автореферат диссертации по филологии, специальность ВАК РФ 10.00.00
диссертация на тему: Влияние давления на ориентационную релаксацию растворов жидких кристаллов немезогенным растворителем в пульсирующем магнитном поле

Полный текст автореферата диссертации по теме "Влияние давления на ориентационную релаксацию растворов жидких кристаллов немезогенным растворителем в пульсирующем магнитном поле"

РГБ ОЛ 1 Ц ДЕН 1398

МОСКОВСКИЙ ПЕДАГОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

На правах рукописи УДК 534.286

ОСИПОВ АЛЕКСЕЙ ВИКТОРОВИЧ

ВЛИЯНИЕ ДАВЛЕНИЯ НА ОРИЕНТАЦИОННУЮ РЕЛАКСАЦИЮ РАСТВОРОВ ЖИДКИХ КРИСТАЛЛОВ В НЕМЕЗОГЕННОМ РАСТВОРИТЕЛЕ В ПУЛЬСИРУЮЩЕМ МАГНИТНОМ ПОЛЕ.

10.04.14 - Молекулярная физика и теплофизика

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Москва - 1998г.

Работа выполнена на кафедре общей фгапки Московского педагогического университета.

Научные руководители:

доктор физико - математических наук,

профессор ЛАГУНОВ A.C. кандидат физико - математических наук, доцент БОГДАНОВ Д.Л.

Официальные оппоненты:

доктор физико-математических наук,

профессор Вистинь Л.К. кандидат физико-математических наук, доцент Ларионов А.Н.

Ведущая организация:

Московская государственная академия приборостроения и информатики.

Защита диссертации состоится " " ¡¡¿¿-^fs 1998г. в ^"«¿^"на заседании диссертационного Совета Д113.11.07 по присуждению ученой степени кандидата физико-математических наук в Московском педагогическом университете но адресу: 107005, Москва, ул. Радио, д. 10а.

С диссертацией!южно ознакомиться в библиотеке МПУ. Автореферат разослан " " 1998 года.

Ученый секретарь ' диссертационного Совета кандидат физико-математ^чес:сих

7ZS-

наук, доцент Богдаков Д. Л

Актуальность проблемы.

Исследование дпссппатпвных свойств жидких кристаллов (ЖК) п их растворов в области существования мезофазы представляет интерес как в научном, так п в прикладном аспектах. Однако, если молеку-лярно - кинетические, термодинамические, гидродинамические и другие физические свойства многих ЖК достаточно полно изучены, то исследований, посвященных растворам ЖК, крайне мало. Такое положение представляется неоправданным, поскольку растворы ЖК в немезогеп-ных соединениях уже в настоящее время достаточно широко используются з производственной п исследовательской практике: в качестве смесей для электрооптических устройств, в ЯМР п ЭПР спектроскопии, а также в оптической спектроскопии и гаю - жидкостной хроматографии, для получения полимерных материалов.

Растворы ЖК в немезогенах при определенных концентрациях растворителя образуют мезофазу, характерной особенностью которой является значительно большее разнообразие типов межмолекулярпых взаимодействий со сравнению с составляющими этих растворов.

Изменение концентраппн растворителя или самого НЖК приводит к изменению физических свойств раствора, что позволяет получить новые композиции, свойства которых зависят от молекулярной природы компонентов. Для осуществления целенаправленного синтеза новых жидко кристаллических соединений с заданными вязко - упругими л оптическими свойствами необходима информация о теплофголче-екпх и релаксационных свойствах соединений. Поэтому актуальной задачей молекулярной физики и теплофизики растворов НЖК является изучение орпентационных явлений, процессов молекулярной перестройки, причин возникновения мтсронеодоородпосгей, а также определение кинетических параметров явлений переноса.

Изучение реакции НЖК п пх растворов в немезогеняом растворителе на наложение пля снятие внешнего магнитного поля прп изменяющейся ппдукцпп позволяет получить информацию о зависп-мостп релаксационных свойств от Р,Т - термодинамических параметров состояния.

Акустический метод исследований дает возможность изучить образцы, линейные размеры которых значительно превосходят магнитную длину когерентности. Это позволяет изучать объемные свойства мезофазы без искажения орпентапнонной структуры, вызываемых ограничивающими поверхностями. Друпш привлекательны?,I свойством акустического метода является способность к широкому варьированию параметром со-Тщ (со - частота ультразвука, хл - время релаксацпп га -ого процесса), что позволяет проводить анализ в рамках теоретических представлелий, справедливых для конкретной величины ©-Тя, в том

числе в области спектральных характеристик высокочастотных молекулярных процессов.

Таким образом, экспериментальное изучение влияния давления н температуры на анизотропные акустические параметры растворов неаа-тпческнх жидких кристаллов в пемезогенных растворителях в переменной магнитном поле может способствовать развитию теоретических и прикладных исследований данного класса конденсированных сред.

Цель работы: экспериментальное исследование акустическим методом релаксационных и динамических свойств растворов НЖК в пульсирующем магнитном поле, установление степени влияния Р,Т - термодинамических параметров состояния и магнитной индукции на динамику молекулярных процессов и сопоставление полученных данных с данными для моводоменяых образцов во вращающемся поле. Реализация этой задачи включает:

- разработка средств регистрации и обработки информации для опреде-

ления временных зависимостей коэффициента поглощения ультразвука при изложении и сштии магнитного поля;

- изучение влияния давления, температуры, индукции мапштного поля,

угла между волновым вектором и вектором магнитной индукции и концентрации растворителя на характер временных зависимостей анизотропии коэффициента поглощения ультразвука при наложении и снятии магнитного поля;

- установление закономерностей в поведении релаксационных свойств НЖК и их растворов с немезогаюм в пульсирующем магнитом иоле при изменяющихся термодинамических параметрах состояния и проверка выполнимости этих закономерностей во вращающемся магнитном поле;

- проведение теоретического анализа экспериментальных данных на " основе существующих континуальных и молекулярно - статистических

теорий жидкокристаллического состояния вещества.

Научная новшна. Усовершенствование методики проведения эксперимента по изучению анизотропии коэффициента поглощения ультразвука избранных объектов в пульсирующем магнитном поле при изменяющихся Р,Т - термодинамических параметрах состояния и индукции магшгтого поля (автоматизация и компьютеризация измерения). Акустическим методом исследовано влияние температуры, давления, индукции пульсирующего магнитного поля и концентрации растворителя на динамику ориентацпонных процессов в растворах НЖК с иемезогенным растворителем и определены времена релаксации ориентированной структуры ири наложении и снятии магнитного поля.

