Структура та електрооптичні властивості індукованих холестеричних рідких кристалів

18-тій Міжнародній конференції з рідких кристалів (Сендай, Японія, 24-28 липня, 2000) ;

Міжнародній науково-технічній конференції з оптоелектронних інформаційних технологій “Фотоніка-ОДС 2000” (Вінниця, 2-5 жовтня, 2000).

Публікації. Результати дисертаційної роботи опубліковані в 1 монографії, 59 наукових працях (36 використано в авторефераті), в тому числі 5 авторських свідоцтвах та патентах, 18 матеріалах конференцій та тезах конференцій, а також у 8 звітах з науково-дослідних робіт.

Структура та об’єм дисертації. Дисертація складається зі вступу, 6 розділів, висновків та списку використаних джерел. Вона містить 294 сторінки, 147 рисунків, 6 таблиць та 238 використаних джерел.

 

 

У вступі обґрунтована актуальність теми дисертації, сформульовано мету та задачі роботи, наведені положення про наукову новизну та практичну значимість роботи, а також представлені відомості про апробацію роботи та публікації за темою дисертаційної роботи.

У першому розділі дисертаційної роботи проаналізовано характер розсіювання рентгенівських променів у рідкокристалічних речовинах, враховуючи, що форма експериментального профілю інтенсивності розсіювання визначається як видом кореляційної функції, так і вкладом структурного фактора.

В загальному випадку інтенсивність розсіяння рентгенівських променів анізотропними рідинами може бути представлена у вигляді:

де N – густина частинок, F (q) – структурна амплітуда частинок з орієнтацією , G (r1212) – кореляційна функція, яка залежить від відстані між центрами мас молекул та від їх взаємної орієнтації, q=4 sin - вектор розсіювання.

Основна увага приділена аналізу малокутового рентгенівського розсіювання в сумішах сильно та слабополярних рідких кристалів. Показано, що метод малокутового рентгенівського розсіяння дає можливість встановити як розміри структурних одиниць на молекулярному рівні, так і розміри флуктуаційно виникаючих областей зі смектичним ближнім порядком, а вигляд малокутового рефлексу – форму надмолекулярного утворення з мезогенних молекул. Структурною одиницею в полярних нематичних рідких кристалах є, в основному, димери. У сумішах сильно та слабополярних рідких кристалів рівновага в системі димер – мономер зміщена в сторону мономерів, причому структурною одиницею слабополярних рідких кристалів може бути і димер. Таким чином, суміш складається з мономерів та димерів полярної компоненти та димерів або мономерів слабополярної компоненти. Однак можливою є також ситуація, коли мономери полярної компоненти асоціюють з молекулами слабополярної компоненти. Утворюється нова структурна одиниця, яка буде основою для побудови флуктуаційно виникаючих смектичних областей, причому від кількості та виду цих утворень пакування їх може відбуватися як у шари з неспівмірними періодами, так і в шари з одним періодом. Показано, що отримані значення кореляційних довжин дають можливість оцінити порядок розміру смектоподібних областей, більш реальні значення флуктуаційно виникаючих смектоподібних областей дає використання рівняння Дебая-Шерера. Проаналізовано кореляційні функції, які використовуються для аналізу дифракційного профілю від рідкокристалічних речовин. Показано, що величина формфактора, пов’язана як з розподілом густини, так і з формою розсіюючого надмолекулярного утворення, буде визначати вигляд малокутового рефлексу від орієнтованих рідкокристалічних речовин. Найпоширенішим виглядом малокутових рефлексів є форми у вигляді “штриха”, розмитої “чотириточки” та “чотириточки”. Показано форми надмолекулярних утворень у рідкокристалічних речовинах, які відповідають певному типу рефлексу. Проаналізовано особливості експерименту з малокутового рентгенівського розсіювання, включаючи конструкцію кювет, запропонованих нами, та обробку експериментальних профілів розсіювання.

Другий розділ дисертації присвячений результатам досліджень флуктуаційної шарової структури нематичних рідких кристалів, які використовуються в якості матриць для індукування в них гелікоїдальної структури, а також індукованих холестериків на основі цих матриць. Дослідження цих речовин проведено в орієнтованому стані під дією магнітного поля. Розглянуто питання впливу магнітного поля на флуктуаційну шарову структуру як нематичної матриці, так і отриманих на її основі індукованих холестеричних речовин. Показано, що залежність поздовжньої кореляційної довжини від напруженості магнітного поля при фіксованій температурі як для нематичних матриць, так і для індукованих холестериків має однаковий характер, а саме, збільшення величини магнітного поля приводить до зростання  в певних межах величини поля, а потім спостерігається незалежність поздовжньої кореляційної довжини від величини поля. Величина поля, яка розділяє ці дві ділянки – це поле насичення. Подальші дослідження проводились при полях, більших від поля насичення. Встановлено, що для індукованих холестериків поля насичення вищі, ніж для нематичних матриць, які використовувалися для отримання індукованих холестериків.

Аналіз дифракційних профілів інтенсивності малокутового рентгенівського розсіювання та вигляду малокутового рентгенівського рефлексу від орієнтованих нематичних та індукованих холестеричних речовин показує, що дифракційний профіль має лоренцову форму і добре описується виразом:

а основні види рефлексів – це “штрих”, розмита “чотириточка” та “чотириточка”. Основу індукованих холестеричних речовин складають нематичні матриці, в які для індукування гелікоїдальної структури вводяться оптично активні домішки. Нематичні матриці – це речовини з різною структурною організацією мезогенних молекул. Розглянемо результати рентгенівських експериментів. Флуктуаційна шарова структура слабо проявляється у нематиків на основі азоксисполук та фенілбензоатів. Це речовини, яким притаманна пряма сиботактична структура. На фоторентгенограмах цих речовин у всьому температурному інтервалі існування мезофази спостерігаємо рефлекси у вигляді “штриха”. На температурній залежності періоду флуктуаційної шарової структури поздовжньої кореляційної довжини та інтенсивності розсіювання рентгенівських променів маємо зростання цих величин зі зниженням температури. Прикладом речовин з більш організованою структурою є n-гексилоксифеніловий ефір n-бутоксибензойної кислоти та n-гексилоксифеніловий ефір n-капроноксибензойної кислоти. Ці речовини характеризуються скошеною сиботактичною структурою і на їх фоторентгенограмах маємо