Исследование ориентационной релаксации в растворах жидких кристаллов с немезогенным растворителем при высоких давлениях тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.14 ВАК РФ

МОСКОВСКИЙ ПЕДАГОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Р Г Б О Д На правая рукописи.

УДК 534.286

О 5 ЯНВ 1950

ВЕКОВЩЕВ МИХАИЛ ПЕТРОВИЧ

ИССЛЕДОВАНИЕ ОРМЕНТАЦИОННОЯ РЕЛАКСАЦИИ В РАСТВОРАХ ЖИДКИХ КРИСТАЛЛОВ С НЕМЕЗОГЕНШ РАСТВОРИТЕЛЕМ ПРИ ВЫСОКИХ ДАВЛЕНИЯХ

01.04.14 - теплофизика и молекулярная физика

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-иатематических наук

Москва-1997г.

Работа выполнена на кафедре общей физики Московского педагогического университета.

Научные руководители:

доктор физико-ыатеыатических наук, профессор ЛАГУНОВ A.C. кандидат физико-ыатематичеоких наук, доцент БОГДАНОВ Д.Л.

Официальные оппоненты:

доктор физико-математических наук, профессор Висишь Л.К. кандидат физико-математических наук, доцент Ларионов А.Н.

Ведущая организация:

Московская государственная академия приборостроения н информатики

-Защита диссертации состоится " УГ» 1998г. в

на заседании.диссертационного Совета Д113.11.07 по присуадению уч ной степени кандидата физико-математических наук в Московском пед топическом университете по адресу: 107005, Москва, ул.Радио, д.10

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МПУ. Автореферат разослан " 8 "1997 года.

Ученый секретарь диссертационного Совета кандидат физико-математических

наук, доцент Богданов Д.Л

АКТУАЛЬНОСТЬ ПРОБЛЕШ. Экспериментальные и теоретические исследования физико-химических свойств кидких кристаллов (ЖК) продолжают оставаться активно развиващейся областью науки, что обусловлено несколькими причинами: во-первых, сочетанием в ЖК свойств, характерных как для классических жидкостей, так и для кристаллических тел; во-вторых, их широким использованием в системах записи, отображения, обработки и хранения информации; в-третьих, необходимостью иметь критерий оценки адекватности существующих феноменологических и молекулярно-статистических теорий жидкокристаллического состояния вещества.

За последние годы вышло немало работ, посвященных различным сторонам фундаментальных и прикладных исследований Ж. Однако за пределами внимания обзорной и монографической литературы часто оказываются жидкокристаллические растворы немезогенных веществ. Такое положение представляется неоправданным,, поскольку растворы Ж в немезогенных соединениях уже в настоящее, время достаточно широко используются в производственной и исследовательской практике: в качестве смесей для електрооптических устройств, в спектроскопии ЯМР и ЭПР, а также в оптической спектроскопии, в. газо-кидкостной хроматографии, для получения полимерных материалов.

Растворы ЖК в немезогенах являются частным случаем мезоген-ных систем с характерной спецификой: значительно большим разнообразием типов межмолекулярных взаимодействий по сравнению с системами, содержащими только мезогены; сильной структурированностью, нетипичной для изотропных неводных растворов^...

Для осуществления целенаправленного синтеза новых жидких кристаллов о заданными вязкоупругнми и акустооптическими свойствами необходима информация о теплофизических и релаксационных свойствах соединений. Поэтому актуальной задачей молекулярной физики и теплофизики растворов НЖК является изучение ориентаци-онных явлений, процессов молекулярной перестройки, причин возникновения микронеоднородностей, а также определение кинетических характеристик явлений переноса. Кроме того, практическое использование анизотропии акустических свойств растворов НЖК требует в ряде случаев создания «ядкокристаллических систем с малым временем ориентационной релаксации, чему как раз и удовлетворяют растворы НЖ в органических растворителях.

Таким образом, экспериментальные исследования динамики молекулярных процессов, характеризующих ориентационную релаксацию в растворах НЖ с немезогенным растворителем, а также установление степени влияний «температуры и давления на характер втих процессов являются актуальной проблемой физики ЖК. Повышенный интерес представляет изучение релаксационных свойств растворов, подверженных воздействию внешних переменных магнитных к электрических полей, так как именно такие исследования позволяют получить информацию о влиянии термодинамических параметров состояния на кинетические свойства ЖК. Кроме того, многообразие теоретических подходов к описанию релаксационных свойств Ж не позволяет сделать выводы в пользу одной из существующих теорий. В связи с этим исследования поведения растворов НЖК, проведенные при изменяющихся термодинамических параметрах состояния, а в особенности при высоких давлениях, являются актуальными и своевременными.

