Электрооптические свойства ЖК-композитов с примесными добавками тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.05 ВАК РФ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ПО ВЫСШЕМУ ОБРАЗОВАНИЮ

СИБИРСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ ГЕОДЕЗИЧЕСКАЯ ЛКАДЕЛШН * ¡" 5 О В На правах рукописи

Стрельцов Сергей Анатольевич

УДК 532.783:621.3

ЭЛЕКТРООПТИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ЖК-К0МП03ИТ0В С ПРИ/ЛЕСНЫМИ

ДОБАВКАМИ

01.04.05 Оптика

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

НОВОСИБИРСК 1 О 9 1

Работа выполнена в Пт-нтуте тсорешческом и прикладной механики СО РАН'и на кафедре прикладной оптики Сибирской Государственной Геодезической Академии

Научные руководители: доктор физико-магематпческнх. наук, профессор И. А. МЕЩЕРЯКОВ доктор технических наук

Г. М. ЖАРКОВА " Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор Е, И. АВЕРКОВ кандидат технических наук, доцент В. В. ЧЕСНОКОВ

Ведущая организация : Сибирский научно-исследовательский институт оптических систем

Защита диссертации состоится

ОС

J £ * 1CKU р g

на заседании специализированного совета К.064.14.02 при Сибирской Государственной Геодезической Академии по адресу : 630108, Новосибирск, 108, ул. Плахотпого, 10.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке СГГА.

Автореферат разослан „_"_____1994 г.

Ученый секретарь спецнализиговюшого совета К. 064.14.02,

кандидат технических наук^¡¿¿у^-ОгП. Верготуров

9К& Подписано в печать 18 октября 1994 г. Объем 1,25 печ. лист. 1,20 уч.-изд. листа. Заказ 52. Тираж 100.

630108, г. Новосибирск, 108, Плахотного, 8, КПЛ СГГА.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность теш. Уникальные электрооптические свойства нематических жидких кристаллов (ЬЖ) предопредилили широкое использование этих материалов для построения малогабаритных, потребляющих небольшие мощности индикаторов различного назначения, визуальных информационных табло для автомобилей и самолетов, безвакуумных экранов портативных телевизоров. Основу всех этих устройств составляет Ж-ячейка, представляющая собой тонкий слой НЖК, помещенный между двумя стеклянными подложками с системой электродов. Создание таких ячеек даже небольших размеров является достаточно трудной технологической задачей. При попытке ке изгогавления ЖК-ячеек значительной площади, технологические трудности, связанные например, с получением заданной ориентации молекул НЖК на всей поверхности подложи, обеспечением равномерности зазора, становятся непреодолимыми. В связи с этим, был предложен путь замены слоя жидкого кристалла жидкокристаллическим композитом, представляющим собой полимерную пленку, в объеме которой диспергированы капсулы НКК. Преимущества таких материалов перед обычными устройствами на свободных слоях НЖК очевидны: отсутствие специальных методов ориентации ЖК и их гермегазации, неограниченные размеры и любая форма, небольшие времена включения и выключения.

Практическая ценность свойств КК-ксмпозитов послужила толчком к исследованию их электрооптических свойств. Хотя во многом электрооптические свойства ЯК-композитов схожи с аналогичными свойствами чистых НЖК, однако, очевидно, есть и определенные особенности, связанные со структурой ЖК-композитов и свойствами их составляющих. ЖК-композит характерезуегся сложной внутренней структурой, малые количества НЖК, заключенные в замкнутом объеме, определяют особенности ориентационных эффектов и электрооптических свойств ЖК-композита. Одним из важных физических эффектов, используемых в ЖК-ячейках является введение в ■ них различных добавок, которые щит переориентации НЖК также способны изменять свои свойства и оказывать влияние на оптику ЖК-ячейки. Представ -

ляется, что введение различных добавок в ЖК-композит будет .характеризоваться рядом отличных, по сравнению с устройствами на свободных слоях ЖК, эффектов. Чтобы их исследовать интересно было бы ввести в ЖК-композит различные примесные добавки, влияющие на те или иные его свойства, способные изменить граничные уело-" вия (например, при введении пластификатора), изменить структуру НЖК в капсуле (вводя оптически активную добавку! или оптические свойства ЖК-комшзита (используя эффект "гость-хозяин", основанный на введении красителя).