Впервые исследованы временные зависимости анизотропии коэффициента поглощения • ультразвука ' в растворах НЖК (эвтектической смесп МББА и ЭББА) с бензолом па частоте ультразвука 6.5 МГц в диапазоне давлений до 110 МПа, температур от 292 К до 343 К, величины пульсирующего маппгшого поля до 0.1 Тл при ксн-центрадпп растворителя 0.0 и 33 кг/и'К Величина зазора между ограничивающими поверхностями составляла 11 мм. Из совокупности обнаруженных процессов выделен релаксационный процесс, связанный с изменением орпеитацпонной структуры, обусловленной ограничивающими поверхностями. Проведена оценка времени релаксации. Впервые обнаружены:

- увеличение времени релаксации коэффициента поглощения ультра-

звука с увеличением давления и уменьшением температуры, индукции маппгшого поля: шш концентрация растворителя в пугеегт-рующем магнитном поле;

- экспоненциальный характер для зависимости времен орпентацнонзюй

релаксации от температуры по изобарам с энергией активации, практически не зависящей от температуры и ув елпчива ющей га с ростом давления в исследоваппом диапазоне Р,Т - термодинамических параметров состотапя для растворов Н8 в бензоле;

- возрастаете энергии активации при увеличении концентрации н>?ме-

зогена; '

- качественное согласие произведения времени ориентационной релак-

сации на квадрат индукции в пульсирующем и вращающемся .магнитных полях;

- линейность зависимости времени разорнентации от температуры и давления для растворов Н8 в бензоле.

- в магнитных полях с индукцией, меньшей индукщт насыщения, су-

ществование двух времен релаксации, связанных с ориентацией директора магнитным полем п отличающихся в 5 -10 раз.

На основе полученных экспериментальных данных выполнен критический анализ ряда выводов гидродинамических п молекулярно -статистических теорий. * ' '

Практическая ценность. Усовершенствована методика пзмеретм временных зависимостей анизотропии коэффициента поглощения ультразвука НЖК в пульсирующем магнитном поле в заданном интервале температур, давлений н индукций малинного поля. Результаты экспериментальных исследований позволяют выполнить анализ п осуществить проверку ряда положений гидродинамических и молекулярно -статистических теорпн. Полученный количественный и качественный материал может являться основой рекомендаций к практическому не-

пользованию растворов ЖК в качестве рабочих тел различных устройств электро- и акусгооишЕИ.

Автор защищает:

- результаты методических и конструкторских разработок, позволяющих

шучхпъ динамику орнентационных процессов в пульсирующем магнитном поле в растворах НЖК в немезошшом растворителе при изменяющихся Р,Т - термодинамических параметрах состояния и величине магнитного поля;

- обнаруженные экспериментальные временные зависимости анизотропия коэффициента поглощения ультразвука от давления, температуры, индукции магнитного поля н концентрации неыезогеняого компонента;

- результаты анализа экспериментальных данных, выполненных в рамках

гидродинамических и молекулярно - статистических теорий жидкокристаллического состояния вещества.

Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались п обсуждались на научных конференциях преподавателей н аспирантов МПУ, г. Москва, 1996, 1997, 1998 г.; Всероссийской научной конференции "Современные методы подготовки специалистов и совершенствование систем и средств наземного обеспечения авнащш", г. Воронеж, 26 - 28 мая 1997 г; 17оЭ международной конференции по жидким кристаллам, г. Страсбург, 19-24 июля 1998г.

Объем работы. Диссертация содержит 122 страниц машинописного текста; 27 таблиц, 58 рисунков, библиографию из 98 наименований. Диссертация состоит из введения, четырех гаав, выводов, списка литературы п приложения, включающего 33 таблиц.

Основное содержание работы

В первой главе приводится литературный обзор современного состояния экспериментальных н теоретических исследований жидкокристаллических веществ и их растворов в статических и пульсирующих магнитных полях при изменяющихся Р,Т - термодинамических параметрах состояния и индукциях магнитного поля, оказывающих существенное влияние на коэффициент поглощения ультразвука, а также сформулирована задача исследования.

Приведен анализ кинетических процессов, протекающих в пульсирующем магнитном поле, которые связаны с возникновением орнента-ционной упорядоченности при наложении магнитного поля и с разорпен-тациеи оря его снятии.

Рассмотрены некоторые аспекты феноменологической теории жидких кристаллов, описывающей анизотропное распространение уль-

тразвука в НЖК с учетом релаксационных механизмов. Выделены механизмы, ответственные за поглощение ультразвука.

. Анализ экспериментальных и теоретических исследований позволил сформулировать физическую задачу настоящей работы, а также обосновать выбор объекта исследования н определить методический подход к решению поставленной задачи.

Во второй главе представлено описание методики исследования релаксационных п динамических свойств растворов жидких кристаллов ажоксибензилидепбутал анилинов в бензоле в пульсирующих магнитных полях различной индукции при высоких давлениях. Дано подробное описание акустического метода исследования ЖК с указанием основных требований, предъявляемых к экспериментальной установке.

Подробно изложены методические особенности измерения временных зависимостей анизотропии коэффициента поглощения ультразвука в пульсирующих магнитных полях различной индукции при изменяющихся термодинамических параметрах состояния.

Приведена функциональная схема экспериментальной установки, эскиз конструкции автоклава (камеры высокого давления), а также схемы системы залпвжп ЖК, системы создания и контроля давления, обеспечивающие чистоту исследованного объекта, и схема интерфейсного модуля, позволяющего использовать мпкро ЭВМ для приема п обработки информации о временных зависимостях поглощения ультразвука. Применение ЭВМ позволило решить проблему, связанную с ннерциальностью регистрирующих устройств, применяемых ранее.

Проанализированы систематические и случайные погрешности эксперимента. Относительная погрешность для исследуемого параметра составляет для Да//2 (Р,Т) около (1.6 - 3.8)%, где Да = а" - ог, а" и ах - коэффициенты поглощения ультразвука для коллинеарного и ортогонального расположения векторов В и к соответственно, Г - частота ультразвука.

В третьей главе приведены результаты экспериментальных исследований временных зависимостей анизотропии коэффициента поглощения ультразвука растворов Н8 в немезогенном растворителе (бензоле) в пульсирующих магнитных полях индукцией до 0.1 Тл. Измерения производились на частоте 6.5 МГц при величине зазора между ограничивающими поверхностями 11 мм во всей области существования нематической фазы в диапазоне давлений до 110 МПа. Получены временные и индукционные зависимости изменения коэффициента поглощения ультразвука при в = 0°, 30°, 45°, 60°, 90° (0 - угол между волновым вектором и вектором магнитной индукции при различных давлениях . Основные результаты измерения временных зависимостей

анизотропна коэффициента поглощения ультразвука в пульсирующем магнитном поле выполнены при параллельной ориентации векторов В и к в широком диапазоне Р,Т - термодинамических параметров состояния и индукции магнитного поля.

