Введение к работе
Актуальность проблемы. Экспериментальные и теоретические исследования реакции жидких кристаллов (ЖК) на воздействия электрических и магнитных полей представляют интерес для их промышленного применения, а также являются эффективным средством изучения их внутренней структуры. Исследования ориентационной релаксации нематических жидких кристаллов (НЖК) в переменных магнитных полях при высоком давлении позволяют получить информацию о зависимости релаксационных свойств от Р, Т - термодинамических параметров состояния.
Для исследования зависимости неравновесных свойств ЖК от степени ориентационной упорядоченности необходимо экспериментальное изучение релаксационных процессов в больших объемах вещества. Это подразумевает значительную величину отношения линейных размеров образца к магнитной длине когерентности. В этом плане перспективным является применение акустических методов исследования динамических свойств ЖК, которые позволяют изучать объемные свойства мезофазы без искажений ориентационной структуры, вызываемых ограничивающими поверхностями. Эти методы позволяют установить связь между акустическими и молекулярно-кинетическими параметрами.
Анизотропное поглощение ультразвука, регистрируемое в экспериментах, содержит информацию о структурных и критических релаксационных процессах, о процессах ориентационной релаксации. Поскольку существуют различия в зависимости релаксационных времен этих процессов от термодинамических параметров, то экспериментальное варьирование Р, Т параметров позволяет установить относительный вклад критических и структурных релаксационных процессов в анизотропное поглощение ультразвука в мезофазе, включая области фазовых переходов.
Таким образом, экспериментальное изучение влияния высокого давления и температуры на анизотропные акустические и диэлектрические параметры нематических жидких кристаллов в электрических и магнитных полях может также способствовать развитию феноменологических и молекулярно-статистических теорий ЖК.
Цель работы: Экспериментальное исследование акустическим методом релаксационных свойств смеси ЖК-1282 (смесь, состоящая из алкоксицианбифенилов (80% (масс, доли)), эфира Демуса (16%) и эфира Грея (4%)) при высоком давлении во вращающемся магнитном поле на основе
«грм
измерения амплитуд и фазовых характеристик акустических параметров; изучение влияния Р, Т - термодинамических параметров состояния на динамику молекулярных процессов; исследование диэлектрических свойств в скрещенных электрических и магнитных полях. Решение этой задачи включает:
разработку и создание экспериментальной установки для изучения релаксационных и диэлектрических свойств НЖК в статических и переменных магнитных полях, а также в скрещенных электрических и магнитных полях в автоклавных условиях;
установление зависимости коэффициента поглощения и скорости ультразвука от Р, Т — термодинамических параметров;
- исследование влияния высокого давления на анизотропию
коэффициента поглощения ультразвука;
исследование влияния высокого давления и температуры на фазовые характеристики акустических параметров в магнитных полях переменной величины и ориентации;
установление зависимости температуры фазового перехода НЖК-ИЖ от давления в ЖК-1282;
нахождение зависимости анизотропии диэлектрической проницаемости и анизотропии диамагнитной восприимчивости от температуры и давления;
установление зависимости времени ориентационной релаксации и коэффициента вращательной вязкости от давления и температуры;
проведение теоретического анализа экспериментальных данных на основе существующих континуальных и молекулярно - статистических теорий жидкокристаллического состояния вещества.
Научная новизна. Усовершенствована методика проведения эксперимента по изучению анизотропии коэффициента поглощения ультразвука в НЖК во вращающемся магнитном поле при изменяющихся Р, Т - термодинамических параметрах состояния (автоматизация и компьютеризация проведения эксперимента). Разработана и создана экспериментальная установка для исследования диамагнитных и диэлектрических свойств НЖК в скрещенных электрических и магнитных полях при высоком давлении. Проведены экспериментальные исследования вязкоупругих и диэлектрических свойств НЖК в автоклавных условиях, включая область фазового перехода НЖК-ИЖ. Акустическим методом исследовано влияние температуры и давления на динамику ориентационных
процессов в ЖК-1282 и определены времена релаксации ориентированной магнитным полем структуры. Впервые исследовано;
- влияние высокого давления (до 108 Па) на коэффициент поглощения
и скорость ультразвука, анизотропию коэффициента поглощения и фазовые
характеристики акустических параметров в ЖК-1282 на частоте ультразвука
5,9 МГц в интервале температур от 288 К до 390 К при значении индукции
магнитного поля 0,276 Тл и величине зазора между ограничивающими
поверхностями 0,011 м; проведена оценка времени релаксации директора;
- влияние давления и температуры на величину диэлектрической
проницаемости и анизотропии диамагнитной восприимчивости в ЖК-1282.
Впервые обнаружено:
увеличение времени релаксации директора и энергии активации с увеличением давления и уменьшением температуры во вращающемся магнитном поле в ЖК-1282;
зависимость анизотропии коэффициента поглощения ультразвука в ЖК-1282 от частоты вращения магнитного поля при различных температурах и давлениях имеет универсальный характер;
- по результатам, полученным в скрещенных электрических и
магнитных полях, а также во вращающихся магнитных полях, рассчитан
коэффициент вращательной вязкости у ;
справедливость закона типа Аррениуса для зависимости коэффициента вращательной вязкости у1 от температуры по изобарам с
энергией активации практически не зависящей от температуры и линейно увеличивающейся с ростом давления в исследованном диапазоне Р, Т -термодинамических параметров состояния для ЖК-1282.
На основе полученных экспериментальных данных выполнен анализ ряда выводов гидродинамических и молекулярно - статистических теорий.
Практическая ценность. Разработана и создана экспериментальная установка для исследования релаксационных и диамагнитных свойств НЖК в статических и переменных магнитных полях, а также в скрещенных электрических и магнитных полях при высоком давлении для проведения всестороннего анализа полученных экспериментальных данных. Усовершенствована методика проведения эксперимента по исследованию зависимости акустических параметров ультразвука НЖК от Р, Т -термодинамических параметров состояния. Результаты экспериментальных исследований позволяют выполнить анализ и осуществить проверку
отдельных положений теории НЖК. Полученный экспериментальный материал позволяет расширить области применения НЖК в качестве рабочих тел в приборостроении. Автор защищает:
результаты методических и конструкторских разработок, позволяющих изучать динамику ориентационных процессов в электрических и магнитных полях в НЖК при изменяющихся Р, Т - термодинамических параметрах состояния;
обнаруженные экспериментальные зависимости акустических, релаксационных и диэлектрических параметров от давления и температуры;
результаты анализа экспериментальных данных, выполненного в рамках гидродинамических и молекулярно - статистических теорий жидкокристаллического состояния вещества.
Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на научных конференциях преподавателей и аспирантов МГОУ, г. Москва, 2001, 2002, 2003 г.; на научных конференциях преподавателей и аспирантов КГПИ, г. Коломна, 2001, 2002,2003 г.
Структура и объем работы. Диссертация содержит 156 страниц машинописного текста, 31 таблицу, 93 рисунка, библиографию из 125 наименований. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и выводов, списка литературы и приложения.
