Введение к работе
АКТУАЛЬНОСТЬ ПРОБЛЕМЫ. Интерес к исследовании физико-химических свойств жидких кристаллов (ЖК) обусловлен несколькими причинами: во-первых, их широким использованием в системах отображения, записи, обработки и хранения информации; во-вторых, необходимостью проверки существующих феноменологических и моле-кулярно-сгатиотических теорий; в третьих, необходимостью более глубокого понимания жидкого и твердого состояния вещества и построением единой теории конденсированных сред.
Анализ результатов экспериментальных и теоретических исследований жидких кристаллов показал, что одной из актуальных проблем физики ЖК является исследование динамики молекулярных процессов и установление, связи между кинетическими коэффициентами и параметрами, ' характеризующими межмолекулярное взаимодействие, а такяе установление степени влияния температуры и давления на характер этих процессов. В этой связи повышенный интерес представляет изучение релаксационных свойств нематичес-ких жидких кристаллов, подверженных воздействию гшешних переменных магнитных и электрических полей, так как именно такие исследования позволяют полупіть информацию о материальных коэффициентах и оценить влияние термодинамических параметров состояния на кинетические свойства Ш. Кроме этого, многообразие теоретических подходов к описанию релаксационных свойств ЖК. и неоднозначность существующих экспериментальных данных не позволяют сделать выводы в пользу одной из существующих теории. В связи с этим исследования, проведенные' при изменяющиеся термодинамических параметрах состояния, а в особенности при высоких давлениях, приобретают повышенный интерес.
Существует несколько методов исследования релаксационных свойств ЖК, но в большинстве с их помощью получается информация только для малых объемов вещества, сравнимых о магнитной длиной когерентности, когда молекулярная структура и кинетические процессы слаественным образом зависят от граничных условий. Креме этого, по ряду объективных причин часть из них трудно реализовать при высоких давлениях. В этом плане наиболее перспективным представляется акустический метод исследований, позволяющий изучать релаксационные свойства в больших объемах JKK и получать информацию о молвкулі.рно-кинвтичеспх процессах в зависимости от термодинамических параметров состояния вещества. Другим привле-
! 4.
катальным свойством акустического метода является способность к ши^экому варьированию параметром ut (где и - частота ультразвука, г - время релаксации га процесса), что позволяет проводить анальз в рамках теоретических представлений, справедливых для конкретной величины от .
Таким образом, изучение анизотропных акустических свойств., жидких кристаллов при изменяющихся термодинамических' параметрах"' состояния может внести существенный вклад в развитие фундаментальных и прикладных исследований данного класса конденсированных сред.
ЦЕЛЬ РАБОТЫ. Изучение акустическим методом релаксационных
и динамических свойств жидких кристаллов, подверженных, влиянию '
внешних переменных магнитных полей и установление степени влия-'
ния температуры и давления на кинетику молекулярных процессов.
Решение втой задачи включает: . . ' ','
разработку методики и создание экспериментальных установок для изучения релаксационных свойств ЖК; ' ,- ' «
исследование влияния давления на абсолютные значения и .енизо-трошоо акустических параметров ЖК;
изучение влияния давления на временную зависимость анизотропии коэффициента поглощения ультразвука во вращающемся магнитном "
поле; '.'.."''..'",
- проведение теоретического анализа полученных результатов- на
основе континуальных и молекулярно-статистических теорий. ',
НАУЧНАЯ НОВИЗНА. Разработаны и созданы экспериментальные установки для изучения абсолютных значений и анизотропии .акустических параметров в статических и переменных магнитных полях при изменяющихся термодинамических параметрах состояния.
Исследовано влияние температуры и давления на абсолютные значения и анизотропию скорости распространения и коэффициента '. поглощения ультразвука, а также на динамику поведения И во вращавдемся магнитном поле.
Впервые исследовано влияние давления (до 1.2-ЮПа) на ани- '
зотрошГ; скорости распространения и коэффициента поглощения
ультразвука в эвтектической смеси МББА и ЭБВА в ротационном маг- ,
нитном поле. ; \
Впервые обнаружено:
- уменьшение абсолютного значения и анизотропии коэффициента
5.
поглощения ультразвука при увеличении давления и постоянном значении *Т (где *Т «Т -Т. X - температура .фазового перехода НЖ-ЮК);
существование инверсии температурной зависимости коэффициента поглощения ультразвука на длину волна (л=«Х). а также, что д при »Т «const не зависит от давления;
существование инверсии анизотропии скорости распространения ультразвука Uc) от давления; температура »т »Т -X , при которой »с не зависит от давления;
зависимость объемного модуля упругости (К ) от давления при *Х - const; его насыщающий характер и стремление к значению твердого тела;
линейная зависимость анизотропии объемного модуля упругости от давления при iT = const;
частотная зависимость д. др. лК и объемных вязкостен- описывающаяся двумя временами релаксации: "структурной" и параметра ориентацивнной упорядоченности:
независимость времени "структурной" релаксации и релаксации параметра ориентационнсй упорядоченности при лТ a const
. оглавления (при Р до 1.2-10Па);
насыщающий характер зависимости показателя адиабаты (7=С /с ) от дяплстия при Л' =const и его стремление к значению 1.57;
зависимость комбинаций сдвиговых вязкостен от давления описывающееся экспоненциальной функцией;
качественное соответствие значений тУ*Хі рассчитанных из синхронного и асинхронного режимов.а также частоте смены режимов;
температурная зависимость времени ориентационной релаксации (г ) описывается законом Аррениуса с энергией активации, не зависящей от давления:
экспоненциальное возрастанию хн с.увеличением давления с коэффициентом показателя степени, имеющим смысл "свободного объема".
На основе экспериментальных данных выполнен критический анализ ряда выводов гидродинамических и молекулярно-статисти-чоских теорий.
ПРАКТИЧЕСКАЯ ЦЕННОСТЬ. Созданы экспериментальные установки, позволявдиэ проводить измерения абсолютных значений и анизотропии скорости р іспроетранеяия и коэффициента поглощения
6.
ультразвука в жидких кристаллах в широком интервале температур и давлений. Результаты экспериментальных исследований позволяют выполнить анализ и осуществить проверку рада положений гидродинамики и молекулярно-статистических теорий. Численные значения отдельных па-адетров, приведенных в работе, могут быть использованы при конструировании устройств, использующих жидкие кристаллы в качестве рабочих тел. АВТОР 3./ШЇЇ1ЦАЕТ:
результаты методических и конструкторских разработок, позволяющих изучать кинетические свойства ЖК при изменяющихся термодинамических параметрах состояния:
обнаруженное зависимости акустических параметров от темпера-тупы и давления;
результаты анализа експериментальних данных, выполненного в рамках гадродонамических и молекулярно-статистических теорий. -
АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ. Отдельные материалы диссертационной рабо-" ты докладывались и обсуждались на межвузовской научной конференции "Физика твердого тела", г.Барнаул, t990r; научной конференции преподавателей и аспирантов МОПИ им.Крупской, г.Москва, 1990г.,1991г.; Европейской конференции по жидким кристаллам, г. Вильнюс. 1991г.; научной конференции преподавателей и аспирантов fffly, г. Москва, 1992г; кафедре химического структурного анализа МГУ им.Ломоносова м.В.,. г. Москва, 1992г. .'.
ОБЪЕМ РАБОТЫ. Диссертация содержит 115 страниц машинописного текста, 30 таблиц, 106 рисунков, библиографию из 156 наимено-вашій. Диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов, списка литературы и приложения, включающего 28 таблиц и 18 рисунков. .