Из результатов акустических исследований НЖК при наложении и снятии магнитного поля выявлены следующие закономерности:

1. При наложении магнитного поля по исчезновению анизотропии коэффициента поглощения ультразвука определены температуры фазового перехода "нематнк - изотропная жидкость" для различных давлений. В исследуемом интервале давлений зависимости температуры перехода ТС(Р) от давления как для чистого Ш, так п для его раствора в бензоле с концентрацией 38 кг/м5, линейны еудовлетворяют соотношению:

Те(Р) = Тс + 5-Р, (1)

ё?

где 1>324К, í?Tc/i?P«0.29 К/МПа для Н8 и 1>306К, <?То/<?Р*0.3 К/МПа для его раствора.

2. Временные зависимости коэффициента поглощения ультразвука, отнесенного к квадрату частоты в пульсирующем магнитном поле при параллельной ориентации вектора магнитной индукции и волнового вектора, приведены на рис.1. В момент времени ti накладывается магнитное поле индукцией В, после чего od *(t)/P увеличивается от значения сю/í2, соответствующего полностью разориевтирозакЕому образцу, до значения a'lJP и далее практически не меняется. В исследованных нами интервалах температур, давлений и индукций, превосходящих индукцию насыщения, в Н8 и растворе характер зависимости анизотропии коэффициента поглощения ультразвука имеет вид, аналогичный представленному на рис.1.

При увеличении температуры и индукции магнитного поля и уменьшении давления время установления максимального значения коэффициента поглощения ультразвука уменьшается (рис.2 - 4). Добавление растворителя приводит к .увеличению времени достижения значения cxq (сейчас и в дальнейшем физические свойства Н8 и его раствора сравниваться для температур, равноудаленых от фазового перехода нематик -изотропная жидкость).

Временные зависимости Aa(t)/P при включении магнитного поля качественно можно описать соотношением:

^r)//2| = ^J/2|.[l-exp(-í/4)], : (2) . где х\ - некоторое эффективное время.

1.8

0.7

200

300

400

500

г=ц=0 юо

РисЛ. Временная зависимость ¿'(О/Р для Н8 прп В=0.052Тл. Р=0.1МПа, Т=315К.

А«»" (0

-ш е..» р = ЗОМПп, АТ = ПК

д А А * А .»ллдал

* Л А Л ' * - В = 0.07Т.1

1,с

0.5

О*«,* . Д А л Л &

*е> хл . д А

** * * * л А

А - л

• •

* • *

о ■ В = О.ОбТт» « • • • • • А • В = 0.07Тл л - В = О.ОбТя • - В = 0.05Тя

1-

0 50 100 150 200 £<с

Рис.2. Времешше зависимости &а!!(г}/Р- при различных тдукщмх В (Ф О - для Н8 и Л А © - для раствора).

А« О)

Р = ОЛМПа, В = 0:06Тл.

- я • ■ |

0.5

й- §

а " А 6

л а о

К °°

« Я о

а о

й„ 4ой о-

О - ТС(Р)-Т = 23К ж -ТС(Р)-Т= 15К в -ТС(Р>Т = 5К а -Тс(Р)-Т= 12К я -Тс(Р)-Т = 7К

0 20 40 60 80 100 £>с

Рис.З. Зависимости Да|1(<)/До,51 при различных температурах

(в А О - для Н8 и В П - для раствора).

э * в

Расчеты времени показали, что это время практически не зава

сит от угла между волновым вектором и вектором магнитной индукции Поэтому основной объем экспериментальных данных получен при парал лельном расасложсшш векторов к и В, когда условия эксперимента наибо лее оптимальны. Эффективное время r¿ зависит от давления (иаирыме] при ипдукщш 0.069 Тл и температуре 306К в Н8 при Р = 0.1, 30, 50, 70, 90 110 МПа время составляет соответственно 32,54,74,95 112,137 секунд) индукции магнитного поля (при атмосферном давлении и температур* 306К в растворе при В = 0.044, 0.051, 0.058, 0.069, 0.075 Тл время 4 с0

ставляет соответствсшю 83, 60, 36, 33, 24 секунд) н температуры (при атмо сферном давлении и индукции 0.06 Тл е Н8 при Т = 295, 301, 309, 315, 319 321 К время составляет соответственно 91, 60, 45, 34, 24, 21 секунд)

Зависимости времени тгв от приведенной температуры ДТ для Н8 и еп

раствора показывают, чте это время увеличивается с увеличением кон центрации растворителя.

В момент времени (рис.2.) происходит сгогше магнитного поля, i результате чего образец ЖК разориентируется. При этом наблюдаете: уменьшение параметра aS(tYf' от значения а®,/Р, до значения осеJP.

Временные, заипяшосш коэффициента поглощения ультразвук: при снятии магнитного поля практически не зависят от магнитной индук шщ, которая использовалась для ориентации ЖК, и от угла между волно еьш вектором и вектором магнитной индукции (рис.5).

При уменьшении температуры и увеличении давления и концент рации растворителя, время достижения предельных значении коэффицпен

та погаощешм ультразвука увеличивается (рис. 6 и 7). .....

Временные зависимости коэффициента поглощения ультразвука отнесенною к квадрату частоты Aa"(t)/P, при снятии магнитного поля каче ствснно можно описать соотношением:

WW/2-A<*i//2-exp(-//4), ■ (3)

где г^ -эффективное время разориентащш. .

. ; . Время т^ завиагс от темиерату1>ы (например, при давлении 70 МПа'в Н8 при Т = 299,306,313,320, 327,333, 338 К время составляет соответственно 668,560, 465,395,341,356,195 секунд) и давления (при температуре 297К в растворе при Р = 0.1,30, 50,70,90 МПа время г1в составляет соответственно 600, .7.33,850,1060,1210 секунд). Зависимости Бремени -4 от приведенной температуры. ЛТ для, Н8 и его растворов

и

Aar"«) Ли'

0.5

Т=306К, В=0.07Тл

•«•я*

^ 'А'

It

я А

а А

«1

3

° - Р-Р<(Т) а • -Р-РС(Т) °-Р-Р,(Т) А-: Р-РС(Т) "

я-Р-Рс(Т)

132МПа 62МПа 107МПа б7Ша 27МГ!а •

° Рис.4. Зависимости да\с)/Ла1 при различных дав лет:

Те

ЯХ

ЗЙЭ

0.5

Да'Ч;) Ла"

f€> О - для HS п Я A О - лггя пастпопа). Р=30МПа. ДТ=НК

а - ¡3 = 0.071л 0 = 0°

* • В = 0.05Тл 0 = 0"

