ÑÎÄÅÐÆÀÍÈÅ ÐÀÁÎÒÛ

Во Введении обоснована актуальность темы, сформулирована цель исследования, показана научная новизна и практическая значимость результатов, перечислены основные положения выносимые на защиту, приведены сведения об апробации материалов диссертации.

Первая глава - обзорная, состоит из нескольких разделов.

В разделе 1.1 приведена классификация жидких кристаллов, показана структура ахиральных и хиральных нематиков. Раздел 1.2 посвящен описанию пленок капсулированных полимером жидких кристаллов и их электрооптических применений, также дан краткий обзор ориентационных структур в сферических каплях нематика. Раздел 1.3 содержит обзор методик приготовления КПНЖК пленок с указанием влияния технологических параметров процесса на морфологию образцов. В разделе 1.4. описаны планарно-ориентированные КПНЖК пленки с биполярными каплями нематика, имеющими форму сплюснутых в плоскости пленки эллипсоидов. Директор НЖК в таких каплях ориентирован преимущественно параллельно плоскости пленки (Drzaic, Muller, 1989). Одноосное растяжение или сдвиг таких пленок проявляется в эффекте анизотропии их светорассеяния (West et al., Patent - 1987), исследованном рядом авторов (Зырянов и др., 1990; Афонин, Яковлев, 1993). Отмечается, что влияние электрического поля на оптические свойства таких пленок оставалось практически не изученным. Раздел 1.5 посвящен вопросу переориентации биполярных капель нематика в электрическом поля, исследованному подробно для случая нежесткого закрепления полюсов ([3*]; Drzaic, 1989; Wu et al., 1989). При этом эффект имеет пороговый характер и заключается в перемещении полюсов по поверхности капли без разрушения ее исходной структуры. В некоторых каплях наблюдалось затормаживание движения одного из полюсов [3*], на основании чего было сделано заключение о возможном закреплении полюсов, связанном с жесткой фиксацией поверхностного слоя капли на границе с полимером. Однако для ансамбля капель нематика данный тип переориентации не был выявлен и остался за пределами рассмотрения. В этом плане интересна теоретическая работа [4*], посвященная исследованию переориентации НЖК, заключенного в прямоугольную полость размером d_xx d_yx d_z, при условии жесткой ориентации молекул на границе раздела. В частности в случае однородной ориентации директора вдоль оси Z величину порогового поля, направленного по оси X можно рассчитать по формуле:

Здесь K_ii(i=1,2,3) - модули упругости, соответственно, для S-, T-, B- деформации, - компоненты относительной диэлектрической проницаемости нематика. В разделе 1.6 указано, что типичная зависимость светопропускания КПНЖК пленок с биполярными каплями нематика от приложенного напряжения имеет S-образный вид. В нескольких случаях наблюдался локальный минимум на начальном участке данной характеристики, связанный с формированием светорассеивающих доменов в объеме нематика (Shimada, Uchida, 1992), либо объясняемый перераспределением директора в капсулах сплюснутой формы, приводящем к увеличению светорассеяния (Казначеев, Носов, Сонин, 1993). В разделе 1.7 приведены данные первых экспериментальных исследований ориентационной структуры в сферических каплях хиральных нематиков (Candau et al., 1973), а также оптических свойств одноосно ориентированных композитных пленок с каплями холестерика (Сонин, Шибаев, 1981). Исследование поведения таких пленок в электрическом поле касалось лишь случая линейного электрооптического эффекта (Komitov et al., 1994), заключающегося в азимутальном повороте в плоскости пленки оси холестерической спирали без ее раскручивания. В конце главы (раздел 1.8) сформулирована задача исследований.

Во Второй главе изложена методика приготовления образцов и их экспериментальных исследований [1-4].

Нематический ЖК 5ЦБ (>0) капсулировался в поливинилбутирале, полимере из ряда термопластиков, обеспечивающем планарное сцепление с молекулами мезоморфных производных алкилцианобифенилов [5*]. Благодаря частичной растворимости НЖК в полимере [1,2] наблюдалось хорошее согласование обыкновенного показателя преломления НЖК с показателем преломления матрицы. В качестве хиральной добавки использовался холестериловый эфир уксусной кислоты (Х3). Образцы приготавливались стандартными методами SIPS и TIPS. В первом случае, спиртовый раствор нематика и полимера выливался на фторопластовую подложку. После испарения спирта смесь становилась гетерофазной, образуя однородную по толщине пленку с монослойным расположением капель нематика. Величина капель задавалась скоростью испарения растворителя и отклонялась от среднего по ансамблю диаметра не более чем на 40%. Капли имели форму сплюснутого в плоскости пленки эллипсоида с осями a₀=b₀>c₀ (ось c₀ перпендикулярна плоскости пленки). Отношение a₀/c₀ лежало в интервале 1.5 - 2.0. Полученная КПНЖК пленка отделялась от подложки без деформации структуры и закреплялась в зажимах специально сконструированного устройства [1], позволяющего проводить ее однонаправленное растяжение, величина которого измерялась с точностью 0.01 мм. В случае метода TIPS гомогенный расплав нематика с полимером помещался между двумя стеклянными подложками с полупрозрачными электродами (ITO - покрытие). Такой сэндвич разогревался, сжимался прессом до необходимой толщины и охлаждался. Однонаправленная ориентация таких образцов проводилась сдвигом стеклянных подложек относительно друг друга с помощью вышеупомянутого устройства.

Исследования морфологических характеристик образцов и их изменений при одноосной деформации, а также ориентационной структуры в каплях НЖК и ее трансформации под действием электрического поля проводились при помощи поляризационного микроскопа POLAM P-113. При исследовании электрооптических характеристик КПНЖК пленок в процессе их деформации образцы закреплялись в устройстве для растяжения, которое устанавливалось на предметный столик длиномера ИКУ-2, позволяющего проводить измерения толщины композитной пленки с точностью 0.5 мкм. В качестве источника излучения использовались, либо He-Ne, либо Ar лазеры. Переориентация образца осуществлялась синусоидальным сигналом частотой 1 кГц.