
Экспериментальные пороговые характеристики потоков и толщины слоя НЖК, соответствующие возникновению однородной неустойчивости;
Существование и пороги возникновения пространственно периодической структуры в осциллирующем потоке Пуазейля, развивающейся на фоне однородной неустойчивости;
Выводы из экспериментальных исследований.
Публикации и апробация работы. Основные результаты опубликованы в 15 работах и докладывались на Международных конференциях по жидким кристаллам (Эдинбург, Шотландия, 2002, Любляна, Словения, 2004), Европейской конференции по жидким кристаллам (Яка, Испания, 2003), V Международной конференции "Лиотропные жидкие кристаллы" (Иваново, 2003), Международной конференции "Сенсоры и системы" (СПб, 2002), 22-ой конференции SID (Ницца, Франция,2002), Всероссийской конференция "Фагран-2002" (Воронеж, 2002), на симпозиуме по релаксационным явлениям (Дармштадт, Германия, 2002), Московском семинаре по жидким кристаллам "СВЯТКИ^ООІ", 7-ой Международная конференция "Радиолокация, навигация и связь" (Воронеж, 2001), X Международном симпозиуме "Перспективные дисплейные технологии", (Минск, Беларусь, 2001), IV Международном симпозиуме "Приборостроение" (Сочи, 2001), III научно-технической конференции молодых ученых МГАПИ (Москва, 2000).
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы, 10 приложений. Объем диссертационной
работы составляет 98 страниц машинописного текста и включает 59 иллюстраций, 2 таблицы, список литературы из 116 наименований.
Благодарности. Автор выражает благодарность СВ. Пасечнику за инициирование работы и помощь в ее выполнении; А.П.Крехову и И.Ш Насибуллаеву за плодотворное обсуждение результатов и предоставление результатов численного моделирования пороговых параметров потоков для затухающего потока и осциллирующего потока, соответственно; В.А Цветкову за поддержку и уроки по технологии изготовления образцов.
Исследования, представленные в диссертационной работе, поддерживались грантом DAAD (325 А/03/01330).
Структурно-ориентационные переходы под действием стационарных потоков
Таким образом, порог однородной неустойчивости при ориентации директора перпендикулярно плоскости потока для потоков Куэтта и Пуазейля уменьшается с увеличением толщины слоя ЖК (в противоположность этому критическое напряжение перехода Фредерикса не зависит от d).
В квазистационарном сдвиговом потоке при достаточно больших стабилизирующих магнитных полях однородная неустойчивость не наблюдалась, но имела место пространственно периодическая неустойчивость -система ролов с направлением длинной оси, параллельным скорости течения, и периодом, близким к толщине слоя ЖК [56]. Порог образования периодической структуры был получен с помощью в одно-константного приближения в методе Галеркина в виде: где g - параметр, зависящий от коэффициентов Лесли и равный 3..3,5, a kt -компоненты волнового вектора. Из (1.18) следует, что при увеличении напряженности магнитного поля отношение порогов образования пространственно-периодической неустойчивости srou и однородной неустойчивости sgom уменьшается - развитие пространственно-периодической неустойчивости становится предпочтительнее. Используя численное моделирование Дебуа-Виолет и Манневиль [39] рассмотрели механизм возникновения периодической неустойчивости и получили хорошее качественное согласие с данными эксперимента [56].
В квазистационарном потоке Пуазейля при частоте инверсии знака градиента давления У=0,5-10"3 Гц наблюдалась [18] пространственно-периодическая система ролов (см. рисунок 1.3), параллельных потоку, с периодом равным 2-3 толщинам слоя. Однако в следующей работе тех же авторов [23] периодическая неустойчивость обнаруживалась начиная с частоты 0,15 Гц в осциллирующем потоке. Первые экспериментальные работы по исследованию ориентации директора в стационарном сдвиговом потоке при гомеотропной граничной ориентации директора выполнили Фишер и Валь [70,71] и Гевиллер [16].