Самостоятельный интерес представляет изучение влияния молекул немезогекз на ориентационную подвижность молекул и молекулярных комплексов ШЖ, подверженных внешним воздействиям неыеха-нической природы, в.поле высокочастотных периодических объемных деформаций.

. Следует отметить, что акустический метод исследований обладает также той особенностью, что с его помощью можно изучать объемные свойства мезофаз, подверженных незначительному влиянию ограничивающих поверхностей, в то время как рядом других методов исследуются фактически пленочные образцы, линейные размеры которых соизмеримы с магнитной длиной когерентности. Другим привлекательным свойством акустического метода является способность к широкому варьированию параметром а-г (Ы - частота ультразвука,

ш

г - время релаксации т-го процесса), что позволяет проводить анализ в рамках теоретических представлений, справедливых для конкретной величины а-г , то есть в области спектральных характеристик высокочастотных молекулярных процессов.

Таким образом, вкспериментальное изучение анизотропных акустических свойств растворов нематических жидких кристаллов в немезогенных растворителях при изменяющихся р,Т - термодинамических параметрах состояния может способствовать развитию фундаментальных теорий и прикладных исследований данного класса

конденеировашгох сред.

ЦЕЛЬ РАБОТЫ: экспериментальное исследование акустическим методом релаксационных и динамических свойств растворов ' НЖК в немезогенных растворителях, подверженных влиянию внешних статических и переменных магнитных полей, и установление степени влияния р,Т - термодинамических параметров состояния на кинетику молекулярных процессов. Реализация втой задачи включает:

- совершенствование методических основ и экспериментальной установки для изучения акустических свойств растворов НЖК в прос-транотвенно-леременных магнитных полях при изменяющихся р,Т -термодинамических параметрах состояния;

- исследование влияния давления и концентрации растворителя на релаксационные свойства растворов НЖК;

- изучение влияния давления и концентрации растворителя на временную зависимость анизотропии коэффициента поглощения ультразвука во вращающемся магнитном поле;

- проведение теоретического анализа экспериментальных данных на основе континуальных и молекулярно-статистичееких теорий анизотропнонидкого'состояния вещества.

НАУЧНАЯ НОВИЗНА. Создана новая экспериментальная установка для измерения абсолютных значений скорости распространения ультразвука в растворах НЖК и усовершенствована методика проведения эксперимента по изучению анизотропии акустических параметров в статических и переменных магнитных полях при изменяющихся концентрации растворителя и р,Г - термодинамических параметрах состояния. Акустическим методом исследовано влияние^ температуры, давления и концентрации на время релаксации ориентационной■ упорядоченности НЖК, а также на динамику поведения- данного" -НЖК и его растворов в немезогенном растворителе во вращающемся магнитном поле.

ВПЕРВЫЕ ИССЛЕДОВАНО акустическим методом на частоте ультразвука 6.2МГц влияние давления в интервале до 1.2-10аПа и концентрации растворителя на температуры фазовых переходов НЖ -Ш исследуемых растворов евтектической смеси алкоксибензилиден-бутилашшгаов (мезоген) о бензолом (немезоген) и на время ориентационной релаксации в статическом и вращающемся магнитных полях.

ВПЕРВЫЕ ОБНАРУЖЕНО:

- линейное возрастание плотности вещества е увеличением содержания бензола для температур, равноотстоящих от температуры Т„,

NI

фазового перехода данного раствора;

- увеличение времени ориентационной релаксации о повышением давления и уменьшение - е ростом концентрации растворителя;

- удовлетворительное соответствие значений отношения коэффициента вращательной вязкости уi к анизотропии диамагнитной восприимчивости А%, а также характеристической частоты (¿о, рассчитанных. из стационарного и нестационарного рекимов вращения магнитного поля;

- выполнимость закона типа Аррениуса для температурной зависимости отношения 7 /Ах с анергией активации, являющейся индивидуальной характеристикой данного раствора НЖК и не зависящей от параметра порядка;

На основе полученных экспериментальных данных выполнен критический анализ ряда выводов гидродинамических и молекулярно-статиотических теорий.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЦЕННОСТЬ. Создана экспериментальная установка для измерения абсолютных значений скорости распространения ультразвука в растворах НЖК и усовершенствована методика проведения измерений анизотропии скорости распространения и коэффициента поглощения ультразвука в статических и переменных магнитных полях при изменяющейся концентрации растворителя в заданном интервале температур и давлений. Результаты экспериментальных исследований позволяет выполнить анализ и осуществить проверку ряда положений гидродинамических и молекулярно-статистических теорий. Полученный количественный ж качественный материал может являться основой рекомендаций к практическому использованию растворов Ж в качестве рабочих тел различных устройств электро- и акус-тооптики.

