ÎÁÙÀß ÕÀÐÀÊÒÅÐÈÑÒÈÊÀ ÐÀÁÎÒÛ

Актуальность темы. В настоящее время продолжаются интенсивные работы по созданию и исследованию новых композитных материалов на основе молекулярных сред. Одним из таких материалов являются капсулированные полимером нематические жидкие кристаллы (КПНЖК), представляющие собой, как правило, тонкую полимерную пленку с диспергированными в ней каплями нематика микронных размеров. Сложное структурное упорядочение жидкокристаллической и полимерной фаз в таких системах приводит к качественно иным проявлениям известных физических свойств нематика и возникновению ряда новых эффектов, требующих специального изучения. С другой стороны, сочетая в себе лучшие эксплуатационные характеристики чистых жидких кристаллов (высокая восприимчивость к внешним воздействиям, малое энергопотребление) и полимерных пленок (гибкость, прочность, простота изготовления), КПНЖК пленки весьма перспективны для использования в устройствах оптической обработки информации, оптических модуляторах и затворах.

Оптические и электрооптические свойства КПНЖК пленок во многом определяются ориентационной структурой капель нематика и ее трансформацией в электрическом поле. Сложность обобщенного описания таких систем с учетом всех факторов (материальных параметров среды, энергии сцепления молекул НЖК и полимера, размера и формы капсул, напряженности электрического поля) требует отдельного рассмотрения каждого частного случая.

Наиболее изученными на сегодняшний день и успешно применяемыми являются КПНЖК пленки с биполярными каплями нематика [1*, 2*]. Модификация таких пленок в планарно-ориентированное состояние с однонаправленным упорядочением в плоскости пленки осей симметрии капель, а также легирование нематика хиральной добавкой приводят к появлению новых эффектов, расширяющих функциональные возможности материала.

Актуальность проведения исследований по теме диссертации определялась следующим:

• существующая до начала работы над диссертацией модель переориентации биполярных капель нематика во внешнем поле ограничивалась рассмотрением случая подвижных полюсов (передвижения полюсов капли по ее поверхности без разрушения исходной ориентационной структуры). При этом не исключалась возможность жесткой фиксации полюсов, однако, для ансамбля капель данный тип переориентации не наблюдался и оставался не изученным. Не были также исследованы особенности электрооптических свойств КПНЖК пленок с такими каплями.
• проведенные ранее исследования планарно-ориентированных КПНЖК пленок касались в основном их оптических свойств и не рассматривали подробно электрооптические характеристики.
• не было изучено влияние хиральной добавки в нематик на электрооптические и структурные свойства композитных пленок с одноосно ориентированным ансамблем эллипсоидальных капель.

Целью диссертационной работы являлось исследование взаимосвязи особенностей ориентационно-структурных переходов в каплях нематика с электрооптическими свойствами планарно-ориентированных КПНЖК пленок, подвергаемых одноосной деформации и легированию хиральной добавкой.

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

• Приготовление образцов планарно-ориентированных КПНЖК пленок с монослойным расположением капель нематика и разработка методики их комплексных исследований.
• Исследование изменений конфигурации директора в биполярных каплях нематика с жестко фиксированными полюсами и оптических свойств КПНЖК пленок с такими каплями под действием электрического поля.
• Исследование влияния деформации одноосного растяжения или сдвига на структурные и электрооптические свойства КПНЖК пленок.
• Изучение особенностей ориентационно-структурных переходов в эллипсоидальных каплях хиральных нематиков и их проявление в электрооптических свойствах композитных пленок.

Научная новизна.

1. Разработана методика экспериментальных исследований электрооптических и структурных свойств КПНЖК пленок в процессе их одноосной ориентации методом растяжения или сдвига.
2. На примере ансамбля капель нематика 5ЦБ, диспергированных в поливинилбутирале, показана жесткая фиксация полюсов биполярной конфигурации в процессе переориентации капель электрическим полем. Обнаружено возникновение дополнительных дисклинаций в таких каплях на стадии, предшествующей их полной переориентации.
3. Теоретически предсказан и экспериментально подтвержден двойственный характер переориентации биполярных капель нематика с жестко фиксированными полюсами: пороговый в области, где исходная ориентация директора была ортогональна полю, и беспороговый для остального объема капли. Получено соотношение для определения критического поля.
4. Проведены экспериментальные исследования светопропускания планарно-ориентированных КПНЖК пленок в зависимости от величины поля, размеров капель нематика, длины волны излучения, толщины образцов. Обнаружен и исследован эффект интерференционных осцилляций светопропускания монослойных КПНЖК пленок под действием электрического поля.
5. Исследовано влияние одноосной деформации КПНЖК пленок на зависимости их светопропускания от приложенного поля, а также на форму капель нематика. Измерены и проанализированы зависимости пороговых полей переориентации эллипсоидальных капель нематика разных размеров от параметра их анизометрии.
6. Экспериментально исследована специфика ориентационно-структурных переходов и электрооптических свойств ансамбля вытянутых капель хиральных нематиков в зависимости от концентрации хиральной добавки.