Поскольку, исследование такой системы как ЖК-композит представляет собой многофакторный эксперимент, то наряду с экспериментальными исследованиями особое значение начинает приобретать моделирование различных процессов в этих материалах. Целью настоящей работы является :

1) математическое моделирование пропускания света ЖК-композитами;

2) экспериментальное исследование рассеяния, пропускания, динамических свойств, контраста ЯК-композита, полученного по технологии разделения фаз при испарении растворителя и сравнение полученных данных с расчетными;

3) экспериментальное исследование электрооптических свойств ЖК~ композита с изотропными и анизотропными добавками;

4) экспериментальное исследование эффекта "гость-хозяин" в ЖК-композите.

Научная новизна. В работе предложена математическая модель пропускания света ЖК-композитом с поглощащей добавкой и без неб, учитывающая полидисперсность капсул и растворимость поглощающей добавки как в капсуле, так и в полимерной матрице.

Проведены комплексные экспериментальные исследования электрооптических свойств ЖК-композитов, содержащих НЖК с положительной диэлектрической анизотропией.

Исследовано влияние изотропных и анизотропных добавок на электрооптические свойства ЖК-композита.

Теоретически и экспериментально исследован эффект "гость-хозяин" в ЯК-композите.

Автор защищает математическую модель пропускания света ЖК-композиташ при наличии добавок и без них;

экспериментальные и расчетные зависимости пропускания света ЖК-композитами с добавками и без них от приложенного к образцу напряжения;

данные о электрооптичэских и динамических характеристиках ЖК-композитов с добавками и без них;

зависимости оптической плотности ЖК-композита в исходном состоянии от количества введенной в него добавки.

Практическая ценность работы: Результаты проведенных исследований позволяют разработать рекомендации для направленного синтеза ЖК-композитов с заданными эксплуатационными характеристиками, позволяющими решать конкретную практическую задачу.

Апробация работы: Полученные результаты докладывались на сессии жидкокристаллического общества СНГ (Одесса, 1992 г.), на семинаре Сибирского отделения РАН "Организованные молекулярные ансамбли. Химия. Электроника." (Новосибирск, 1992 г.), на 15-ой Международной конференции по жидким кристаллам (Будапешт, 3-8 июля 1994 г.), на 43 научно-технической конференции НИИГАиК (Новосибирск, 1994 г.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 5 работ.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов, списка литературы, включающего Ю2 наименования и приложения. Работа содержит 152 страницы машинописного текста, 10 таблиц и 54- рисунка.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении формулируется цель работы и основные положения, выносимые на защиту, кратко описана структура и содержание диссертации.

Глава 1 Обзор литературы по теме диссертационной работы. В первой главе рассмотрены технология, структура и электрооптические свойства ЖК-композитов.

В разделе 1 .1 кратко рассмотрены вопросы получения ЖК-композитов. Обсуждены особенности, преимущества и недостатки основ-

(

ных технологий синтеза Ж-композитов. Указано, что особенности и технологические режимы процесса образования композита оказывают определяющее влияние на морфологию материала. А она, в свою очередь, существенным образом влияет на эксплуатационные свойства ЖК-композита. Приведены данные, подтверждающие этот факт.

В разделе 1.2 рассмотрено влияние структуры нематика в капсуле на электрооптические свойства композита. Указано, что под действием внешнего электрического поля НЖ в капсуле испытывает переход Фредерикса, характеризующийся рядом особенностей. Основная его черта - наличие критического поля. Приведены выражения для управляющего напряжения и динамических характеристик ЖК-ком-позита с тангенциальными граничными условиями.

Далее (раздел 1.3) рассматриваются электрооптические свойства ЖК-композитов. К ним прежде всего относятся рассеивающие и динамические свойства, пропускание, контраст. Показано, что известные приближения теории рассеяния света малыми частицами даже качественно не описывают всех наблюдаемых при рассеянии света ЖК-композитами эффектов. Рассмотрены подходы к моделированию пропускания света этими материалами. Выполненный анализ показывает отсутствие теоретических моделей, описывающих пропускание света ЖК-композитами с примесными добавками и немногочисленность экспериментального материала, отражающего свойства КК-композитов.