Для неориентируемых потоком ЖК при гомеотропной ориентации были проведены экспериментальные исследования в [9, 76] и теоретическое рассмотрение в [74-75]. Особенностью экспериментальных работ был способ создания сдвигового потока между поверхностями соосных цилиндров, а не между параллельными плоскостями, как обычно. В [9] при критической скорости сдвига Sc наблюдался «скачек» (tumble) директора к новому состоянию в плоскости потока. При скорости сдвига выше Sc наблюдалось стабильное стационарное состояние, при s SE sc наблюдался ячеистый поток (cellular flow). Однако данные результаты находятся в противоречии с работой [58], в которой не было обнаружено устойчивое состояние директора в плоскости потока, но при больших скоростях сдвига порядка 1 с" наблюдался выход из плоскости потока; при дальнейшем увеличении скорости сдвига авторы наблюдали возникновение вторичной неустойчивости - образование структуры ролов, с осями, параллельными скорости потока. Для ориентируемых потоком ЖК в стационарном потоке Куэтта экспериментальные данные отсутствуют.
Для ориентируемых потоком ЖК при гомеотропной ориентации было обнаружено явление выхода директора из плоскости потока для радиального течения Пуазейля. Первые экспериментальные результаты получили Хилтроп и Фишер [20]. Они рассматривали слой НЖК между двумя круглыми пластинками, течение в котором создавалось за счет подачи давления от центра пластин к периферии. С возрастанием разности давления было обнаружено три типа ориентационной структуры: при малых и больших давлениях директор находился в плоскости потока, а при средних - имела место закрученная структура, т.е. выход директора из плоскости потока. Теоретически такая неустойчивость рассматривалась Лесли и Зунига в [73]. Авторами было рассчитано критическое значение безразмерного градиента давления А: A = — G l/ ? (1.19) 8АГП соответствующее данной неустойчивости. Для В-моды (bow mode: Щ±й/2)=л/2; 9(0)= л/2 (начало системы координате центре слоя)) и параметров МББАЛе=20, а максимальный угол отклонения вс от исходной граничной ориентации 42)..Для Р-моды (peak mode): 9(±3/2)=л/2; 6(0)=0) директор поворачивается монотонно от л/2 до -л/2. Это решение устойчиво, и выхода из плоскости не происходит.
В стационарном сдвиговом потоке при планарной граничной ориентации директора, параллельной плоскости потока теоретический анализ устойчивости проводился в работах Пикина [105, 104]. Из них следует, что ориентация директора под углом 9/}ow к направлению скорости в плоскости потока является устойчивой для любых скоростей сдвига, если аз/аг 0, и теряет устойчивость при Ег Егс, если аз/аг 0. Для данной геометрии число 4 8 Эриксена имеет вид Er sd/Kn, а Ег = .— -=-. Результат справедлив и для #3 І7і\ течения Пуазейля [73].
Технология изготовления и конструкция жидкокристаллической ячейки
В экспериментах использовались два способа создания избыточного давления. При исследовании осциллирующего потока использовалась механическая система, предназначенная для создания переменного перепада давления (частотный диапазон от 0,01 до 1 Гц, амплитудный диапазон от 0,2 до 1000 Па). Основные блоки механической системы показаны на рисунке 2.1.
Выпрямитель (12) ВСА-111К служит источником питания двигателя постоянного тока (13) с последовательным возбуждением, обеспечивающего плавное регулирование скорости вращения ротора. Скорость вращения ротора регулируется реостатом выпрямителя (изменение напряжения 0ч-80 В). Вал двигателя соединен с червячным редуктором (14) с большим передаточным соотношением. Редуктор служит для понижения скорости вращения при передаче движения от вала двигателя к кривошипно-кулисному механизму с поступательно движущейся кулисой (см. рисунок 2.5.). Кулисный механизм преобразует вращательное движение выходного вала редуктора в прямолинейное возвратно-поступательное движение толкателя поршня.