АВТОР ЗАЩИЩАЕТ;

- результаты методических и конструкторских разработок, позволяющих изучать динамику ориентационных процессов в растворах НЖК с немезогенным растворителем при изменяющихся термодинамических параметрах состояния;

- обнаруженные экспериментальные зависимости акустических пара-

метров от давления, температуры и концентрации немезогенного компонента;

- результаты анализа экспериментальных данных, вшолненного в рамках гидродинамических и молекулярно-статистических теорий жидкокристаллического состояния вещества.

АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ. Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на научной конференции преподавателей и аспирантов МПУ, г. Москва, 1994, 1995, 1996, 1997г.г.; Всероссийской научной конференции "Современные методы подготовки специалистов и совершенствование систем и средств наземного обеспечения авиации", г. Воронек, 26-28 мая 1997г.

ОБЪЕМ РАБОТЫ. Диссертация содержит 170 страниц машинописного текста, 17 таблиц, 72 рисунка, библиографию из 124 наименований. Диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов, списка литературы и приложения, включающего 12 таблиц. >

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТ« .

В первой главе приводится литературный обзор современного состояния вксперашентально-теоретических исследований жидкокристаллических веществ и их растворов в статических и переменных магнитных полях при изменяющихся термодинамических параметрах состояния, которые оказывают существенное влияние на скорость распространения и коэффициент поглощения ультразвука, а такие сформулирована задача исследования.

Представлен анализ изменения ориентационной структуры HSX под действием вращающегося магнитного поля в рамках существующей теории. Показано, что применение роевой и гидродинамической теорий для описания поведения НЖК во вращающемся магнитном поле приводит к качественно сходным результатам, которые согласуются с экспериментальными данными в стационарном рекиме вращения магнитного поля. Однако теоретический анализ поведения НЖ в области частот, близких к частоте смены режимов, а также в нестационарном режиме требует дальнейшего развития. .

Рассмотрены некоторые аспекты феноменологической теории жидких кристаллов, описывающей анизотропное распространение ультразвука в НЖК о учетом релаксационных механизмов.Выделены механизмы, ответственные за поглощение и дисперсию ультразвука. По-

казано, что. дальнейшее построение теоретической модели одерживается, в определенной степени, неоднозначностью экспериментальных данных о влиянии давления на релаксационные свойства ЖК во вра-щащихся магнитных полях. Из содержания обзора следует необходимость дальнейших экспериментальных исследований НЖК и их растворов в переменных магнитных полях при изменяющихся термодинамических параметрах состояния.

Анализ литературных данных позволил сформулировать физическую задачу настоящей работы, а также обосновать выбор объекта исследования и определить методический подход к решению поставленной задачи.

Во второй главе представлено описание методики исследования релаксационных и динамических свойств растворов жидких кристаллов алкоксибензилиденбутщщшшшов в бензоле в статических и вращающихся магнитных полях при высоких давлениях. Дано подробное описание акустического метода исследования ЖК в переменных магнитных полях при высоких давлениях е указанием основных требований, предъявляемых к экспериментальной установке.

Подробно изложены методические особенности измерения абсолютных и относительных значений акустических параметров растворов при изменяющихся термодинамических параметрах состояния.

Приведены функциональные схемы экспериментальных установок, эскиз конструкции автоклава (камеры высокого давления), схема системы заливки ЖК, обеспечивающей чистоту исследуемого вещества. а также схема системы создания и контроля давления.

Проанализированы систематические и случайные погрешности вксперимента. Относительные погрешности для исследуемых параметров составляют: с(р,Т) - 0.08%, Да/Г2(р,о:) - (1.25+2.80)$ при «н<«о и (1.15+5.0)% при «н>йо> г -(2.9+3.4)%, З^/Дх -(3.4+4-0)$, где с - скорость распространения ультразвука, а - коэффициент поглощения ультразвука, Ла^а"-«*1, Г - частота ультразвука, X -время ориентационной релаксации директора.