Л. - В = О.ОбТл 0 = 90°

О - В: = 0.07ТЛ 0 = 30°

в - в = О.ОбТл 0 = 30»

Я - в = О.ОбТл 0 = 0м

________'¿^АцЗсМ»

0 " ЗТнГ Ш00 , , ■ t.c

■ Рис.5. Зависимости àar'\t)/Aa]l при выключении магнитного при раз-

Д а"(!) Дal '

0.5

0

лтгчных углах О и тшдзтлшях магнитного поля (А<0> D - для Н8 и • ИО - для расгвоса)

Р=70МПа

■■i

a - ТС(Р)-Т = 9К m - Tí(P)-T = 34К о -Тс(Р)-Т = 6К

"■■вшв

. aD□ □ г "" ' '/vw

ПпПпп : TC(P)-T = 17K

— U □ f- _ ----

0 200 400, 600 -, 300 1000 1200

1*110.6. Зависимости при выключении магшшюго поля для

паллгптмх темттепатуп Г®ФО-лляШп ШП - штяnacTRcmaï.

1

I

в

о

о

о

показывают, что это время увеличивается с увеличением концентрации растворителя.

В четвертой шише проведен анализ полученных экспериментальных результатов в свеае современных теоретических представлений. Установлено, -что:

1. Выражение, связывающее изменение анизотропии коэффициента поглощения ультразвука с ориентацией д иректора

Де!!(М'/) ■ Г2 = ^т2 Щ + ${г) + ^Гзсо^ё^-О - (4)

л Л / ^ '

^г)(1-5соб: Щ)) соз2у/-с~(35соз4 0(т) + 3(Ьт2 <\с)- 27|сой" у/ , где черт а сверху означает усреднение по начальному распределению Оо.

1-

СОЙ* (Г\У) =

е = ехр

1-е-

■ arceos

yíe-

1-е"

. е J е гг

1 +----arceos ve

2 2 V1 - е"

(1-е")*

удовлетворительно описывает временные зависимости анизотропии коэффициента поглощения. Здесь т- - время релакеащш директора. Это выражение предполагает конечное время изменения магнитног о поля:

Ь'{!) ~ где ть - собственное время электромагнита, что

приводит к дополнительному "замедлению'' (по сравненшо с мгновенным включением) процесса установления равновесного значения коэффициента поглощения ультразвука.

Время Тщ находится методом наименьших квадратов из выражения (4) по наилучшему соответствию экспериментальной п теоретической зависимостей.

Расчеты времени тп для различны?; углов между волновым вектором к и вектором магнитной индукции В показывают, что это время практически не зависит от угла между к и В.

Зависимости времени тп от давления и температуры для Н8 п его раствора приведены в табл. 1 п 2 соответственно.

С увеличением давления на 10 МПа время релакеащш директора увеличивается на 15-20%.

Табл.1. Зависимость времени т^, с от давления при температуреЗОбК.

вещество «8 раство р

Р.МПа В,Тл 0.1 30 70 110 30 70 110

0.07 17 28 49 71 21 38 66

0.06 28 46 69 114 29 52 90

0.05 40 62 115 155 48 79 141

. Зависимость времени Тп, с от температуры при давлении 30 МГ

вещество Н 8 раствор

Т,К В,Тл 298 306 312 320 293 298 306 312

0.07 43 28 19 12 45 31 21 19

0.06 58 46 30 20 68 46 29 30

0.05 87 62 47 33 96 70 48 47

2. Выражение, описывающее временные зависимости коэффициента поглощения ультразвука при снятии магнитного поля для первоначально параллельного расположения веюгора магнитной индукции и золнового вектора, имеет вид:

1+Е)

ил

(5)

где

ЕЮ = е~'1'р;

т-

^агстз

уЬ-Ё2....."" Е

Здесь Тр - время релаксации коэффициента поглощения ультразвука при снятии магнитного поля. Время релаксации Тр линейно зависит от температуры и давления как для чистого Н8, так и для его раствора (рис.8 и 9).

Выражение (5) хорошо описывает зависимости при. снятии магнитного поля в регулярной области существования нематической фазы. 3. Для индукций магнитного поля, превосходящих индукцию' насыщения, произведение ТпВ2 перестает зависеть от величины В. Сравнение этого произведения с произведением ТпВ2, полученным во вращающемся

л<

0.5

Т=297К

» ■

4 4 -

,-Р-Рс(Т) = 90МПа й- Р-Рс(Т) = 120МПа и - Р-Рс(Т) = 1б0МПа а - Р-РС(Т) = 67МПа с - Р-Рс(Т) = 87МПа

" ЯО

<* с, А* А*

во

.. о

4 00 2 00

500 • 1000 , '

Рис.7. Зависимости Да'^/Даг^ при выключении магнитного поля для

различных давлений гДИФ - для Н8 и @ О - для раствора)

тР,с

400

200

С 25 50' 75 100 ^' МПа

Рис.8. Зависимость времени от давления при различных температурах (1ФО- дая Н8 и в О - для раствора)

о -Р=0.1МПа

• - Р=50МПа

♦ - Р=30МПа п - Р=70МПа в -Р=И0МПа

293

303

313

323

333

Рнс.9. Зависимость времени Тр от температуры при различных давлениях (• О- для Н8 и И ♦ и - для раствора).

о

о

магнитном поле, показывает их качественное согласие. Количественно произведение т„В2, полученное в пульсирующем поле, приблизительно

в \12 раз больше чем произведение тпВ2, полученное во вращающемся поле.

4. По значениям времен релаксации Тп найдено отношение (тя Н2 » У[/Д%).

На рис.11 приведены зависимости У11А% от температуры для Н8 и его раствора. Эти зависимости в регулярной области существования мезофазы носят экспоненциальный характер и описываются выражениями вида:

7,/ДХ-А-ехр^^, (6)

где А - коэффициент, который практическп не зависит от температуры и давления, является индивидуальной характеристикой НЖК и составляет 16.7 и 12.0 - л для НЗ и для раствора соответственно, Е -м

энергия активации, К - газовая постоянная. Значения энергии активации при различных давлениях для Н8 и раствора приведены в табл. 3.

Энергию активации £ можно представить в виде суммы: Е = Е" ■+■ аЕ/сР-Р, где Е - энергия активации при Р = 0. Величина оЕ\дР - имеет размерность молярного объема. Ее значения при различных давлениях приведены в табя.З.