Глава 2 Математическое моделирование пропускания света ЖК-композитами .

Б работе предложена модель пропускания управляемого элек-триическим полем плоско-параллельного слоя ЖК-композита для биполярной конфигурации директора в капсуле. В основе модели лекит закон Ламберта-Беера. Для описания сечений экстинкции капсул микронных размеров при нормальном падении монохроматической волны видимого диапазона использовано приближение аномальной дифракции Г13, развитое для нематических капсул в работе [2]. Во внешнем электрическом поле капсулы в ЖК-композите могут находиться в двух независимых состояниях, что с учетом дисперсии размеров капсул можно выразить следующим образом:

Ккр О»

ц - К | о1 (Н)Р(В)(Ш + | о2(11)Р(Н)сЩ (1 )

О Икр

где ц - коэффициент ослабления;

Ккр - радиус капсулы, соответствующий критическому полю, необходимому для переориентации биполярной конфигурации директора в капсуле 13);

Р(Я) - функция распределения капсул по размерам;

N - число капсул в единичном объеме;

5 - сечете экстшшции капсулн ЖК-композита в "выключенном" и "включенном" состояниях соответственно. В выражении (1) первое слагаемое описывает ослабление света капсулами, сохранившими исходную конфигурацию директора, а второе -капсулами, изменившими свою структуру. Выражение для вычисления О2 было апроксимировано случаем однородной ориентации директора в капсуле в сильном внешнем электрическом поле 122, а а} определялось путем усреднения по пространственным ориентэциям осей симметрии капсул и поляризации падающего луча выражешм для вычисления сечения экстинкции капсулы ЕК-композита в сильном внешнем поле Ш. В качестве функции распределения капсул по размерам использовалось гамма-распределение. Так как исследовались НК-композитн с поглощающими добавками, то показатель преломления НЖК записывался в общем виде: и=п-{ае, где эе - показатель поглощения (эе0 или оее); п - показатель преломления (п0 или пд). Учтя, что при введении в !Ш-композит, краситель, например, попадает как в ЖК-капсулу, так и в полимерную матрицу получим выражение, опиеьшамцве ггропускашге света ЖК-композигом с поглощащей добавкой:'

Т = 1/10 = елрС-рЗ) ехр(—1кх1ае1( 1-К)/\), (2)

где = (2х0+хе)/Э;

<2 - толщина ЖК-композита;

X - доля красителя, попавшая в ЖК-капсулу;

Л, - длина волны падающего света.

Глава 3 Экспериментальные исследования электрооптических свойств ЖС-композитов.

В разделе 3.1 дана характеристика объектов исследования. В качестве базового объекта исследоания в работе выбран ЖК-компо-зит на основе нематического жидкого кристалла 4-н-пентил-4'-ци-анобифенил (5ЦБ) и поливинилацетата (ПВА), используемого в качестве полимерной матрицы, с соотноиением компонентов 1:1. Даны структурные формулы и некоторые физико-химические параметры 5ЦБ и ПВА. Здесь же предложен к экспериментально проверен метод исследования ЖК-композитов, основанный на использовании "лазерного микроскопа" на базе интерферометра Дауэла, не требующий специальной подготовки образцов.

В разделе 3.2 описано экспериментальное оборудование, с помощью которого непосредственно исследовались электрооптические характеристики Ж-композита. Для исследования спектральных зависимостей пропускания света ЖК-композитом в видимой области спектра и при определении эффективности красителя, введенного в ¡КК-композит, использовался стандартный спектрофотометр СФ-18. В ПК-области спектра КК-кошозигы исследовались на стандартном двухлучевом ПК-спектрофотометре Ш-20. Для исследования пропускания, индикатрис рассеяния и динамических характеристик композитов была создана специальная установка. Источником излучения в ней служил Не-Ме лазер, управляющее напряжение подавалось с лабораторного автотрансформатора ЛАТР-1М или генератора прямоугольных импульсов. Система детектирования жестко крепилась к лимбу поворотно;"* столика от микроскопа БЫМ-1, что позволяло ей вращаться относите^;'.. вертикальной оси, проходящей через образец, закрепленный в тискъл в центре лимба. Тут же описан лазерный сканирующий денситометр, на котором проводились измерения оптической плотности исследуемых материалов. Представлена его структурная схема, кратко описаны устройство и принцип действия, указаны его основные технические характеристики.

