Главная  Электрооптические эффекты 

[0] [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] [ 10 ] [11] [12] [13] [14] [15] [16] [17] [18] [19] [20] [21] [22] [23] [24] [25] [26] [27] [28] [29] [30] [31] [32] [33] [34] [35] [36] [37] [38] [39] [40] [41] [42] [43] [44] [45] [46] [47] [48] [49] [50] [51] [52] [53] [54] [55] [56] [57] [58] [59] [60] [61] [62] [63] [64] [65] [66] [67] [68] [69] [70] [71] [72] [73] [74] [75] [76] [77] [78]

и присущей жидкому кристаллу, является коэффициент вязкости 11.

Средний коэффициент вязкости т] жидких кристаллов различен. Для некоторых нематических фаз вязкость т) может быть меньше вязкости воды, для смектических ЖК сравнима с вязкостью густого масла. Холестерические ЖК по величине вязкости занимают промежуточное место. В ориентированном образце ЖК проявляются свойства кристалла - анизотропия вязкости. Если не принимать специальных мер для ориентации молекул ЖК, то можно измерить средний коэффициент вязкости. Как показывают измерения, коэффициент вязкости в ЖК одного типа, например нематического, может изменяться в несколько раз в зависимости от направления течения. Так, для п-азоксианизола При \22°С получены следующие коэффициенты вязкости: т] =0,024 (молекулы параллельны направлению течения); i]j=0,092 (молекулы перпендикулярны градиенту скорости течения).

Величина вязкости ЖК имеет довольно сильную и своеобразную зависимость от температуры. При нагревании ЖК, например п-азоксианизола, вязкость сначала линейно убывает с ростом температуры, затем вблизи от точки фазового перехода начинает возрастать; в точке фазового перехода скачком уве.пичивается приблизительно на 25% и затем в изотропно жидкой фазе линейно убывает с ростом температуры. Аналогичная прерывистость в изменении вязкости наблюдается и при переходах внутри ЖК фазы, между нематикой и смекти-кой, а такл\е между различными смектическими фазами.

Плотность жидких кристаллов близка к плотности воды и незначительно отличается от единицы. Плотность веществ, образующих ЖК, значительно меняется при переходе вещества из твердого состояния в жидкокристаллическое и наоборот. При переходе вещества из ЖК состояния в жидкое наблюдается очень незначительное, иногда трудно фиксируемое изменение плотности. Плотность холестерических ЖК с увеличением температуры уменьшается по линейному закону, для холестерил-паль-миата от 0,9748-10 до 7,34-10- кг/м в интервале температур 79 .. . 100°С.

Плотность нематических ЖК также убывает с ростом температуры. Приведем данные этого изменения для вещества МББА, обладающего нематической ЖК фазой при комнатных температурах.



Нематическая фаза

Изотропная фаза

t, °С

р=10= ьг/м=

t, °С

р=10= кг/м=

25,5

1,042

48,0

1,028

29,5

1,040

50,5

1,027

35,0

1,037

54,5

1,025

41,0

1,034

Магнитные свойства. Жидкие кристаллы относятся к диамагнитным материалам, как и большинство органических соединений. В магнитном поле у "них возникает магнитный момент, направленный противоположно полю. Будучи помещенными в магнитное поле, ЖК выталкиваются из него. В нематических и смектических ЖК, которые в большинстве относятся к ароматическим соединениям, этот эффект проявляется особенно заметно. По длине молекулы в этих веществах располагаются два, три или более бензольных кольца. Вследствие этого ЖК обладают анизотропией магнитных свойств. Направление, по которому в ЖК наблюдается наибольшая магнитная восприимчивость (наименьший диамагнетизм), стремится совпасть с направлением внешнего поля. Это направление лежит в плоскости бензольного кольца, и молекулы ЖК ориентируются длинными осями параллельно магнитному полю.

Однако энергия взаимодействия индивидуальной молекулы с магнитным полем мала. Она составляет около 5-10-28 Дж при H-ll, что в 106 раз меньше, чем тепловая энергия kT. Это привело бы к разрушению молекулярной ориентации из-за теплового движения. Так как ЖК хорошо ориентируется при Н- 1 Т, следует сделать вывод, что магнитное поле взаимодействует с ансамблем молекул, которые поворачиваются и ориентируются при наложении поля одновременно. Ориентирующему действию поля на слои вещества, прилегающие к стенкам ячейки, в которой исследуется ЖК, мешает действие сил сцепления молекул со стенками. Это влияние в случае нематического вещества распространяется на расстоянии от стенки d{H) = C/H, где С=1-1(У- Т-м. Таким образом, при =1 Т возмущение, вносимое стенками, распространяется лишь на толщину di 1 • 10- м.

Смектические ЖК из-за сравнительно большой вязкости слабо ориентируются в магнитном поде. Однако



ориентировать смектический ЖК можно, охлаждая расплав в магнитном поле. При снятии магнитного поля ориеитация препарата сохраняется, чего нет в нематических ЖК.

Своеобразное действие магнитного поля на холестерические ЖК. Магнитное поле стремится длинные молекулы холестерина расположить вдоль силовых линий поля. Это приводит к раскручиванию спиральной структуры холестерического ЖК- Если шаг спирали достаточно велик, то магнитное поле с индукцией в несколько тесл полностью раскручивает холестерическую спираль и переводит ЖК из холестерической фазы в нематическую. Осуществляется вынужденный магнитный фазовый переход ХЖКНЖК- Значение магнитного поля Я, раскручивающего ЖК, рассчитывают, исходя из выражения для свободной энергии вещества в магнитном поле

где ро - шаг спирали в отсутствие поля; 22 -модуль кручения; Ац - анизотропия диамагнитной проницаемости.

Механические свойства. Внешние силы - электрические и магнитные, а также -силы контактирующих с ЖК поверхностей приводят к сдвигам, изгибам и другим видам деформации ЖК- Деформация ЖК существенно отличается от деформации упругого твердого тела, хотя имеет с ней и много общего. Направление молекулярной ориентации в данной точке задается единичным вектором L, который носит название директора.

Кривизна изгиба молекулярной ориентации характеризуется шестью компонентами:

, д1 dLy

" W - ~d d

где bi, 62 - частные производные, характеризующие продольный изгиб; Si, S2-характеризующие поперечный изгиб; /1, t2 - кручение. Плотность свободной энергии Жк

G = 4- » (5. + 5. + + 4- + « - о)= + « Ф\ + Ь\) -Ь k,, (S. - (/. Q ~



[0] [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] [ 10 ] [11] [12] [13] [14] [15] [16] [17] [18] [19] [20] [21] [22] [23] [24] [25] [26] [27] [28] [29] [30] [31] [32] [33] [34] [35] [36] [37] [38] [39] [40] [41] [42] [43] [44] [45] [46] [47] [48] [49] [50] [51] [52] [53] [54] [55] [56] [57] [58] [59] [60] [61] [62] [63] [64] [65] [66] [67] [68] [69] [70] [71] [72] [73] [74] [75] [76] [77] [78]

0.0012