Табл.3. Значения Е п дЕ(дР при различных давлениях для Н8 и

для раствора ■

Р, МПа 0.1 | 30 | 50 70 90 | 110

вещество -18

Е, кДж/моль 35.7 1 36.8 37.4 38.1 38.8 39.4

дЕ/дР ,10 бм3/моль 41 | 37 34 32 31 30

вещество раствор

Е, кДж/моль 37.4 38.6 39.3 1 40 40.5 41

дЕ!дР ,10-« м3/моль 42 38 33 | 30 • 29 29

Из приведенных данных следует, что с увеличением давления происходит уменьшение параметра Ж/г?Р. Это соответствует уменьшению тангенса утла наклона изобар на рис. 12. Если прп атмосферном давлении для Н8 параметр дЕ/аР составляет 41-10 6 м5/моль, что соответствует 14% от обьема вещества, то при давлении в 110 МПа этот параметр на четверть меньше. Из этого следует, что увеличение давления приводит к

/ . . 2 Л ^

Л

и-

X - Н8 А - раствор

400

200

20

Рис.10. Завистаюсга произведения

.. ГПа-с-кт у,/дь---

м

V

43

г2

АТ,К

.ь

ч

•с отДТ.

п-Р=0.ШПа Ф- Р=30МПа в-Р= ПОМПа о -,Р=30МПа * -Р= ПОМПа

1ТС(Р)-

I

]

_^Тс(Р) ' ТС(Р)

290 310 330 350 Т,К

Рнс.11. Зависимости отношения У1/Д% от температуры при различных давлениях (• О - для Н8 и (В ♦ □ - раствора)

22

21

Ъп(у1/Дх),

♦ - Р=30МПа в -Р=110МПа О - Р=30МПа-

• -Р=110МПа

40 АТ.К

Рис.12. Зависимости отношения Ьп(71/Д%) от приведенной температуры при различных давлениях (• О - для Н8 и В Ф - для раствора).

уменьшению свободного объема между молекулами, что затрудняет переход молекул из одного равновесного положения в другое. 5. Увеличите анпзотротт коэффициента поглощения ультразвука в НЖК при приближении к фазовому переходу Тс (рпсЛ 0) и ее частотная зависимость свидетельствует о существовании релаксационных механизмов, ответственных за анизотропию их физических свойств. Подобное поведение аягоотропхга коэффициента поглощения ультразвука можно объяснить в рамках релаксационной модели, учитывающей два релаксационных процесса: "нормальный", преобладающий вдали от фазового перехода Тс, и "критическим", ответственный за аномальное увеличение анизотрошш ультразвука вблизи температуры Тс. Анизотропию коэффициента поглощения можно представить в виде суммы:

Да//2 =(Ла//2 )о + (Да//2 >г + (Ад,//2 V, (7)

где (Да//г )о - величина классического вклада. Она не превышает 6% значения Дат//2 для частоты 6.5МГц. Температурные зависимости нормального (Да//2 )я и критического вклада (Да//2 }.- определяются зависимостями от температуры параметра порядка Q(T) и времен релаксации т^Т) п ТкСГ). Значенпя времен акустической релаксации для 118 и раствора приведены в табл. 4 и 5 соответственно.

Табл. 4. Гц-105,с н V103,с для Н8.

тс-т,к 1 4 14 24 34

Р = 0.1 МПа

т;т 0.9 0.94 1.06 1.2 1.37

тк 12.7 2.21 0.54 0.3 0.2

Р = 50 МПа

Тн 0.91 0.94 1.06 1.2 1.37

V 9.9 1.89 0.49 0.27 0.18

?= 110 МПа

Тн 0.92 0.95 1.07 1.21 1.37

8.9 1.7 0.44 0.24 0.17

Табл. 5. т,гЮг,си тк-108,с для раствора

Тс-Т,К 1 4 | 14 24 34

Р = 30 МПа

хн 0.91 0.94 1.06 1.2 • 1.37

тс 14.2 2.81 0.72 0.4 0.26

Р = 110МП а

ТКГ 0.92 0.95 1.07 1.21 1.37

Гк 13.8 2.1 . 0.7 0.4 , 0.26

Из приведенных данных следует, что при Тс-Т = const время тц практически не зависит от давления и концентрации пемезогена в растворе НЖК, а время тЕ увеличивается с добавлением растворителя.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

1. Впервые получены экспериментальные временные зависимости коэффициента поглощения ультразвука на. частоте 6.5 МГц для раствороз Н8 в немезогенном растворителе (бензоле) в широком интервале изменения температуры, давления и концентрации в пульсирующем магнитом поле в диапазоне индукций от 0.01 Тл до 0.1 Тл для различных углов между В и к.

2. Установлена зависимость эффективных времен с rjj, от давленая, температуры, индукции магнитного поля и концентрации растворителя. Показало, что в исследованном интервале давлений п температур для изученных растворов эти времена не зависят от угла между волновым вектором п вектором магнитной индукции, а время ?1Б не зависит и от индукции магнитного поля.

3. По результатам измерения коэффициента поглощения ультразвука установлены зависимости температур фазовых переходов от давления при различных концентрациях растворителя.

4. Проанализирована задача распространения ультразвука в НЖК в пульсирующем магнитном поле с учетом собственного времени нарастания магнитного поля. Определены времена релаксации ориентации при наложении матшггаого поля тп п при его снятии i;. Установлена tlx зависимость от термодинамических параметров состояния, концентрации растворителя и индукции магнитного поля. Произведение хпВ2 для индукций, превосходящих индукцию насыщения, не изменяется с ростом последней.

5. Определено отношение вращательной вязкости к анизотропии диамагнитной восприимчивости yi/Дх- Показано, что температурная за-BiiciiMocrb отношения yJA% в нематической фазе описывается законом типа Арренпуса с энергией активации, зависящей от давления. Показаца связь увеличения коэффициента вращательной вязкости от давления с изменением свободного объема от термодинамических параметров. Установлено, что энергия активации для растворов Н8 в бензоле увеличивается с ростом, концентрации растворителя.

6. На основе анализа температурных зависимостей анизотропии коэффициента поглощения ультразвука рассчитаны времена релаксации, связанные с критическим процессом (релаксацией параметра порядка) и процессом внутримолекулярной релаксации.

7. Установлено качественное согласие произведения ТпВ2 для

поле и монодоменных образцов.

ОСНОВНЫЕ МАТЕРИАЛЫ ДИССЕРТАЦИИ ОПУБЛИКОВАНЫ

В СЛЕДУЮЩИХ РАБОТАХ:

1. Осипов A.B., Аюров Г.А., Богданов Д.Л., Лагунов A.C., Вековищев М.П. Экспериментальная установка для исследования акустических свойств ЖК при различных параметрах состояния в переменном магнитном поле. //Дел. в ВИНИТИ: 14.04.97., N 1205-В97.

