Введение к работе
Актуальность работы. Исследование структуры и физических свойств жидких кристаллов (ЖК) в условиях сильных пространственных ограничений, в дисперсных системах различных типов, стало одной из актуальных задач, связанных с проблемами разработки новых композиционных материалов, наноматериалов и нанотехнологий. Примером таких систем являются наиболее полно изученные полимерные дисперсии жидких кристаллов. Значительно меньше исследованы структура и физические свойства жидкокристаллических эмульсий (ЖКЭ). Известна высокая чувствительность ЖК, как в объемных образцах, так и в составе дисперсных систем, к влияниям температуры, концентрации примесей немезогенной природы и электрического поля. Ориентационная структура и свойства ЖК в каплях малых размеров могут, дополнительно, существенно зависеть от размера капель и от наличия поверхностно-активных примесей. В частности, этим объясняется интерес, который проявляется в последние годы к ЖК эмульсиям, как активным средам, при разработках гибких и объемных дисплеев, устройств оптоволоконной техники и жидкокристаллических биосенсоров. В этом плане представляются актуальными исследования структуры и физических свойств ЖК эмульсий различного дисперсного состава.
Важной задачей в этом направлении является изучение изменений структуры и термооптических свойств ЖКЭ с каплями ЖК предельно малых, микронных и субмикронных размеров, при различных температурах, включая области фазовых переходов. Фактор взаимной растворимости компонентов эмульсии, вероятно, также может приводить к дополнительным структурным изменениям в каплях ЖК и к изменению объемных физических характеристик ЖК эмульсий.
Современные теории позволяют описать структуру и оптические свойства жидких кристаллов и жидкокристаллических дисперсных систем лишь на качественном феноменологическом уровне (теории Ландау – де Жена – С. Краль, теория Ми и другие). В этой связи имеют большое значение: а) экспериментальные исследования ЖК эмульсий и б) выяснение границ применимости известных феноменологических представлений для описания структуры и термооптических свойств ЖКЭ с каплями ЖК микронных и субмикронных размеров, в том числе в образцах эмульсий с малой и существенной взаимной растворимостью компонентов. Представляют также интерес исследования влияния электрического поля на структуру ЖКЭ.
Цель работы. Установление новых закономерностей, характеризующих структурообразование и фазовые превращения в жидких кристаллах при наличии сильных пространственных ограничений, реализуемых в жидкокристаллических эмульсиях, на основе экспериментальных исследований термооптических явлений.
Для достижения поставленной цели должны быть решены следующие задачи.
-
Разработать методику исследования структуры и термооптических свойств ЖКЭ с каплями ЖК микронных и субмикронных размеров.
-
Экспериментально исследовать температурные зависимости структурных и оптических характеристик ЖК эмульсий с малой и существенной взаимной растворимостью компонентов в области перехода нематик-изотропная жидкость, в том числе при воздействии электрического поля.
-
Выполнить анализ полученных экспериментальных данных по структуре и термооптическим свойства ЖКЭ на основе известных феноменологических теорий.
Научная новизна работы. Впервые выполненные исследования показали, что термооптические характеристики ЖКЭ с каплями ЖК микронных и субмикронных размеров могут существенно изменяться в процессах: фазового перехода нематик-изотропная жидкость, при изменениях упорядоченности директора в каплях различного размера, в процессах седиментации капель ЖК в эмульсии, при растворении (выделении) капель ЖК в изотропной жидкости, а также при воздействии электрического поля.
Практическая ценность
Установлена возможность одновременного измерения структурных и оптических характеристик образцов эмульсий с каплями ЖК микронных и субмикронных размеров при различных температурах в области перехода нематик-изотропная жидкость и при воздействии электрического поля. Предложено использование ЖКЭ в качестве активных сред в устройствах управления рассеянием – прохождением света, в процессах контролируемого изменения температуры и параметров электрического поля. В частности, предложено новое устройство - объемный дисплей на ЖКЭ (патент 2324962 РФ).
Научные положения и результаты, выносимые на защиту:
1. Установленные эффекты воздействия поверхностных ограничений, температуры и электрического поля на структурные и оптические характеристики эмульсий с каплями ЖК микронных и субмикронных размеров.
2. Результаты измерений структурных и термооптических характеристик эмульсий нематических жидких кристаллов с каплями ЖК микронных и субмикронных размеров при фазовом переходе нематик-изотропная жидкость.
3. Результаты анализа структурных и термооптических характеристик ЖКЭ, в том числе при воздействии электрического поля, на основе известных феноменологических представлений.
Апробация работы. Содержание работы докладывалось: на международной школе молодых ученых «4-е Чистяковские чтения», Иваново, 2004; 20-й международной конференции по жидким кристаллам (20-th International Liquid Crystal Conference, Lubljana, Slovenia, 2004); 16-й сессии Российского Акустического Общества, Москва, 2005; 6-й Международной конференции по лиотропным жидким кристаллам, Иваново, Россия, 2006; 9-м Азиатском симпозиуме по информационным дисплеям (9-th Asian Symposium on Information Display, New Delhi, India, 2006); 2-м международном семинаре по жидким кристаллам для фотоники (Second International Workshop on Liquid Crystals for Photonics, Cambridge, UK, 2008).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 11 печатных работ, в том числе 2 работы в изданиях из перечня ВАК.
Структура и объем диссертации. Работа изложена на 111 стр. машинописного текста, состоит из введения, четырех глав, заключения, приложения и списка литературы из 113 наименований, содержит 52 рисунка и 5 таблиц.