В третьей главе приведены результаты экспериментальных исследований плотности и абсолютных значений акустических параметров ЖК Н-8 и ряда его растворов в немезогеняом растворителе (бензоле). Ориентация исследуемых веществ осуществлялась магнитным полем индукцией 0.275ТЛ, измерения проводились на частоте

ультразвука 6.2МГц. Представлены результаты измерения акустических свойств ЖК в магнитном поле различной ориентации при различных температурах Т, давлениях р и концентрациях п растворителя, а такэке изменения анизотропии коэффициента поглощения ультразвука во вращающемся магнитном поле при изменяющихся термодинамических параметрах состояния и частоте вращения магнитного поля. Из результатов эксперимента-выявлены следующие закономерности:

1. Температурная и концентрационная зависимости плотности исследованных веществ при атмосферном давлении и в отсутствии магнитного поля могут быть описаны выражением, включающим в себя оба этих параметра:

р(п,Т) = к0 - ^-п - ка-3? . (1)

Для нематической фазы Ж:

к0=1235.5 кг-м"3 ; ^=0.25 ; к2=0.б5 кг-м'^К"1 . Для изотропной фазы:

к =1234.1 кг-ы"3 ; к.=0.27 ; к =0.65 кг-м^-К"1 .

О 12

2. Скорость распространения ультразвука в изотропной и нематической фазах о повышением давления увеличивается, а в области фазовых переходов наблюдается локальный минимум. Для температур, отстоящих от области фазовых переходов НЖК-ИЖ на величину, большую 5К, зависимость скорости распространения ультразвука от давления при постоянной температуре удовлетворительно описывается уравнением вида:

с(р) = с0 + к4-р + ка-р2 , (2)

где с0 - скорость при атмосферном давлении, к1 и кз - постоянные коэффициенты. Численные значения к{ и к2 представлены в табл. 1.

Температурная зависимость скорости при различных давлениях и концентрациях имеет линейный вид. Вдали от области фазового перехода зависимость с(Т) удовлетворительно описывается выра-кением:

с(Т) = с0 + кт-(ТН1 - Т) , (3)

где о0 и с - значения скорости при ТН1 и Т соответственно, кт -коэффициент пропорциональности (табл. 1), Т - температура фазового перехода. При увеличении концентрации растворителя для фиксированных р и Т значение скорости незначительно уменьшается.

3. Акустические исследования на частоте 6.2МГЦ позволяют оценивать температуры ТН1 фазовых переходов ЖК. С ростом давления фа-

Таблица 1. klf-Ю'^-о^-Па"1; ка, .10"14ы.с_1 -Па"3: к^м-с"1-К"1

п, кг-м-3 0 13-61 26.63 53.45

НЖК ИХ 0.40 0.61 0.38 0.46 0.37 0.41 0.35 0.40

НЖК ИЯ -0.72 ' -0.82 -0.60 -0.74 -0.54 -0.93 -0.46 -0.25

кт НЖК Ш 4-04 2.68 4.24 2.97 3.72 3.29 3.56 3-74

зовые переходы смещаются в область высоких температур. Измеряя для данной температуры Т' давленые р , , соответствующее мини-

NI min

муму скорости ультразвука, были определены экстремальные значения, по которым построены зависимости Т от давления (рис.1), удовлетворительно описывающиеся уравнением:

о

где %j0~ температура, ооответствущая минимуму скорости при атмосферном давлении, р - давление, к - постоянный для данного раствора ковффидиент. Для растворов с концентрациями бензола п=0; 13.61; 26.63; 53-4-5 кг-м"3 температура Тщо и коэффициент к равны соответственно: Т'Що = 328.2; 318.4; 311.8; 298.2К; к = 3.34-Ю"7; 3.47-10""7; 3-37-10"7; 3.10-10"7К-Па-1. Увеличение концентрации органического растворителя приводит к смещению границы раздела фаз на р,Т - диаграмме в область низких температур.

