работа (стр. 5 из 5)
В этой части работы изучался кристалл MHPBC, структурная формула которого приведена ниже.
Рисунок 4.3. Структурная формула кристалла MHPBC.
На рисунке 4.4 представлен график зависимости поляризации от температуры для кристалла MHPBC.
Как видно из предложенного графика, при температуре 660 происходит переход из фазы С в некоторую фазу, которую идентифицировать пока не удалось [27]. В интервале 60.50 - 660С присутствует еще один переход. По мнению исследователей, обе фазы в указанном температурном интервале являются антисегнетоэлектрическими.
Рисунок 4.4.Температурная зависимость поляризации в кристалле MHPBC.
Измерения проводились при напряжении на электродах ячейки 5 вольт, при котором поляризация в ЖК не достигала насыщения. Следует отметить, что были произведены измерения и при напряжении 10 вольт, при которых кривая поляризации не имела никаких аномалий, из чего можно сделать вывод о том, что найдена верхняя граница существования указанных антисегнетоэлектрических фаз. Необходимо сделать важное замечание. В работе [27] утверждалось, что кристалл MHPBC является энантиотропным, т.е. все указанные фазы могут наблюдаться как при нагреве, так и при охлаждении. По результатам проведенных исследований выяснилось, что он относится к монотропным ЖК, в которых фазы проявляются только при охлаждении кристалла.
На рисунке 4.5 приведен график для диэлектрической восприимчивости, рассчитанной по формуле:
(4.2.1)Как видно из формулы, полученная величина χ достаточна лишь для оценки,
т.к. по результатам предварительных измерений в каждой из четырех
Рисунок 4.5. График зависимости диэлектрической восприимчивости от температуры для кристалла MHPBC.
наблюдаемых фаз линейный участок зависимости
имеет место при определенных напряжениях (~до 1В, что значительно ниже используемых в работе), а точная оценка χ возможна лишь при линейной зависимости.§4.3. Электрооптические измерения.
Для определения текстур фаз, найденных в MHPBC, были произведены электрооптические исследования на микроскопе. Для этого ячейку с жидким кристаллом помещали в термостат и подвергали процессам нагрева и последующего охлаждения. Переход в изотроп произошел при 1230С.
Рисунок 4.6. Фотография формирования фазы при температуре 18.70С.
Все текстуры фотографировались при охлаждении. Первые зародыши фазы появились при ~1190С, после чего температура ячейки была стабилизирована. На рисунке 4.6 приведена равновесная текстура образовавшейся фазы. Окончательное формирование фазы произошло при температуре 1130С (см. рис. 4.7).Рисунок 4.7. Фотографии фазы А. Слева: Фотография текстуры стерических доменов, полученная в работе [28]. Справа: текстура MHPBC, сделанная при Т=113°С.
Следующая обнаруженная фаза сформировалась при 700С. Методом сравнений обнаруженные фазы удалось идентифицировать как фаза А и фаза С соответственно. Точечные дефекты на обеих текстурах не могут быть идентифицированы как одиночные спейсеры, однако есть все основания полагать, что они (дефекты) являются сгустками спейсеров, вокруг которых в слое СЖК возникают локальные дефекты, которые, вообще говоря, ухудшают оптическое качество слоя жидкого кристалла, если спейсеры находятся в пределах световой апертуры (рисунок 4.8). Однако интегрально рассеяние света на дефектах ориентации вокруг спейсеров меньше, чем рассеяние на регулярных неоднородностях текстуры, таких как, например, упругие или сегнетоэлектрические домены, что видно на левой фотографии рисунка 4.8.
Рисунок 4.8. Фотографии фазы С. Слева: Текстура 1,5mm слоя С*ЖК-408. Точечные дефекты – нарушения ориентации вокруг 1,5mm спейсеров, полосковые дефекты – сегнетоэлектрические домены. Площадь текстуры на микрофотографии - 135´165 mm2. Фото взято из работы [29]. Справа: текстура MHPBC, сделанная при Т=70°С.