В разделе 3.3 описаны конкретные • -"тки определения

эксплуатационных характеристик КК-когагозита. Двш оценки погрешностей измерения этих величин.

В разделах 3.4-3.6 исследованы электрооптические характеристики исходного, не содержащего примесных добавок ЖК-композита: рассеяние, пропускание, динамические характеристики и влияние на них подложки, толщины ЖК-кошозита, размера капсулы, характера падающего излучения. Поскольку, одним из преимуществ ЯК-композитов при использовании их в устройствах отображения информации является возможность получения гибких экранов больших размеров, интересно исследовать и сравнить рассеивавдие свойства КК-компо-зитов, нанесенных на различные несущие подложки.

В разделе 3.4 рассмотрены рассеивающие свойства Ж- композитов для случая поляризованного и не поляризованного излучения, на стеклянной и лавсановой подложках. Изучение рассеяния свата ЖК-композитаки показало, что:

1) Рассеяние света ЖК-композитами характервзуется наличием резкого пика при угле рассеяния 0=0°, причем во "включенном" состоянии величина этого пика довольно значительна. Интенсивность рассеянного света в зависимости от угла рассеяния <3 изменяется на несколько порядков.

2) Интенсивности 1Х1 (анализатор и поляризатор перпендикулярны плоскости рассеяния) и 1ц (анализатор и поляризатор параллельны плоскости рассеяния) почти тождественны для небольших углов рассеяния ^35° для образцов на стеклянной подложке и »45" для образцов на лавсановой подлокке.

3) Для обоих образцов разница между 1ц и IJX заметно меньше в "выключенном" состоянии чем во "включенном".

4) Образцы на лавсановой подложке больше рассеивают в переднюю полусферу, интенсивности 1ц и для этих образцов несколько визе, чем соответствующие интенсивности для образцов на стекле, как в во "включенном", так и в "выключенном" состояний.

5) В отсутствии анализатора в систсмэ детектирования наблюдается заметное увеличение -интенсивности рассеянного света для всех углов рассеяния. ,

Различие в рассеянии света ЖК-композитами на стеклянной и лавсановой подложках можно объяснить более высоким градиентом показателя преломления на границе раздела подложка-композит и собственно анизотропией лавсана. Таким образом, при проектировании, изготавлении гибких экранов и других устройств произвольной формы на основе ЖК-композитов следует учитывать влияние подложки на рассеяние света.

В разделе 3.5 теоретически и экспериментально исследовано пропускание света ЖК-композитами.

На рис. 1 показаны экспериментальная и рассчитанная зависимости пропускания света ЗКК-композитом от приложенного к нему внешнего электрического поля. Несмотря на ряд упрощений, сделанных при построении модели наблюдается достаточно хорошее согласование теории и эксперимента практически ео всем диапазоне управляющих напряжений.

Пропускание света ЖК-композитами уменьшается с уменьшением размера капсул и увеличением их плотности. Это объясняется тем, что увеличивается роль многократного отражения и, кроме того, в капсулах меньшего размера из-за оо-Л98 выраженного влияния формы капсулы спонтанно реализуется более совершенная тангенциальная ориентация НЖК.

Зависимость пропускания света от толщины ЖК-композита, в диапазоне использовавшихся нами толщин (20-тояния заметно блике к линейной, чем для "выключенного" сос-тоя-

Рис.

/со и, в

1 Зависимость пропускания света Ж-композитом от приложенного напряжения. Толщина композита 20 мкм.-теория; * эксперимент .

40 мкм), для "включенного" сос-

ш1я.