При равномерном вращении кривошипа движение ползуна происходит по гармоническому закону. Координата положения ползуна х = г sin(cot); скорость ползуна vx = ЛУ cos (& ?), где t - время, (о - угловая скорость кривошипа, г - радиус кривошипа.
Движение поршня в цилиндре (15) создает сжатие/разряжение воздуха, при этом давление в цилиндре изменяется также по гармоническому закону с амплитудой пропорциональной ходу поршня и квадрату его диаметра. В эксперименте использовались поршни различных диаметров, что позволяло дополнительно регулировать амплитуду избыточного давления, подаваемого на ЖК ячейку. Выходное отверстие цилиндра соединялось с ЖКЯ через систему силиконовых трубок и капилляров. Первый капилляр (16) предназначен для исключения постоянной составляющей давления, связанной с неточностью начальной установки среднего положения поршня, а также медленных флуктуации давления. Второй капилляр (17) (внутренний диаметр 100...300 мкм, длина 1 ...5 см) служил для исключения тепловых флуктуации давления. В работе использовался набор сменных капилляров, подбираемых в соответствии с диапазоном частот и давлений. Правильный выбор капилляров обеспечивался контролем синусоидальной формы и нулевого положения временной зависимости избыточного давления, полученной с дифференциального датчика давления, подсоединенного непосредственно к расширительным емкостям ЖКЯ.
Отметим, что механическая часть системы подачи давления использовалась ранее другими авторами. Оригинальной частью установки предложенной в этой работе является система капилляров, служащих для коррекции давления. Именно трудности по созданию широкодиапазонной системы подачи давления явились препятствием в проведении экспериментов по исследованию ЖК в осциллирующем потоке Пуазейля другими учеными.
Дифференциальный датчик давления (20) Motorola МРХ2010 использовался в экспериментах с осциллирующим потоком и позволял получать временные зависимости избыточного давления параллельно с записью оптического отклика с ЖК слоя. Питание датчика осуществлялось от стабилизированного источника питания "Электроника" (21). Штатная чувствительность датчика составляет 2,5 мВ/кПа. Для регистрации малых перепадов давления сигнал с датчика давления усиливался с помощью усилителя (22), собранного по стандартной схеме.
Градуировка системы датчик давления - усилитель производилась при параллельной подаче постоянного перепада давления на датчик давления и жидкостной манометр. Выходное напряжение AU с датчика давления фиксировалось в памяти компьютера. Из градировочной кривой AP(AU), показанной на рисунке 2.6, следует линейность преобразования давления в выходное напряжение системы в диапазоне от 100 до 1700 Па. В этом диапазоне давление в любой момент времени может быть определено как произведение тангенса угла наклона градировочной кривой tg(J3)= 5526+34 на значение амплитуды выходного напряжения с дифференциального датчика давления. (Далее в ряде случаев кривые давление построены в единицах напряжения). При проведении исследований в диапазоне давлений 200-20 Па априорная абсолютная погрешность измерения амплитуды давления датчиком давления, связанная с ошибкой дискретизации АЦП, становится значительной: адрп —dAU =5526-0,0025=13,8 Па. Для уменьшения погрешности экспериментальные зависимости AU(t) аппроксимировались функцией вида AU(t)= AU(0)sina t (см. рисунок 2.7.)-
Движение директора в плоскости потока
Заметим что, при выводе уравнений для затухающего потока в условии изотропной жидкости уравнения (3.1)-(3.2) уже изначально линейны относительно скорости, что позволило получить точные соотношения для скорости и давления, справедливые и при больших перепадах давления. Единственным условием для применимости данного подхода является постоянство коэффициента эффективной вязкости (малость отклонения ориентации директора от состояния равновесия).