К сожалению, в результате первого исследования не удалось оптически зарегистрировать ни одну из сегнетоэлектрических фаз, однако работа в этом направлении далека от завершения.
5.Выводы и проблемы.
В результате проведенных исследований были освоены методы измерения спонтанной поляризации методом интегрирования токов переполяризации, угла наклона и диэлектрической восприимчивости ЖК, проведены электрооптические измерения для определения типа фаз, наблюдавшихся в MHPBC; сделаны выводы о том С*ЖК – 533 является несобственным сегнетоэлектриком, а MHPBC – энантиотропным ЖК.
Также необходимо отметить и ряд проблем, с которыми пришлось столкнуться при выполнении данной работы. Толщина ячеек используемых в работе, не превышала 4.75 мкм, что не является пределом для данной области исследований. Однако при указанных толщинах важную роль на все измеряемые параметры оказывают взаимодействия ЖК и нанесенного на внутреннюю поверхность ячейки ориентанта. По самым оптимистическим прогнозам, эти взаимодействия играют роль вплоть до толщин в 20 мкм. Такие взаимодействия могут не только замазывать пики на графиках, т.е. скрывать фазовые переходы, но и убивать антисегнетоэлектрик. Кроме того, необходимо было поддерживать строго определенную скорость нагрева термостата, в противном случае регистрируемая и действительная температура ячейки могли отличаться. А поскольку используемый термостат не являлся автоматом, фиксирование температуры в нем на первых этапах работы представляло некоторую проблему для автора работы.
Для решения указанных проблем необходимо не только рассчитать и вычесть поверхностные явления, но и освоить метод приготовки ячеек. Также необходимо освоить еще один метод изучения ЖК и фазовых переходов - измерение петель гистерезиса.
6. Дополнение А. Полная схема экспериментальной установки.Рисунок 6.1. Схема экспериментальной установки.
В подачи сигнала на ячейку используется один из четырех генераторов; на рисунке показаны виды импульсов, которые каждый из них способен подавать на выход. Приведем названия генераторов: 1 – генератор импульсов Г5-63, 2 – генератор сигналов низкочастотный Г3-112, 3 – генератор сигналов специальной формы Г6-28, 4 – генератор сигналов, имитирующих работу ячейки ЖК мониторов. Источниками питания лампы подсветки микроскопа и ФЭУ являются ТЕС 7М и высоковольтный стабилизированный выпрямитель ВСС – 2. Нагрев термостата осуществлялся при помощи нихромовой спирали, питаемой от ФЕС 5010, а температура определялась исходя из показаний вольтметра ВС – 21А, измеряющего напряжение на термопаре, один конец которой поддерживался при постоянной температуре талого льда (00С). Для регистрации отклика ячейки использовался осциллограф С1 – 91.
7.Литература.
1.Струков Б.А. Сегнетоэлектричество. М.: Наука(1979.).
2.Meyer R.B., Libert L., Strzelecki L., and Keller P., Ferroelectric Liquid Сrystals, - J. De Phys. Lett., v. 36, p. L-69 - L-71, (1975).
3. L. A. Beresnev, L. M. Blinov, V. A. Baikalov, E. P. Pozhidaev, A. I. Pavluchenko, G. V. Purvanetskas. Ferroelectricity in tilted smectics doped with optically active additives, Mol. Cryst. Liq. Cryst., 89, 327- 338, (1982). 4. Reinitzer F., Montash Chem., 9, 421 (1888).
5. D. Demus, J. Goodby, G. W. Gray, H.-W. Spiess, V. Vill. Handbook of Liquid Crystals, vol. 2B, Wiley-VCH, (1998).
6. Л. Д. Ландау, Е. М. Лифшиц. Электродинамика сплошных сред. М., Наука, (1993).