Здесь л® исследованы спектральные зависимости пропускания света ЖК-композитами в видимой и ИК-области спектра. Пропускание света ЖК-композитами, как при отсутствии внешнего электрического поля, так и при поданном на электроды подложек напряжении зависит от длины волны падающего света. В ИК-области спектра КК-композиты имеют достаточно высокое пропускание, особенно во "включенном" состоянии. Здесь очень интересны две области 4000 - 2000 см"1 и I?00 - 70п см"1. Поэтому, подобные материалы могут использоваться,' например, в ИК-видеосистемах температурного анализа и в системах ночного видения в качестве затворов.

Пропускание света ЖК-композитами во "включенном" и "выключенном" состояниях является основной характеристикой, которая определяет такой важнейший эксплуатационный параметр композита как контраст. К сожалению, до сих пор нет единого стандарта по определению его величины, поскольку значение контраста существенно зависит от методики измерений.

В настоящей работе контраст ЖК-определялея тремя способами: как отношение увкл/гвнкл> ГДд) увкл^ уБыкл_ пропускание СБета

композитом во "включенном" и "выключенном" состоянии соответственно; как отношение двыкл^вкл^ гда рвыкл^ Бькл _ оптическая

плотность композита в "выключенном" и "включенном" состоянии соответственно и в соответствии с ОСТ 11339.310-3? как отношение всег/вфоН1 где яркость сеШеита в возбужденном сос-

тоянии и яркость фона, окружающего сегмент соответстненно.

В разделе 3.6 были измерены .динамические характеристики ЖК-композигой. Эти характеристики определялись по оптическому отклику на прямоугольный импульс. Оказалось, что отклик носит релаксационный характер. Максимально« поло внутри капсулы, а иля-довательно и максимально« пропускание, ваододалось в момент включения, релаксцруя затем до стационарного состояния. В момент появления заднего фронта происходит' его спад. Характерное время включения для исследуемых образцов (чшл) при подаче прямоугольного импульса длительностью 20 ме и амплитудой 50' В составило

1.1 мс, а время выключения (т:вши]) - Ю мс. При уменьшении длительности управляющего импульса уменьшается и тЕЦкД. Так для длительностей 10 и 5 мс значение этого параметра составило соот-тстеэнно в и 4.8 мс. Эти факты можно объяснить, опираясь на ги-тезу о двухмодовом процессе орионтационного упорядочения биполярной структуры при приложении внешнего поля. .

Глава 4 посвящена исследованию электрооптических свойств ШС-ксшозитов с примесными добавками.

В разделе 4.1 дана характеристика объектов, исследования. В качестве добавок в Ш-композит использовались красители антрахи-конового ряда, полученные в Институте органической химии СО РАН. Красители использовались без дополнительной очистки и вводились в ЖК-композит на стадии получения гомогенного раствора в количество 1% от веса ШК. Здесь ке приведена методика определения эффективности красителя, введенного в КК-композит.

В качестве оптически активных добавок к НЖК 5ЦБ использо-.' вались холестериновый эфир олеиновой кислоты (холестерилолеат); и немэзокорфшэ оптически активные добавки .К21 и КВ-5. Первая из них относится к классу карбонильных соединений, полученных на осноиэ 2-арилиден-п-мэтан-З-онов, вторая - к классу биоциклических цис-е-трансенашнокетонов-2.З-циклоалкено-г,3-дегидро-4-гошэрвдонов с экзоцккляческим Б-хиральным центром и пиразолино-вым гетероциком.

Даш структурные формулы, вводимых добавок и их некоторые физико-химические параметры.

В разделе 4.2 рассмотрено влияние добавок глицерина на эксплуатационные свойства ЖК-кошозита. Глицерин известен как хороши}} пластификатор, его добавки уменьшают жесткость связи молекул жидкого кристалла с поверхностью полимера. Оказалось, что даже в небольших количествах глицерин заметно уменьшает управлявшее напряжение (рис.2 ). Введение глицерина в ЖК-композит уменьшает относительную долю КЖ в композите, поэтому было прове-но сравнение эффектов от его введения в ЕК-композит с различным соотноаением немагик-полимер. При больших концентрациях НЖ в

т,% ¿о

Рис.2 Пропускание сь«та ЖК-композитом с добавкой глицерина. -без добавок,

---135,

-«— с,

Ло 100 и, &

■ 3«, • ЮЖ.