4. В исследованном интервале температур и давлений а!'/Х2>а1/Х2. Зависимость Аа/г2=а!|/Гг-а1/12 от ЛТ представлена на рис.2. Здесь

лт = т - ткг(р) = т - тМ1(р0) - к.р . (5)

Угловая зависимость Да(9)/13 во всем интервале температур и давлений существования неыатической фазы описывается соотношением:

Да(9)/Х2 = а(р,Т)•сов3в + Ь(р,Т)-соз^в , (6)

где в - угол взаимной ориентации волнового вектора и вектора индукции магнитного поля, а и Ь - коэффициенты, зависящие от р,Т-термодинашгаееких параметров состояния. На рис.За,б представлены зависимости а и Ь от ЛТ. Повышение температуры ЖК вызывает увеличение коэффициента а и уменьшение Ь. Вблизи перехода НЖК-ИЖ коэффициент а достигает максимального значения. Дальнейшее повышение температуры до величины Т сопровождается уменьшением а и

NI

Ъ до нуля. Значения коэффициента Ь практически не зависят от концентрации бензола.

5. При вращении магнитного поля с частотой "н<ыо (стационарный режим), где мо~ частота смены режимов, наблюдается периодическое изменение параметра 4а(инД)/12 с частотой, равной удвоенной частоте вращения магнитного поля 2йн- При втом происходит фазовый сдвиг р между директором "Й и вектором магнитной индукции

(рис.4а). Увеличение давления р или частоты вращения и , а также понижение температуры Т вызывает возрастание величины р (рис.5). При увеличении концентрации бензола для фиксированных значений Т, р м и наблюдается уменьшение величины фазового ОДЗНГа р. ЗНЭчеНИЯ В6ЛИЧКНЫ кй/х , ПоЛучвННЫб В ОТаЩЮКВрКОЫ

\ р=6-10 Па ! !Г=301.2К | И =0.87рад/е

24П м.-Ь.рад

Рис.4. Фазовая диаграмма а/!" для раствора 3(п=53-45кг/м ). 1) стационарный ретам; б) нестационарный реязш.

О 200 400 600 800 1000 р,•10вПа

Рис.5. Зависимость Ч> от давления при а =0.10 рад/с и температурах Т,К: 1 - 298.9; 2 - 309-1; 3 - 319.2; 4 - 329-6.

режшле, совпадают с результатами измерений ¿а/Г2 в статическом магнитном поле и не зависят от частоты вращения магнитного поля, а являются функциями р,Т-термодннашческих параметров состояния. 6. Увеличение частоты вращения магнитного поля в область ин>«0 приводит к изменению вида фазовой характеристики коэффициента поглощения ультразвука (рис.46). Изменение характера временной зависимости параметра а при изменении рД-термодинамических параметров состояния является следствием зависимости частоты «0 от температуры и давления. Представление частотной зависимости Ла(«н,1;) в билогарифмическом масштабе, позволило определить частоту смены рекимов (¿>0- С ростом давления или понижением температуры величина И0 уменьшается. При фиксированных значениях Т, р и ин происходит увеличение величины ао с ростом концентрации бензола (рис.6), из чего можно сделать вывод об уменьшении времени ориентационной релаксации го=2я/ао при возрастании концентрации органического растворителя. При частотах вращения магнитного поля, больших 0)о, наблюдается переходный процесс, характеризующийся появлением на фазовой зависимости низкочастотной составляющей с частотой £). Какой-либо зависимости й от концентрации не обнаружено. Характеристическое время затухания г* втой составляющей является функцией Т, р и о. При возрастании концентрации *

бензола величина г уменьшается для данных значений температур, давлений и частот в . По истечении переходного процесса фазовая

Рис.6. Зависимость частоты смены режимов от №=Т-!Г (р).

хзрактериетика коэффициента поглощения ультразвука принимает такой ;ка вид, как я в стационарном режиме, ко с меньшей амплитудой Да/12.

В четвертой главе проведен анализ полученных экспериментальных результатов в свете современных теоретических представлений. Установлено, что:

1. Зависимость вЬЩ от Мн/Ы0 (рис.7) является универсальной, т. к. Во зависит от давления и температуры (увеличение температуры или уменьшение.давления приводит к возрастанию частоты й ). В области йн>ыо наблюдается отклонение е1п2? от линейной зависимое™, которое, возможно, объясняется нарушением однородности ориентационной структуры, появлением разного рода дефектов, что приводит к увеличению частоты смены режимов а . Критическая частота смены режимов (табл.2) рассчитана по уравнению Цветкова: в1п2(р=а /а . (?)

н О

Увеличение концентрации растворителя ведет к росту величины при данных давлении р и температуре Т.

