Ïÿòàÿ ãëàâà

В Пятой главе диссертации проведены экспериментальные исследования особенностей электрооптических и структурных свойств одноосно ориентированных КПНЖК пленок, легированных холестериком [1, 1-13, 18-22, 26].

В зависимости от концентрации хиральной добавки были выявлены три характерных типа поведения композитных пленок в электрическом поле. В случае малых концентраций (менее 3 вес. %), исследованном в разделе 5.1, зависимости светопропускания поляризованных компонент излучения от величины управляющего поля аналогичны случаю ахирального нематика (рис.6). Во всех вытянутых каплях в отсутствие поля наблюдалась текстурная картина, близкая к текстуре биполярной капли нематика с полюсами, лежащими на концах длиной оси капли.

При средних концентрациях холестерика (от 5 до 15%, раздел 5.2) наблюдалось качественное изменение характеристик светопропускания (рис.8). При U=0 обе компоненты поляризованного света сильно рассеиваются, причем параллельная рассеивается более интенсивно. Для малых значений U изменений светопропускания не наблюдается. При увеличении напряжения до U=20В перпендикулярная компонента светопропускания начинает быстро расти и выходит на насыщение при U=70В, когда параллельная компонента только начинает увеличиваться. Затем следует быстрый рост и выход на насыщение (U>350В) параллельной компоненты. При большом напряжении обе кривые, как и в случае КПНЖК пленок на основе ахирального нематика, сближаются. Зависимость Lg() данной пленки от управляющего напряжения (рис.8) имеет четко выраженный максимум, где отношение компонент =120.

Рис.8. Характеристики светопропускания одноосно ориентированной КПНЖК пленки, легированной холестериком (5%). Толщина образца 45 мкм, анизометрия капель a/b=2.

Текстурные исследования недеформированных образцов со средней концентрацией холестерика показали, что в круглых в плоскости пленки каплях ЖК наблюдается классическая текстурная картина концентрических окружностей с радиальной дисклинацией [12*]. Ось холестерической спирали в такой капле всюду перпендикулярна ее поверхности и направлена по радиусу к центру. После однонаправленной деформации образца и вытягивания капель концентрические линии внутри них трансформируются в эллипсы. Ось спирали остается перпендикулярной поверхности капли.

В электрическом поле происходит разрушение концентрической структуры с образованием текстуры "отпечатка пальцев" (рис.9). Чередующиеся светлые и темные полосы, параллельные длинной оси капли занимают всю ее площадь. Ось спирали в данном случае лежит в плоскости пленки перпендикулярно длинной оси капли. Повышение значения поля приводит к раскручиванию холестерической спирали, что выражается в уменьшении числа полос в текстуре до одной в центральной области капли. При дальнейшем увеличении поля центральная светлая полоса скачкообразно исчезает, затем размываются и исчезают границы капель, весь объем капли в скрещенных поляризаторах выглядит темным, что указывает на его раскрученное нематическое состояние с ориентацией директора вдоль по направлению поля.

Рис.9. Ансамбль капель хирального нематика в одноосно ориентированной композитной пленке под действием поля. Концентрация холестерика 5%.

Такая переориентация капель объясняет особенности электрооптического отклика композитной пленки. Наблюдение капель в геометрии с одним поляризатором показали, что в отсутствие поля оптические неоднородности на границе капли и ее внутренней структуре отчетливо видны для компонент света, поляризованных параллельно и перпендикулярно длиной оси капли. Макроскопически это проявляется в интенсивном рассеянии света обеих поляризаций (рис.8 при U=0). В случае промежуточной ориентационной структуры (рис.9) оптические неоднородности ярко проявляют себя лишь для параллельно поляризованной компоненты и размыты для другой компоненты. Такая ситуация соответствует большой анизотропии светорассеяния композитной пленки (рис.8 при U=70В). После полной раскрутки холестерической спирали и переориентации директора по направлению поля весь объем и границы капли оптически однородны, что соответствует переходу пленки в прозрачное состояние для света любой поляризации (рис.8 при U>350В).

В практических приложениях такие пленки могут быть использованы для модуляции всего светового потока (переключая U между 0 и 400В, рис.8), для поляризационно-селективной модуляции света (переключая U между 0 и 70В, либо между 70В и 400В), а также для выделения плоско поляризованной компоненты света (при U=70В).

При повышении концентрации холестерика до 20% и более (раздел 5.3) наблюдается инверсия анизотропии светопропускания в отсутствие поля - перпендикулярно поляризованная компонента рассеивается интенсивнее параллельной (рис.10). Это выражается в переходе в отрицательную область параметра Lg() при U=0. Увеличение напряжения переводит КПНЖК пленку сначала в состояние c обычной анизотропией (U=80В), при которой Lg()>0, а затем в прозрачное для обеих компонент состояние (U>170В).

Рис.10. Характеристики светопропускания одноосно ориентированной КПНЖК пленки, легированной холестериком (22%). Толщина образца 10 мкм, анизометрия капель a/b=2.

Текстура сферических капель в недеформированном образце подобна текстуре "отпечатков пальцев", наблюдаемой в [13*] для капель хирального нематика, но, в отличие от нашего случая, при нормальных условиях на границе ЖК-полимер. Ось холестерической спирали образует биполярную конфигурацию [13*]. После деформации образца оси симметрии структур во всем ансамбле капель ЖК выстраиваются преимущественно вдоль направление ориентации и совпадают с длинными осями вытянутых эллипсоидов капель (рис.11).

Рис.11. Типичная текстура капель нематика с высокой концентрацией (более 20%) хиральной добавки в одноосно ориентированной КПНЖК пленке.

Анализ рассеивающих свойств таких капель при наблюдении в геометрии с одним поляризатором показал, что в отсутствие электрического поля оптические неоднородности на границе капли проявляются ярче для компоненты света, поляризованной перпендикулярно длинной оси капли, чем для другой компоненты. Это и обуславливает инверсию анизотропии светопропускания композитной пленки при U=0 (рис.10). Включение электрического поля сопровождается раскручиванием холестерической спирали, начинающемся с боковых областей капли. При некоторой величине поля внутренняя структура капли проявляется одинаково отчетливо для света обеих поляризаций, что соответствует U=60В на рис.10, при котором Lg()=0. Рост поля приводит к раскручиванию спирали до состояния, при котором поворот директора в капле наблюдается лишь в центральной ее области вблизи длинной оси, где оптическая неоднородность ярко проявляется для параллельной компоненты и размыта для другой компоненты. Параметр Lg() при этом достигает максимума (рис.10, U=80В). При U>170В (рис.10) спиральная структура в каплях раскручена полностью, а директор ЖК ориентирован вдоль по полю во всем объеме.

В прикладном аспекте данные пленки интересны возможностью создания на их основе анизотропно рассеивающего поляризатора света, угол плоскости поляризации которого может переключаться на 90⁰ электрическим полем (переключением U между 20В и 80В, рис.10).

В Заключении приведены основные результаты работы и выводы.