2. Богданов Д.Л., Вековшцев М.П., Лагунов A.C., Осипов A.B. Поведение анизотропии коэффициента поглощения ультразвука в НЖК Н8 и его растворах в бензоле во вращающемся магнитном поле при высоких давлениях. // сб. "Ультразвук и термодинамические свойства вещества", Курск, 1997, с.116-125.

3. Богданов Д.Л., Геворкян Э.В., Лагунов A.C., Осипов A.B. Исследование временных зависимостей коэффициента поглощенная ультразвука в Н8 и его растворе в немезогенном растворителе при наложении магнитного поля //Деп. в ВИНИТИ: 14.08.98., N 2* 65-В98.

4. Осипов A.B., Вековшцев М.П., Богданов Д.Л. Зависимоаъ времени релаксации анизотропии поглощения ультразвука в пульсирующем магнитном поле от температуры. Всероссийская научная конференция (тез. докл.), Воронеж ,1997, с.244-246.

5. Богданов Д.Л. Осипов A.B. и др. Методика исследования анизотропии поглощения ультразвука НЖК в пульсирующем магтнтном поле. // сб. "Ультразвук и термодинамические свойства нещества", Курск, 1997, с.108-115.

6. Bogdanov D.L., Gevorkian E.V., Lagunov A.S., Ospov A.V. Ultrasonic attenuation anisotropy of liquid crystal mixtures in pulsing magnetic filds under a high pressure И Thesis of 17й International Liquid Crystal Conference, Strasbourg, 1998.

Текст диссертации на тему "Влияние давления на ориентационную релаксацию растворов жидких кристаллов немезогенным растворителем в пульсирующем магнитном поле"

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ

РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ Московский педагогический университет

На правах рукописи

ОСИПОВ АЛЕКСЕЙ ВИКТОРОВИЧ

УДК 534.286

ВЛИЯНИЕ ДАВЛЕНИЯ НА ОРИЕНТАЦИОННУЮ РЕЛАКСАЦИЮ РАСТВОРОВ ЖИДКИХ КРИСТАЛЛОВ В НЕМЕЗОГЕННОМ РАСТВОРИТЕЛЕ В ПУЛЬСИРУЮЩЕМ МАГНИТНОМ ПОЛЕ,

01.04.14 - Молекулярная физика и теплофизика Диссертация на соискание ученой степени кандидата физико - математических наук

Научные руководители: доктор физико - математических наук, профессор ЛАГУНОВ A.C. кандидат физико - математических наук, доцент БОГДАНОВ Д Л.

Москва - 1998

ОГЛАВЛЕНИЕ

Введение................................................................................... 5

Часть 1. Обзор экспериментальных и теоретических исследований 8 ориентационной релаксации в растворах НЖК.

1.1 Влияние статического магнитного поля на поглощение 8 ультразвука.

1.2. Основы динамики ЖК в переменных магнитных псшях. 17

1.3. Экспериментальные исследования динамики ориентаци- 23 онных процессов во вращающемся магнитном поле.

1.4. Экспериментальные исследования ориентационной релак- 25 сации в пульсирующем магнитном поле при высоком давлении.

1.5 Влияние давления на физико-химические свойства раство- 29 ров ЖК в органических растворителях.

1.6. Постановка задачи, выбор объекта и метода исследова- 34

нии.

Часть 2. Методика исследований акустических свойств НЖК в 39 магнитном поле.

2.1. Особенности методики исследования акустических 39 свойств ЖК в пульсирующем магнитном поле.

2.2. Блок-схема и аппаратура экспериментальной установки. 42

2.3. Измерительная камера высокого давления. 45

2.4. Схема создания магнитного поля. 47

2.5. Схема термостатирования. 48

2.6. Схема высокого давления. 49

2.7. Система заливки. 49

2.8. Система приема информации. 51

2.9. Методика проведения эксперимента. 53

2.10. Оцненка погрешности эксперимента. 54

2.11. Контрольные измерения и оценка погрешности зкспери- 58 мента.

Глава 3. Результаты экспериментальных исследований в растворах 59 НЖК.

3.1. Индукционные зависимости поглощения ультразвука для 59 стационарного магнитного поля при различных температурах и давлениях.

3.2 Временные зависимости поглощения ультразвука при на- 62 ложении магнитного поля.

3.3 Эффективное время релаксации коэффициента поглощения 64 ультразвука при включении магнитного поля

3.4. Временные зависимости поглощения ультразвука при 70 снятии магнитного поля.

3.5 Эффективное время релаксации коэффициента поглощения 73 ультразвука при выключении магнитного поля

3.6. Измерение коэффициента поглощения ультразвука при 75 включении магнитного поля индукцией, меньшей индукции насыщения. Эффект последействия.

Глава 4. Анализ результатов экспериментальных исследований. 76

4.1. Некоторые физико-химические свойства растворов НЖК 76 в органических растворителях.

4.2. Ориентационная релаксация НЖК при включении маг- 79 нитного поля.

4.3. Зависимость характеристического времени ть при включе- 83 нии магнитного поля от температуры, давления индукции магнитного поля и концентрации растворителя.

4.4. Ориентационная релаксация НЖК при выключении маг- 84 нитного поля.

4.5. Зависимость характеристического времени при включе- 86 нии магнитного поля от температуры, давления индукции

магнитного поля и концентрации растворителя.

4.6. Сравнение экспериментальных результатов с данными, 88 полученными для монодоменных образцов.

4.7. Зависимость отношения вращательной вязкости к диа- 90 магнитной восприимчивости от давления и концентрации растворителя.

4.8. Релаксационный характер анизотропии поглощения уль- 95 тразвука в статическом магнитном поле..

ВЫВОДЫ

ЛИТЕРАТУРА

ПРИЛОЖЕНИЕ.

98 100 110

ВВЕДЕНИЕ

Экспериментальные и теоретические исследования физико-химических свойств жидких кристаллов (ЖК) продолжают оставаться активно развивающейся областью молекулярной физики» что обусловлено несколькими причинами: во-первых, сочетанием в ЖК свойств, характерных как для классических жидкостей, так и для кристаллических тел; во-вторых, их широким использованием в системах записи, отображения, обработки и хранения информации; в-третьих, необходимостью проверки и дальнейшего развитая существующих феноменологических и молекулярно-статистических теорий жидкокристаллического состояния вещества.