В пределах всей ячейки режим движения директора в плоскости потока имеет место при чрезвычайно низких перепадах давления, - в экспериментах эта ситуация наблюдалась при начальном перепаде давления до 1 Па.
При освещении монохроматическим лазерным светом ячейки, помещенной между скрещенными поляроидами в геометрии "б", поле ячейки равномерно затемнено, что соответствует ориентации ЖК в плоскости потока. В геометрии "а" данному режиму соответствует теневое изображение ячейки, состоящее из темных и светлых полос, расположенных вдоль направления потока и являющихся результатом интерференции обыкновенного и необыкновенного лучей (рис. 3.1а.). Локальный оптический отклик I(t) в этой геометрии поляроидов отражает перемещение интерференционных полос вдоль оси у в виде совокупности локальных минимумов и максимумов в сигнале интенсивности (рис.3.16.).
Зависимости интенсивности прошедшего света I(t) от времени в геометрии "а" : АР(0) = 9,4 Па, h = 70 мкм. На вставке увеличено начало файла. Т] - момент времени, соответствующий введению образца, - начало отсчета времени для кривых S(t), т2- начало процесса релаксации.
Динамика развития картины интерференционных полос имеет следующий характер: сразу же после создания начальной разности давления происходит процесс формирования структуры полос в области больших локальных толщин; после этого начинается процесс движения системы полос в сторону меньших толщин. В установившемся режиме затухающего пуазейлевского течения полосы медленно перемещаются в сторону больших толщин. Соответствующие этапы развития интерференционной картины можно проследить и по зависимости интенсивности прошедшего света l(t) от времени в геометрии "а" (см. рис.3.16.).
Полученные в разделе 3.1. соотношения использовались при анализе экспериментальных данных. Так, экспериментальная зависимость разности фаз от времени S(t) восстанавливалась согласно выражению (3.7) из временной зависимости Ці), полученной в области линейной деформации структуры ЖК.
Для линейного режима движения директора в пределах всей ячейки данную зависимость можно аппроксимировать простым экспоненциальным законом (3.23). Примеры таких зависимостей приведены на рисунке 3.2 (кривая 1) и рисунке 3.3 (кривая 1). Значения эффективной вязкости, рассчитанные по временам Ts, полученным в результате аппроксимации зависимости 6(t), оказались близкими к значениям сдвиговой вязкости гомеотропного образца ЖК, соответствующим наиболее точным данным Кнеппе и Шнейдера [25].Отметим высокую чувствительность угла наклона кривых к изменению температуры.
Если линейный режим деформации ориентационной структуры имеет место в области локального съема оптического сигнала, и нарушается в области больших толщин, то экспериментальная зависимость разности фаз должна отклоняться от экспоненциального закона в связи с зависимостью эффективной сдвиговой вязкости от ориентации директора (неньютоновское поведение). При том же значении толщины, отклонение от экспоненциальной зависимости наблюдается при больших начальных перепадах давления (см. рисунки 3.2 и 3.3. (кривые 3). Как следует из графиков, теоретические зависимости, рассчитанные с использованием вязкости гомеотропного образца описывают лишь конечную стадию процесса релаксации.
Движение директора вне плоскости потока
В ходе экспериментов по исследованию явления выхода директора из плоскости потока впервые было наблюдено образование вторичной неустойчивости в образце МББА с исходной гомеотропной ориентацией. Обнаружено, что при давлении больше 100 Па на фоне первичной однородной неустойчивости возникает пространственно периодическая система ролов. Схема, поясняющая расположение порогов неустойчивостей показана на рисунке 4.19.
