Структура та електрооптичні властивості індукованих холестеричних рідких кристалів

Вигляд рефлексу змінюється з температурою, а саме, розмита “чотириточка” переходить у “штрих” при високих температурах. Температурна залежність величин d,  та I поводить себе як і в раніше розглянутих нематичних рідких кристалах. Ця залежність є типовою для нематиків без смектичної фази і лише за 2-30 до температури переходу в кристалічний стан спостерігається дещо інтенсивніше зростання цих величин, що свідчить про потенційну смектогенність даних нематиків. Флуктуації смектичного параметра порядку в них розвинуті значно більше, ніж у розглянутих раніше нематичних рідких кристалах.

Рис. 1. Фоторентгенограма індукованого холестерика на основі нематичної матриці – n-гексилоксифеніловий ефір n-бутоксибензойної кислоти – з домішкою 0, 4% холестерилпальмітату при різних температурах: 1 – 290 К (1) ; 2 – 294 К (2) ; 3 – 317, 5 К (3) ; 4 – 323 К (4). Напрямок магнітного поля горизонтальний.

Наступний клас нематичних матриць – це нематики, які мають смектичну С-фазу при низьких температурах. Класичним прикладом цих речовин є сьомий, восьмий, дев’ятий та десятий члени гомологічного ряду n – n алкоксибензойних кислот. На фоторентгенограмах цих речовин при низьких температурах спостерігається рефлекс у вигляді “чотириточки”, яка при підвищенні температури трансформується в “штрих”. На температурній залежності величин d,  та I маємо типову поведінку цих величин для нематиків з низькотемпературною смектичною фазою, а саме, різке зростання величини інтенсивності та поздовжньої кореляційної довжини з наближенням до точки фазового переходу в смектичну фазу. Розглянемо молекулярний аспект проблеми. При високих температурах для всіх речовин, які використовуються в якості матриць, маємо утворення з молекул рідкого кристала, що являють собою псевдошари певних розмірів, по мірі зниження температури псевдошар зростає в напрямку, перпендикулярному до осі текстури і дещо відхиляється від цього напрямку, утворюючи кут між напрямком, перпендикулярним до осі текстури та площиною шару. Кореляційна довжина при цьому зростає, таким чином відбувається процес утворення досконалішої флуктуаційної шарової структури. Таким чином, по мірі зменшення температури збільшується кількість молекул у псевдошарі та зростає кількість шарів, що корелюють між собою. В якості нематичних матриць ми використовували також суміші слабо та сильнополярних рідких кристалів. Слабополярною компонентою служила суміш азоксисполук, а сильнополярною – п’ятий та восьмий члени гомологічного ряду ціанобіфенілів. Змінюючи процентний склад слабополярної компоненти, можна було в широких межах змінювати як характер структурної організації мезогенних молекул, так і склад структурних одиниць, які формували надмолекулярне утворення (псевдошар). Крім цього, в сумішах азоксисполук з оксиціанобіфенілом, якщо концентрація останнього перевищує 30%, маємо смектичну А фазу. Це дає можливість встановити основні закономірності формування структури в передперехідних у смектичну А фазу областях та вплив критичних флуктуацій матриці на структуру індукованого холестерика.

Розглянемо основні закономірності концентраційної залежності періоду флуктуаційної шарової структури, кореляційної довжини та інтенсивності розсіювання. Слід зауважити, що всі ці залежності мають різко нелінійний характер для систем зі смектичним ціанобіфенілом, саме в інтервалі 30-40% сильнополярної компоненти маємо максимальне значення цих величин. Саме при цих концентраціях сильнополярної компоненти в нематичній матриці основною структурною одиницею, яка служить основою флуктуаційної шарової структури є асоціат з молекул сильно та слабополярної компонент. При зменшенні концентрації сильнополярної компоненти відбувається руйнування цих асоціатів і система складається як з димерів та мономерів сильнополярної компоненти, так і з індивідуальних молекул слабополярної речовини, при збільшенні ж концентрації сильнополярної компоненти відбувається також процес руйнування нових молекулярних утворень, і все більшу роль відіграють димери сильнополярної компоненти, в шарову структуру яких вбудовуються індивідуальні молекули слабополярної компоненти. Крім цього, утворені асоціати нового типу досить стійкі до впливу температури, про що свідчить майже незмінне значення величин d,  в широкому температурному інтервалі на відміну від димерів сильнополярної компоненти, дуже чутливих до температурного впливу – температура руйнує димерні утворення, і системи при температурах, близьких до температури переходу в ізотропну рідину, складаються виключно з мономерів. Розглянемо концентраційну поведінку інтенсивності розсіювання, періоду шарової структури, кореляційної довжини для сумішей на основі пентилціанобіфенілу та азоксисполук. В цій системі відсутня специфічна взаємодія між молекулами компонент, які утворюють суміш. Період d лінійно змінюється з концентрацією сильнополярної компоненти в суміші, таким чином, період шарової структури утворюється за рахунок адитивного вкладу структурних одиниць, що формують шар, а саме, димерів ціанопохідної та індивідуальних молекул азоксисполук.

Концентраційна залежність максимуму інтенсивності розсіювання та кореляційної довжини при певних приведених температурах має дещо інший характер, а саме, при збільшенні концентрації сильнополярної компоненти ці величини зростають і мають максимальне значення при концентрації 30-40% ціанобіфенілу. Таке зростання цих величин може зумовлюватися тенденцією системи до утворення індукованої смектичної фази, хоч експериментально вона не спостерігається. Така велика потенційна “смектогенність” суміші повинна проявитися і в фізичних властивостях. Аналіз отриманих експериментальних результатів з малокутового розсіювання рентгенівських променів в індукованих холестериках дає можливість стверджувати, що впровадження молекул ефірів холестерину до слабовпорядкованої нематичної матриці не змінює вигляду малокутового рефлексу, а саме, меридіальний “штрих”, властивий нематичній матриці, спостерігаємо і для індукованих холестериків, причому незалежно від положення холестерика в гомологічному ряді.

Показано, що для індукованих холестериків на основі слабовпорядкованих матриць при збільшеній концентрації ефіру холестерину в матриці відбувається систематичне зростання інтенсивності розсіювання рентгенівських променів та незмінність періоду флуктуаційної псевдошарової структури. Кореляційна довжина дещо