7. Р. Блинц, Б. Жекш. Сегнетоэлектрики и антисегнетоэлектрики. - М., Мир, 1975.
8. N. A. Clark, S.T. Lagerwall. Submicrosecond bistable electro-optic switching in liquid crystals, Appl.Phys.Lett., 36 (11), pp.899-901, (1980).
9. A. Fukuda, Y. Takanishi, T. Izozaki, K. Ishikawa, H. Takezoe. J. Mater. Chem., 4, 997-1006, (1994).
10. N. Hiji, A. D. J. Chandani, S. Nishijama, Y. Ouchi, H. Takezoe, A. Fukuda. Antiferroelectric properties of liquid crystals, Ferroelectrics, 85, 99-107 (1988).
11. Б. И. Островский, А. З. Рабинович, А. С. Сонин, Б. А. Струков. Диэлектрические свойства геликоидального смектического жидкого кристалла, - ЖЭТФ, 74, с. 1748-1759, (1978).
12. С. А. Пикин, В. Л. Инденбом. Термодинамические состояния и симметрия жидких кристаллов, УФН, 125, 251-277, (1978).
13. С. А. Пикин. Структурные превращения в жидких кристаллах. - М., Наука, 1981.
14. Л. М. Блинов. Электро- и магнитооптика жидких кристаллов. - М., Наука, 1978.
15. Де Жен П. Физика жидких кристаллов, М, Мир, (1977).
16. S. A. Pikin. Structural transformations in liquid crystals, New York, NY: Gordon &Breach, (1991).
17. D. Demus. Textures of liquid crystals. - Wiss. Z. Univ. Halle, s. 25-40, (1979).
18. P. G. De Gennes. Sur la transition smectique A - smectique C, C. R. Acad. Sci. Paris, 274, serie B, 758-760, (1972).
19. P. S. Pershan. Structures of liquid crystal phases, World Scientific Publishing, Singapore, (1988).
20. E. B. Loginov, Z. X. Fan, W. Haase. Landau approach for the phase transition in ordered loquid crystals. Part 1. Hexatic phases, Mol. Mat., 5, 123-142, (1995).
21.Е.П.Пожидаев. Физические свойства смектической С фазы жидких кристаллов и принципы создания жидкокристаллических сегнетоэлектриков с заданными электрооптическими свойствами, Диссертация на соискание учёной степени доктора физико-математических наук, Москва, (2006).
22. В. Л. Инденбом, С. А. Пикин, Е. Б. Логинов. Фазовые переходы и сегнетоэлектрические структуры в жидких кристаллах, Кристаллография, 21, 6, 1093-1100, (1976).
23. Б. И. Островский. Исследование фазовых переходов и дипольного упорядочения в смектических жидких кристаллах, Диссертация на соискание учёной степени кандидата физико-математических наук, Москва, (1980).
24. C. B. Sowyer, C. H. Tower. Rochelle salt as a dielectric, Phys. Rev., 55, 269-273, (1930).
25. Ph. Martinot - Lagarde. Direct electrical measurment of the permanent polarisation of a ferroelectric chiral smectic C* liquid crystal, J. de Phys. Lett., 38, p.L-17 - L-19, (1977).
26. V. M. Vaksman, Yu. P. Panarin. Measurement of ferroelectric liquid crystal parameters, Mol. Mat., 1, 147-154, (1992).
27. Taadaki Isozaki at al. Phys.Rev.B., Vol.48, Number 18,(1993).
28. V. P. Vorflusev, Yu. P.Panarin, S. A. Pikin, V. G. Chigrinov, Domain structures in ferroelectric liquid crystals, Liquid Crystals, 14, N°4, 1055-1060 (1993).
29. E. Pozhidaev, V. Chigrinov, D. Huang, A. Zhukov, J. Ho, H. S. Kwok, Photoalignment of Ferroelectric Liquid Crystals by Azodye Layers, Japanese Journal of Applied Physics, 43, No. 8A, 5440-5446, (2004).