Практическая значимость. Результаты работы можно использовать при:

• измерении и расчете пороговых параметров характеристик светопропускания планарно-ориентированных КПНЖК пленок с жесткой фиксацией полюсов в биполярных каплях нематика;
• разработке высококонтрастного низковольтного модулятора света на основе планарно-ориентированной КПНЖК пленки с монослойным расположением капель нематика. Повышение эффективности рассеивающего состояния на порядок и более достигается за счет использования эффекта интерференционного ослабления света композитной пленкой.
• разработке поляризационных фильтров с электроуправляемой эффективностью поляризации света на базе одноосно ориентированной КПНЖК пленки. Основанные на эффекте анизотропии светорассеяния, такие поляризаторы могут успешно использоваться при работе с интенсивными потоками излучения в широком спектральном диапазоне.
• разработке поляризационно-селективных модуляторов света на основе одноосно ориентированных КПНЖК пленок, легированных холестериком. В зависимости от величины приложенного поля такой модулятор может находиться в трех различных оптических состояниях: рассеивать свет любой поляризации, пропускать только одну плоскополяризованную компоненту света и быть прозрачным для света любой поляризации.

Основные положения и результаты, выносимые на защиту

1. Результаты экспериментальных исследований текстуры биполярных капель нематика с жестко фиксированными полюсами и ее изменений под действием электрического поля.
2. Анализ ориентационной структуры в биполярной капле нематика при условии жесткого планарного сцепления молекул НЖК с поверхностью полимерной матрицы в зависимости от величины электрического поля, направленного перпендикулярно оси симметрии капли. Двойственный характер переориентации нематика в таких каплях.
3. Экспериментальные зависимости светопропускания планарно-ориентированных КПНЖК пленок от величины приложенного электрического поля и их изменения при варьировании размеров капель нематика, длины волны излучения, толщины образцов. Эффект интерференционных осцилляций данных характеристик для образцов с монослойным упорядочением капель размером более 5 мкм.
4. Анализ осциллирующего поведения характеристик светопропускания в рамках приближения аномальной дифракции с использованием результатов расчета ориентационной структуры капли НЖК.
5. Результаты экспериментальных исследований изменения формы капель нематика и толщины композитной пленки при ее одноосном растяжении. Результаты измерений и анализ зависимости порогового поля переориентации капель от их величины и анизометрии. Зависимость анизотропии светопропускания одноосно ориентированных КПНЖК пленок от величины приложенного электрического поля.
6. Особенности переориентации в электрическом поле эллипсоидальных капель хиральных нематиков с различной концентрацией хиральной добавки и их проявление в электрооптическом отклике композитных пленок.

Апробация работы. Основные результаты работы представлялись на
XVI International Liquid Crystal Conference (Kent, USA, 1996);
5-ом Международном симпозиуме "Современные средства отображения информации" (Минск, Беларусь, 1996);
3-ем Российско-Китайском симпозиуме по лазерной физике и лазерным технологиям (Красноярск, 1996);
VIIth International Topical Meeting on Optics of Liquid Crystals (Heppenheim, Germany, 1997);
Международном симпозиуме "Optical Information Science and Technology" (Москва, 1997);
Всероссийской научно-практической конференции молодых специалистов "Решетневские чтения" (Красноярск, 1997);
конкурсе работ молодых ученых КНЦ СО РАН (Красноярск, 1997);
XVII International Liquid Crystal Conference (Strasbourg, France, 1998);
Международной конференции "Актуальные проблемы электронного приборостроения" (Новосибирск, 1998);
18th International Display Research Conference "Asia Display 98" (Seoul, Korea, 1998);
7th International Symposium "Advanced display technologies" (Minsk, Belarus, 1998).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 26 работ, список которых приведен в конце автореферата.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения и списка литературы. Работа изложена на 127 страницах, включает 49 рисунков и список литературы из 127 наименований.