композите (2:1 ) наблюдаются не значительные изменения управляющего напряжения, поскольку, в этом случае, относительная доля КК в композите остается высокой. Контраст ЖК-композита для соотношения нематик-полимер 2:1 также несколько выше, чем для соотношения 1:1. В общем же, введение глицерина уменьшает величину контраста главным образом, за счет уменьшения оптической плотности композита в исходном состоянии.

Добавки глицерина в КК-комлозит оказывают влияние не только на управляющее напряжение, но и на динамические характеристики. твкл Уменьшается с 0.86 мс при концентрации глицерина до 0.63 мс при 10% содержании глицерина. Причины этого аналогичны причинам, влияющим на управляющее напряжение.

Таким образом, введение глицерина в ЖК-композит сопровождается уменьшением управляющего напряжения, изменением динамических характеристик образца и понижением контраста. Это необходимо учитывать и искать разумный компромис, решая конкретную практическую задачу.

В разделе 4.3 рассмотрено влияние оптически активных добавок на электрооптические свойства композита.

На рисунке 3 показаны зависимости пропускания света ЖК-ком-позитами, в которых к нематику добавлен холестерин, от приложенного к образцу напряжения. Видно, что добавки холестерического

Т

Рнс.З Пропускание света ЖК-композитом с

добавкой холестэ-рилолеата.

-без добавки,

20 40 ео £О /00 Ц ¿

\%, —в-

ЖК (ХЖК) заметно увеличивают управляющее напряжение и уменьшает пропускание в "выключенном" состоянии. Эффект от введения малых количеств ХЖК к исходному нема тику, основан на образовании закрученной нематической структуры, что приводит к дополнительному рассеянию падающего излучения на спирали полученной структуры в исходном состоянии и в конечном итоге ведет к увеличению контраста. Как и для ячеек на свободных слоях, ЖК, для ЖК-композитов с ростом концентрации хиральной добавки наблюдается увеличение управляющего напряжения, что обусловлено обратно пропорциональной зависимостью критического поля .">т шяга отряди, образовавшейся структуры.

схожими оройптьими обладяот и як-комцозитн с н«мйзомор$«шми оптически активными добавками. Из рис. 4 видно, что чем выше закручивающая способность добавки и выше ее содержание, тем больше управляющее напряжение. Причина этого - в возникновении и свойствах все той же закрученной нематической структуры.

В ЯК-композитах эффект рчскругкм опирали, при ирадкминии внешнего .электрического ноля, является окорее всего комбинированным. Сначала происходит поворот спирали, до положения, когда поле перпендикулярно оси спирали, а затем уже ее раскрутка. Это сказывается на динамических характеристиках ЖК-композита, цаблв-

и, в

Рис.4- Пропускание света ¡НС-композитом о ¡мезогеянаш '.•мгнод ки активными добавками: а - (закручивающая сиоеибиоигь ¡81-46.3 ккм 'нол дол ;; б - КП5 (|р|5.'12 МКМ 'М.-1Л Д<УГ /■ - добавок, —»— 1™, -а— 31, —Л—

даетси увеличение вр«м«Ш1 отклика 11 {мляк^яций чнгшримир, при введении в ЯК-кошоаиг 35Е добанки чвкл«1.4 мс, а '!БЫКТ1- ¡0.0 ме I.

Поскольку, вводимые добавки о<зладавя* шсячИ ып'ИЫ'Ш-П активностью, го при падении на образец линейно полчри:*<>ьаиыч" света, используя в системе детектирования анализатор, можно регулировать пропускание света ь исходном лостуянии, г>?м смям меняя контраст ЖК-композита.

В раздел« 4.4, используя эксперимент и теоретические расчеты, исследовано влияние ряда параметров Ж-ктюжг» о К|*си1ч*гм на его электрооптические свойства.

Исследования показывают, что при ьюдении в композит крапи-теля незначительно изменяется морфология ЯК-капсул: размер » и* плотность, локааат«ль преломления Ш, Ос'Лне рям»тно^ кчияни^ присутствие красителя ыньыиу* ни диаметр»-и •< не» ск-йстья ЖК-композита.

