Структура та електрооптичні властивості індукованих холестеричних рідких кристалів

НАЦІОНАЛЬНА АКАДЕМІЯ НАУК УКРАЇНИ НАУКОВО-ТЕХНОЛОГІЧНИЙ КОНЦЕРН “ІНСТИТУТ МОНОКРИСТАЛІВ” ІНСТИТУТ МОНОКРИСТАЛІВ

 

Микитюк Зіновій Матвійович

 

УДК 548. 0: 532783

 

 

Спеціальність 01. 04. 15 – фізика молекулярних і рідких кристалів

 

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня доктора фізико-математичних наук

 

ХАРКІВ – 2002

 

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана на кафедрі електронних приладів Національного університету “Львівська політехніка”

Науковий консультант: доктор технічних наук, професор ГОТРА Зенон Юрійович, Національний університет “Львівська політехніка”, завідувач кафедри електронних приладів.

Офіційні опоненти: доктор фізико-математичних наук РЄЗНІКОВ Юрій Олександрович, Інститут фізики НАН України, завідувач відділу доктор фізико-математичних наук ЛИСЕЦЬКИЙ Лонгін Миколайович, Інститут монокристалів НАН України, провідний науковий співробітник доктор фізико-математичних наук, професор ГРИЦЕНКО Микола Іванович Чернігівський державний педагогічний університет ім. Т. Г. Шевченка, завідувач кафедри.

Провідна організація – Інститут фізики напівпровідників НАН України, відділ оптоелектроніки

Захист дисертації відбудеться “_17___”_квітня________ 2002 р. о _14___ год. на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 64. 169. 01 при Інституті монокристалів НАН України., 61001, м. Харків, пр. Леніна, 60

З дисертацією можна ознайомитися в бібліотеці Інституту монокристалів НАН України (пр. Леніна, 60)

Автореферат розісланий “15_”_березня__ 2002 р.

 

 

Актуальність теми. Суттєвий інтерес до подальшого вивчення структури та фізичних властивостей холестеричних рідких кристалів, як власних так і індукованих, виникає в зв’язку з усе ширшим їх технічним впровадженням, насамперед, у відбиваючих кольорових дисплеях за рахунок селективного відбивання планарних шарів рідкого кристала. Модулятори світла на основі холестеричних рідких кристалів успішно застосовуються як базові елементи в пристроях формування, введення-виведення, покращення якості, фільтрації зображень та відображення масивів інформації.

Одним з найбільш інформативних методів дослідження структури є рентгенівський метод, який дає можливість встановити як розміри структурних одиниць на молекулярному рівні, так і розміри флуктуаційно виникаючих областей зі смектичним ближнім порядком. Вигляд малокутових рефлексів від орієнтованих зразків дає можливість судити про форму розсіюючих надмолекулярних утворень. Саме структура і буде визначати фізичні властивості цих матеріалів, в тому числі й електрооптичні. Встановлення ж кореляцій між структурними особливостями холестеричної фази та її властивостями дало б можливість вести напрямлений пошук мезогенів з заданими властивостями. Особливе місце займають індуковані холестерики, отримані шляхом введення оптично активних домішок в ахіральний нематик, оскільки в них існує можливість цілеспрямованої зміни параметрів мезофази, а саме, кроку індукованої спіралі, констант пружності, величини діелектричної анізотропії, створюючи таким чином матеріали з необхідними параметрами. Тому встановлення закономірностей у формуванні надмолекулярної структури в індукованих холестериках, ролі нематичної матриці та оптично активної домішки і впливу утвореної структури на властивості цих матеріалів є актуальною задачею.

Зв’язок роботи з науковими роботами, планами і темами. Дослідження дисертаційної роботи проводились у відповідності з тематичними планами науково-дослідних держбюджетних і госпдоговірних робіт у Національному університеті “Львівська політехніка” з 1980 до 2000 року (номери державної реєстрації 01890072626, 0193U040290, 0193U040291, 0193U040352, 0196U000169, 0198U002344, 0100U000486), а також у рамках науково-дослідних робіт кафедри “Електронні прилади” Національного університету “Львівська політехніка”.

Мета і задачі досліджень. Встановлення закономірностей у формуванні структури індукованих холестериків та взаємозв’язку її з електрооптичними властивостями. Основними завданнями, які необхідно вирішити для досягнення поставленої мети, були:

дослідження методом малокутового рентгенівського розсіяння надмолекулярної структури нематичних матриць та індукованих холестеричних рідкокристалічних речовин та побудова моделі структури індукованого холестерика;

дослідження впливу нематичних матриць чистих сильно та слабополярних речовин та їх сумішей на характер формування структури індукованих холестериків;

дослідження впливу температури, електричних та магнітних полів на характер флуктуацій шарової структури індукованих холестериків;

дослідження холестерико-нематичного переходу в індукованих холестериках під дією електричного поля та розробка методики визначення фізичних параметрів індукованих холестериків;

дослідження макроструктури індукованого холестерика в процесі холестерико-нематичного переходу методом оптичної дифракції;

дослідження модуляційних характеристик індукованих холестериків для розробки на їх основі ефективних модуляторів, дефлекторів, оптичних автогенераторів, ПЧМС з використанням гістерезисних властивостей холестерико-нематичного переходу (ХНП), стабілізаторів потужності лазерного випромінювання.

Обєкт дослідження. Надмолекулярна структура і механізми формування надмолекулярних утворень в нематичних матрицях та індукованих холестериках на їх основі, а також електрооптичні ефекти в таких системах.

Предмет дослідження. Нематичні матриці та індуковані холестеричні рідкі кристали, утворені на основі нематичних матриць з домішками ефірів холестерину.

Методи дослідження. Малокутове рентгенівське розсіювання, малокутове розсіювання світла, інфрачервона спектроскопія, комп’ютерне моделювання молекул досліджуваних речовин, аналіз одержаних електрооптичних характеристик.

Наукова новизна одержаних результатів.

Вперше проведено систематичне дослідження і встановлені значення параметрів флуктуаційної шарової структури (період, кореляційна довжина) в нематичних сумішах різнорідних компонентів у залежності від температури, концентрації та наявності в системі хіральних молекул ефірів холестерину.

Встановлено, що форма надмолекулярного утворення індукованого холестерика на молекулярному рівні, яка визначає вигляд малокутового рентгенівського рефлексу, залежить як від форми надмолекулярного утворення нематичної матриці, так і від роду домішки, яка визначає вид структурної організації мезогенних молекул, а саме, пряму або скошену сиботактичну структуру.

Показано, що незалежно від структури матриці та роду домішки існує інтервал концентрації домішки, в якому кореляційна довжина, а відповідно й константи К22 і