За последние годы опубликовано немало работ, посвященных фундаментальным и прикладным иеследованям ЖК. Однако вне поля зрения обзорной и монографической литературы часто оказываются жидкокристаллические растворы немезогенных веществ. Такое положение представляется неоправданным, поскольку растворы ЖК в немезогенных соединениях уже в настоящее время достаточно широко используются в производственной и исследовательской практике: в качестве смесей для электрооптических устройств, в спектроскопии ЯМР и ЭПР, а также в оптической спектроскопии, в газожидкостной хроматографии, для получения полимерных материалов и др.

Растворы ЖК в немезогенах являются важным классом мезоген-ных систем с ясно выраженной спецификой. Это связано, с одной стороны, со значительно большим разнообразием типов межмолекулярных взаимодействий по сравнению с системами, содержащими только мезогены, благодаря использованию огромного разнообразия немезоморфных соединений в качестве компонентов растворов, а с другой стороны, с сильной структурированностью, нетипичной для изотропных неводных растворов.

Для осуществления целенаправленного синтеза новых нематиче-ских жидких кристаллов (НЖК) с заданными вязкоупругими и акусто-оптическими свойствами необходима информация о тегоюфизических и релаксационных параметрах имеющихся соединений. Поэтому актуальной задачей молекулярной физики и теплофизики растворов НЖК является изучение кинетики и термодинамики ориентационных эффектов и процессов межмолекулярной перестройки в широком временном и температурном интервалах, а также определение кинетических характеристик явлений переноса на межмолекулярном уровне.

В связи с вышеизложенным экспериментальные и теоретические исследования динамики молекулярных процессов, характеризующих ориентационную релаксацию в растворах НЖК, а также установление степени влияния температуры и давления на характер этих процессов являются одной из актуальных проблем физики ЖК. Повышенный интерес представляет изучение релаксационных свойств растворов НЖК, подверженных воздействию внешних переменных и пульсирующих магнитных и электрических полей, так как именно такие исследования позволяют получить информацию о влиянии термодинамических параметров состояния на кинетические свойства ЖК. Кроме того, многообразие теоретических подходов к описанию релаксационных свойств ЖК не позволяет сделать выводы в пользу одной из существующих теорий. В связи с этим исследования поведения растворов НЖК, проведенные при изменяющихся термодинамических параметрах состояния, а в особенности при высоких давлениях, являются актуальными и своевременными.

Самостоятельный интерес представляет изучение влияния молекул немезогена на ориентационную подвижность молекул и молекулярных комплексов НЖК, подверженных внешним воздействиям немехани-

ческой природы» акустическим методом, то есть в поле высокочастотных периодических объемных деформаций.

Следует отметить» что акустический метод исследований обладает также той особенностью, что с его помощью можно изучать объемные свойства мезофаз» подверженных незначительному влиянию ограничивающих поверхностей, в то время как рядом других методов исследуются фактически пленочные образцы, линейные размеры которых соизмеримы с магнитной длиной когерентности. Другим привлекательным свойством акустического метода является способность к широкому варьированию параметром ©Тт (© - частота ультразвука, Ъп - время релаксации ш-го процесса), что позволяет проводить анализ в рамках теоретических представлений, справедливых для конкретной величины , дать т. е. в области спектральных характеристик высокочастотных молекулярных процессов.

Таким образом» экспериментальное изучение анизотропных акустических свойств растворов нематичееких жидких кристаллов в немезогенных растворителях при изменяющихся р,Т - термодинамических параметрах состояния может способствовать развитию фундаментальных теорий и прикладных исследований данного класса конденсированных сред.

Часть 1. Обзор экспериментальных и теоретических исследований ориентацнонной релаксации в растворах НЖК,

§ 1.1. Влияние статического магнитного поля на поглощение ультразвука в НЖК.

Наложение магнитного поля приводит к анизотропии целого ряда физических величин, в том числе и коэффициента поглощения ультразвука.

Прежде всего магнитное поле изменяет характер угловой зависимости коэффициента поглощения ультразвука в соответствии с формулой:

-^у- = С + а-с082ц/ + Ь'СОБ ц/, (1.1.1)

(

где коэффициенты а, Ь и с связаны с коэффициентами вязкости гидродинамических теорий.

Влияние магнитного поля на поле директора с учетом ориентирующего действия стенок, характеризуется отношением магнитной длины когерентности к размеру области 1, т.е. величиной £¿/1. Естественно предположить, что локальные свойства НЖК полностью определяются директором.

Важный класс магнитоакустических явлений, связан с изменением акустических свойств НЖК, вызванным переходом Фредерикса [1].

Для монодоменного образца в одноконстантном приближении усредненная по длине образца величина коэффициента поглощения

&ХЬ%)= у будет равна [2.2]:

ъ. 1

для S - перехода; (1.1.2)

{а)5=с + а-Эт2вш+Ь.3ш4ет--р- (b+2а-Sin2em)-11/(вш)-Ь-15<(вт)

i •' f£ Г2

(b+2a-cos2em)-ij/(em)-b-i^(em)

(а)- = с + b • cos19_ + а • cos4 Qm - — ■

\ /в HI И | П и» / "» /

для В - перехода; (1.1.3)

Здесь 6т = вш(1/4)- максимальный угол поворота директора, при % £ Щ равный нулю, а при 1/2; > те определяемый из уравнения:

1/4 = 21^.(6*0 и (1.1.4)

/2

1Дв,)= |в"(«п2вв -sine) dG. (1.1.5)

В экспериментах обычно измеряют угловую зависимость анизотропии поглощения:

A<x(ij/)=a(4[/)-aj.=acos2i|/+b'Cos4ij/ (1Л .6)

В работе [23} исследованы температурные и угловые зависимости анизотропии коэффициента поглощения ультразвука в этоксибензили-дене-п-н-бутиланилине (ЭББА).

Измерения угловой зависимости анизотропии коэффициента поглощения ультразвука Лсфу) показали, что с увеличением частоты и понижением температуры минимальное значение Аа(\р) уже не соответствует i|i=90° (рис. 1.1.1, 1.1.2). Аналогичное поведение обнаружено в МББА [24]} измерения в котором проводились при Т=25°С в диапазоне частот от 5 до 85 МГц и индукции магнитного поля 0.2 Тл, Для объяснения этого факта использовалось выражение(1.1.6). Значения b и а находились с помощью метода наименьших квадратов по наилучшему соответствию экспериментальной и теоретической зависимостей. Анализ температурно - частотной зависимости коэффициентов а и b показал, что коэффициент а всегда положительный, тогда как b может принимать как положительные^ так и отрицательные значения в зави-

80 40 О

SOS 323 343 "ПК

Рис, i .2.1 Температурная зависимость коэффициентов ой, ао, а1 в ЭББА

при f = 25 МГц, В = О Л Тл [23].