Для численных расчетов использовались следующие данные пе=1.74, п0=1.53, Пр=1.47, (1=20 мкм. Рисунок 5 показывает зависимость пропускания света ЖК-композитом от доли красителя, растворенного в капсуле. Чем больше красителя находится в капсуле, том ниже управляющее напряжение. Разница между управляющими напряжениями для Ж-композитов с различным содержанием красителя в капсуле незначительна. Заметна такке тенденция увеличения пропускания во "включенном" состоянии с увеличением доли красителя в капсуле.

Рис.5 Влияние доли красителя (X), растворенного в ЖК-капсу-ле, на пропускание света Ж-композитом.

-без красителя,

—— Х=0.8,

--- Х=0.3,

—о— Х=0.1.

Измерения показывают, что краситель оказывает большее влия- . ние на удельное сопротивление ЖК, чем на удельное сопротивление полимерной матрицы. Отношение Р^Р^ чаще всего растет. Увеличение при невысоких напряжениях заметно ухудшает пропускание ЖК-композитов. При высоких напряжениях электрооптические характеристики почти одинаковые. Также незначительные изменения пропускания имеют место при малых изменениях показателя преломления л

Характеристика пропускания, в случае совместного воздействия таких параметров как отношение рм/'рт и доля красителя попавшая в ЖК-капсулу, отражает суммарный эффект от влияния'каждого параметра в отдельности на эту характеристику. Таким образом,

можно предположить, что в' реальных образцах имеет место комплексное влияние красителя на характеристику пропускания света ЖК-композитом. Поэтому интересно сравнить расчетные данные с экспериментом, где исследуются ЖК-композиты, содержащие различные красители, влияющие на всо характеристики одновременно.

В таблице 1 приведены характеристики ЖК-композитов, содержащих различные 'красители.

Таблица 1

Параметры ЖК-композитов, содержащих различные красители

Краситель т, 1ППХ' £1 Е1 ч. Н 5 а X

нм моль' см-1 СМ310

(1) 52Т 0.917 0.226 0.456 4.06 0.51 2.92 0.74

(2) 593 0.543 0.454 0.4В4 1.20 0.10 1.36 0.5

8| 1- молярные коэффициенты поглощения, измеренные 2 и х директору; 5{=-(2е1+5| )/3; Б=(В-1 )/(И+?); а- эффективность красителя; длина волны, ссютветсвующая максимальному поглощению красителя.

Все исследованные красители в основном растворились в полимерной матрице. Краситель (1), имея более длинную молекулярную структуру, характерезуется более высоким дихромчным числом и параметром порядка. Этот краситель в большем количестве содержится в ЖК-капсуле. Результатом этого является его большая эффективность (табл. !).

Экспериментальные кривые пропускания двух образцов с разными красителями заметно отличаются друг от друга (рис. 6). Как и для чистых. ЖК с красителем эффект "гость-хозяин" для ЖК-компози-та с красителем дает лучший результат для красителей, характеризующихся большим параметром порядка и дихроичным числом. Эти об-

разцы имеют больший контраст. Т,%\

го

Рис.6 Пропускание света ■ НС-композитами с добавками красителей.

- без красителя,

-о- (1),---(2).

Если сравнить полученные экспериментальные результаты с расчетными, то видно, что эксперимент показывает несколько большую зависимость электрооптичеоких характеристик ЖК-композитов от присутствия в них малых количеств красителя. Возможно, красители влияют на ориентационные процессы, связанные с изменением условий на границе ЖК-полимер и морфологией капсул.

Что касается динамических характеристик ЖК-кошозитов с красителями, то не обнаружено существенного влияния малых количеств красителя на эти параметры ЖК-композита.

В результате выше изложенного сформулированы ряд требований к красителям, вводимым в ЖК-композит.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ:

1) Проведен анализ состояния вопроса исследования електри-оптичег.ких свойств Ж-композитов. ппоонг.кины основные направления данной работы.

?.) Разработана и создан* установка для исследи пения цронус-кания, рассеяния и динамических характеристик ЖК-композитов.