Ролы располагались внутри крупных областей, - доменов, и двигались в соответствии с приложенным периодическим давлением. Длинные оси ролов ориентированны строго вдоль потока вблизи порога структурообразования и наклонены по отношению к направлению потока на больших толщинах. Период ролов вблизи порога qn0moK образования определялся по дифракционной картине. Данные по периоду структуры отнесенному к толщине слоя qnomoJh представлены на рисунке 4.20. Там же представлены данные по периоду пространственной электроконвективной структуры, о которой говорилось в разделе 3.4. Как видно из графика, период электро конвективных структур практически совпадает с толщиной слоя ЖК, тогда как отношение периода ролов, образованных в сильном осциллирующем потоке, к толщине слоя ЖК уменьшается с ростом последней.
Это может быть объяснено, если предположить, что вторичная неустойчивость имеет тот же механизм образования, что и описанный в [18,23] для случая, когда директор изначально перпендикулярен плоскости потока. В нашем случае ориентация директора близка к перпендикулярной к плоскости потока только в центральной части ячейки, тогда как вблизи стенок ориентация остается близкой к исходной - гомеотропной.
При фиксированных параметрах потока с ростом толщины слоя (по мере удаления от порога образования ролов) структура ролов претерпевает искажения, что проявляется в появлении наклона длинных осей ролов, (угол наклона тем больше, чем дальше от порога возникновения; изменение угла наклона фиксируется по углу прецессии дифракционной картины), появляется большое число дефектов и линий дисклинаций, на одной толщине появляются группы ролов с различными периодом. При некоторой толщине слоя ЖК дифракционная картина исчезает и наблюдается сильное анизотропное рассеивание света. Микрофотоизображении структур ролов в различных частях ячейки показаны на рисунке 4.21.
Пороги образования ориентационных неустойчивостей в осциллирующем потоке Пуазейля: - порог выхода директора из плоскости потока; - порог образования структуры ролов; л- рассеяние света; о -порог образования структуры ролов в образце с планарной ориентацией [23]Т 0В, МББА22С.
В ЖК616 ( Ле 0) также возникает вторичная цилиндрическая неустойчивость под действием осциллирующего потока (рисунок 4.23. (а)). Можно предположить, что приложение внешнего электрического поля приведет к стабилизизации исходной структуры ЖК и подавлению структуры ролов. Однако, был обнаружен интересный эффект, связанный с наличием разрыва между двумя половинами электрода на одном из стекол, формирующих капилляр. С увеличением напряжения, как и ожидалось, ролы искажаются. При этом возникают дефекты структуры (рисунок 4.23.(6)). За каждые пол периода появляется один протяженный дефект, перпендикулярный направлению потока: он формируется при инверсии давления в области межэлектродного промежутка. Далее дефект «относится» потоком в сторону и через некоторое время в поле зрения оказывается несколько пар дефектов, симметричных относительно межэлектродного промежутка (рисунок 4.23.(в)). Дальнейшее увеличение напряжения приводит к исчезновению ролов, однако дефекты остаются, преобразуясь в линейные дисклинации (рисунок 4.23.(г)). При увеличении напряжения поля свыше 10В дисклинации исчезают (рисунок 4.23.(д)), при этом хорошо виден межэлектродный промежуток.
Механизм образования линейных дисклинации на пространственных неоднородностях может быть использован в целях исследования физики дефектов в ЖК. Возможно, этот же механизм ответственен за обнаруженные ранее крупномасштабные домены в работе [18].
Экспериментально исследовано допороговое поведение гомеотропного слоя МББА в осциллирующем потоке Пуазеиля. Получено качественное и количественное соответствие экспериментальных и теоретических результатов. Изучено явление выхода директора из плоскости потока. Получены универсальные зависимости безразмерного градиента давления от частоты осі{илляций давления для двух веществ с разными знаками анизотропии диэлектрической проницаемости. Экспериментально установлено уменьшение/увеличение порогового перепада давления при воздействии на слой ЖК с (Ає 0)/(Ає 0) дестабилизирующего / стабилизирующего электрического поля. Данные по порогу выхода директора из плоскости потока находятся в качественном и количественном (для МББА) соответствии с теоретическими численными расчетами.