60

30

о

Рис. 1.2.2. Угаовая зависимость анизотропии коэффициента поглощения Да(ф) в ЭББА; a) Т = 3 i 7 К, б) f = 25 МГц (В = u.iTn) [23].

а, дб/ем

симости от температуры и частоты. Когда коэффициент Ь меньше нуля, то минимальное значение Да(х|/) имеет место при углах, отличных от цд=90° причем положение минимума определяется выражением:

Г~ь

Ваш =агссоз Л/— (1Л .7)

V а

Характерной особенностью НЖК является существование порогового (насыщающего) значения напряженности магнитного поля, что также связано с наличием в жидком кристалле включений, дисклина-ций, сложных граничных условий и т.п. На рис. 1.1.3. представлены результаты исследований акустических свойств п-азоксианизола (ПАА) на частотах 3-60 МГц, приведенного в работах [26,27]. Авторы показывают, что коэффициент поглощения ультразвука в магнитном поле параллельной ориентации - увеличивается, а в поле перпендикулярной ориентации - уменьшается относительно его значения в неориентированном образце. Наибольшее изменение наблюдается при увеличении индукции от 0 до 0.1 Тл, и дальнейшее ее возрастание не вызывает существенного изменения коэффициента поглощения ультразвука (1.1.6). Аналогичное поведение коэффициента поглощения ультразвука в зависимости от индукции магнитного поля отмечается в работе [28] на примере МББА (рис. 1.1.4). Следует заметить, что в указанных работах отмечается уменьшение величины Да/Р = (<щ(-а±)/Р с ростом частоты ультразвука, что говорит о релаксационном характере анизотропии коэффициента поглощения ультразвука,

Аналогичный характер зависимости Аа/Р от величины напряженности магнитного поля имеет место для смесей ЖК-404, ЖК-440, Н-37 [30]. Во всех исследованных объектах индукция насыщения не превышала величины 0.15 Тл.

[

о - 3 МГц; «- 15 МГц; а - 60 МГц [27].

а-Оо, дб/см

Рис.1.2.4. Индукционная зависимость анизотропии коэффициента поглощения а!1, а1 в МББА (Г = 5 МГц, АТ = 6 К).

Экспериментальные данные по индукционной зависимости коэффициента поглощения удовлетворительно описываются эмпирическим выражением вида {8}:

(Ла/Г2)!! = (Да/Р)» • {1-ехр[1Ч2В/Внас)2-4±0-2]}, (Ы-8)

где (АаД2)^ = Нт (Ла/Г2)!!; Виае - индукция насыщения.

В—№

II. Магнитное поле изменяет анизотропные параметры релаксации, и в первую очередь ориентационной. При отсутствии поля время релаксации флуктуаций директора неограничено возрастает, что является следствием вырождения направления директора. Включение поля снимает вырождение, в результате чего происходит процесс релаксации к поло» жению равновесия с тем меньшим временем, чем больше глубина образования потенциальной ямы. Случаи, связанные с переориентацией монодоменного образца во вращающемся магнитном поле и ориентацией поледоменного образца в пульсирующем поле рассмотрены ниже.

При приближении к точке просветления увеличивается время релаксации параметра ориентационной упорядоченности, что определяет наличие максимума на температурной зависимости анизотропии коэффициента поглощения НЖК перед обращением ее в ноль в окрестности фазового перехода в изотропную фазу.

Температурная зависимость анизотропии коэффициента поглощения ультразвука в МБ Б А приведена в работе [36]. Образец предварительно нагревался до изотропной фазы, а затем охлаждался в присутствии магнитного поля до необходимой температуры. Измерения производились в магнитном поле индукцией 0.05-0.25 Тл на частоте 3.5 МГц (рис. 1.1.5).

Результаты экспериментального исследования и теоретический анализ температурной зависимости анизотропии коэффициента поглощения ультразвука в МВБ А на частотах от 1 до 10 МГц приведены в

Аои дб/см

г.5 г.о

1 .5

1 .О

□.5 О

-□.5

15

//

-10

О ТТсЖ

Рис.1.1.5. Температурная зависимость поглощения ультразвука в

МББА;

- ой - а1,----ай - ао, - * - »- - а?- ао ( В = 0.5 Тл,

Г =3.5 МГц) [36].

1,0

- теория

— эксперимент

1 МГц

2 МГц

4 МГц

10 МГц

298

303

308

313 Т.К

Рис.1 Л .6. Температурная зависимость коэффициента поглощения Аа/Р

при В = 0.37 Тл [37].

1

I

РисЛ.2.7 Температурная зависимость анизотропии коэффициента поглощения ЫР- в НЖК при £ = 3 МГц (В = 0.15 Тл).

Рис. 1.2.8 Температурная зависимость анизотропии коэффициента поглощения Аа/Р в НЖК при Г = 620 МГц (В = 0.15 Тл) [21].

работе [37]. Измерения проводились импульсным методом в магнитном поле индукцией 0.37 Тл. Анализ экспериментальных данных показал, что, во-первых, Да/Г2 убывает с ростом частоты, во-вторых, максимум Да/Г2, расположенный вблизи Тс, исчезает с ростом частоты (рис.1.1.6). Подобное поведение До(ГТ) авторы связывают с наличием двух релаксационных процессов и считают, что величина Да/Р может быть представлена в виде:

Да 2пг

!г о?

с

+ --+ АВ

»22 »22

I + со гк 1 + а гп

(1.1.9)

где ДВ - не релакеирующая часть; £Ц,£|_ - релаксационные силы; тк -время релаксации "нормальной" части анизотропии коэффициента поглощения; Хс - время релаксации "критической4 части анизотропии коэффициента поглощения ультразвука.

Релаксационное время тк связывается с временем конформацион-ных концевых молекулярных групп, атс-с временем релаксации параметра порядка. Релаксационные времена могут быть записаны в виде: тк(Т) - сопз I *Т-1 • ехр( ДН/ЯТ); (1.1.10)

хс(Т) = сошКТс-ТУ; (1.1.11)

где ДН - энтальпия активации;

V - критический показатель.

Особый интерес для изучения ориентационной динамики НЖК представляют акустические исследования нематических смесей и их чистых компонент. Такие исследования для МББА, ЭББА, ЖК - 404 и ЖК - 440 [21] позволяют проследить действие различных механизмов анизотропии акустических параметров. На рис. 1.1.7 и 1.1.8 представлены температурные зависимости анизотропии коэффициента поглощения ультразвука на частотах 3 МГц и 620 МГц.

§1.2. Основы динамики ЖК в переменных магнитных полях.

Исследования динамики поведения ЖК в изменяющихся по направлению или по величине магнитных полях дают богатый материал для теоретического анализа кинетических процессов, связанных с переориентацией макроскопических объемов ж