3) Предложен и экспериментально проверен метод исследования

ЖК-композитов, основанный на использовании "лазерного микроскопа" на базе интерферометра Дауэла. Метод позволяет исследовать ЖК-композиты любой толщины без предварительной подготовки образцов.

4) Разработана модель пропускания света ЖК-комлозитом в приближении аномальной дифракции, учитывающая дисперсию размеров капсул и растворимость nor лощащей добавки как в ЖК-капсуле, так и в полимерной матрице. Сравнение расчетных-и экспериментальных, данных показало их хорошее совпадение, что доказывает работоспособность предложенной модели.

5) Проведено комплексное исследование электрооптмччских и динамических свойств, измерено пороговое напряжение, я также их контраст. Установлены основные зависимости характеристик ЖК-композитов от параметров полимерной пленки и внешнего поля.

6) Экспериментально исследовано рассеяние света ЖК-комноли-тами на основе НЖ 5ЦБ и ИВА. Показано, что ЖК-композит на лчн-еаноьой подложке больше рассеивает в переднюю полусферу, ¡ь; сравнению с ЖК-композигом на стеклянной подложки.

7) Проведено комплексное исследование ЖК-компомггов, содержащих примесные добавки. Показано, что характер добавки можнт в значительной мере изменить свойства ЖК-композига. Изотропная добавка (глицерин), изменяя условия на границе нжк-полимер, приводит к уменьшению управляющего напряжения и вр*мнш ьмуиенин. Введение оптически активной добавки характеризуется укиличннием контраста за счет образования закрученной немнтиче™<>й структуры, однако при этом воирасмгает уираытмц№ нмарнюход и цюмвпа отклика и релаксации. Основное требование к красителям, ьв^димнм д ЖК-композит с целью гговншняия контракта, мюико» дихр^и 4Н«ч число и параметр порядка, однако в данном случае начинает играть значительную роль и растворимость красителя в ЖК-капсуле.

Основные результаты диссертации опубликован» и члчдухщих печатных работах:

1. Жаркова Г.М., Стрельцов O.A., Хачатурян F..M. ЭДфжт "гость-хозяин" в кшсулиропаншд иолимором ипмя-тчвснт «идкил кристаллах// Журнал структурной химии. - l^?-. i. , .-.П.).

2. Жаркова Г.М., Стрельцов С.А., Хачатурян В.М. Пропускание света жидкокристаллическими композитами// Журнал структурной химии.- 1993.- т.34, Jf6.- с.118.

3. Жаркова Г.М., Стрельцов С.А., Хачатурян В.М. Электрооптические свойства капсулированных поливинклацетатом нематических жидких кристаллов// Вестник НИИГАиК.- 1994.- ч.2 (в печати).

4. Жаркова Г.М., Стрельцов' С.А., Хачатурян В.М. Контраст закапсулировакных в поливинилацетатную матрицу нематических жидких кристаллов// Вестник ШИГАиК.- 1994.- ч»2 (в печати).

5. Zharkova Г,.М., St.reUaov S.A., Khachaturjan V.M. The scattering efficiency of the dlchroic dye containing polluter dlaperaed liquid crystal film// 15th International Liquid Crystal Conference. - 3-8 July, 1994, Budapest, Hungary.- p.563

Цитированная литература:

1. Ван де Хюлст Г. Рассеяние света малыми частицами. - М., ИМ, 1961.- 361 с.

2. Zumer S. Tight scattering from nematlc droplets: Anonalous-diffraction approach// Pliys. Rev. A. - 1988.- v.37, №10. - p.4006-4015.,

3. Ковальчук А.В., Курик M.B., Лаврентович О.Д., Серган В.В. Структурные превращения в каплях нематика во внешнем электрическом поле// ЖЭТФ.- 1988.- т.94, вып. 5. - е.350-364.

4. Афонин О.А., Названов В.Ф. Модель характеристики пропускания ка12сулированннх нематических жидких кристаллов,-/ Тезисы докладов 2 Всесоыз. семинара "Оптика жидких кристаллоь" Красноярск, 17-21 сентября 1990. - Красноярск. - с. -ir,Q.