Из экспериментальных данных, полученных в нестационарном режиме вращения магнитного поля, и исходя из соотношения:

'<>-»„ "Л ~ «Ф* ' (8)

была рассчитана частота смены режимов й° (табл.3), которая совпадает по порядку величины со значениями частоты «0, определенной из стационарного рекима. На рис,8 приведены зависимости и и® от температуры Т*, где:

Т*=ТК1 -ЛТ=Т -[Т <Р)-Т]-Т -(Т +к-р)+Т=Т-к-р . (9)

0 0 о О

Таблица 2. а°(п,р,Т), рад/с. В = 0.275 Тл.

р,•10еПа 1 200 400 600 800 1000 1200

т.к

п=0

298.9 0.41 0.27 0.21 0.20 0.26 - -

319.2 1.07 0.78 0.59 0.44 0.29 0.24 0.19

329-6 - 1.22 0.83 0.64 0.47 0.47 0.32

п=13.б1кг/ы3

298.9 0.42 о.зо 0.26 0.18 0.15 0.12 -

309.1 0.74 0.58 0.37 0.29 0.21 0.19 0.14

319.2 - 0.85 0.66 0.48 0.41 0.29 0.21

329.6 - - 1.16 0.77 0.61 0.43 о.зз

п=26.63нг/мэ

299.4 0.56 0.43 0.33 0.23 0.14 0.13 0.12

308.9 0.99 0.66 0.51 0.39 0.34 0.24 0.15

319.2 — - - 0.59 0.47 0.34 0.25

п=53.45кг/м3

301.2 — 0.62 0.44 0.30 0.21 0.19 0.15

Таблица 3. а*(п,р,Т), рад/с. В = 0.275 Тл.

р,-105Па 1 200 400 600 800 1000 1200

Т,К

п=0

298.9 0.53 0.40 0.30 0.21 0.15 - -

319.2 1.23 0.96 0.73 0.57 0.46 0.36 0.28

329.6 - 1.28 0.98 0.81 0.65 0.53 0.45

п=13.61кг/м3

298.9 0.56 0.43 о.зз 0.24 0.17 0.13 0.08

309.1 0.81 0.64 0.48 0.37 0.29 0.22 0.17

319.2 - 0.89 0.70 0.55 0.43 0.35 0.27

329-6 - - 1.04 0.81 0.65 0.49 0.39

п=2б.63кг/м3

299.4 0.61 0.47 0.36 0.26 0.18 ■ 0.15 0.11

308.9 0.95 0.68 0.51 0.41 0.33 0.26 0.20

319.2 - - 0.85 0.65 0.50 0.41 0.33

п=53.45кг/м3

301.2 — 0.63 0.46 0.37 0.26 0.19 0.15

Т ,К

Рис.8. Зависимость частоты смены режимов и° (кривая 1) и и° (кривая 2) от Т* для раствора 1 (п=13-б1кг/м3).

Сравнение значений И0, и м® показывает их сошадение по порядку величины и характеру температурной зависимости. Значения а и практически совпадают и по величине, а для и и® наблвдается количественное отличие, причем и* несколько больше Отношение невелико и составляет: 1.05+1.59 -для чисто-

го Н-8; 1.07+1.43 - для раствора 1; 1.05+1-33 - для раствора 2; 1.02+1.24 - для раствора 32. Зависимость нормированной амплитуда Да(а ,1;)/Ая (й ,1;) от ан/во (рис.9) является универсальной, а точка V» с координатами (Л, 1), - точка пересечения линейной и гиперболической зависимостей - соответствует частоте смены режимов. Здесь Да(в ,1;) -значение анизотропии коэффициента поглощения ультразвука при частотах ь>н > а Да (а ,"Ь) - при а <а°. В области значений

(и /а°) < 1 анизотропия ковффициента поглощения ультразвука не н о

зависит от частоты й вращения магнитного поля, что соответствует стационарному режиму (линейный участок). Дальнейшее увеличение ин в область значений (ин/и°) > 1 приводит к уменьшению анизотропии коэффициента поглощения, т.е. стационарный реким переходит в нестационарный.

3- Температурная зависимость отношения 74/Дх в нематической

1.0

0.5

0 1 2 3 4 5 6 ын/а°

Рис.9. Зависимость Да(а .1;)/&а (и . 1;) от ии/и° для чистого Н-8.

л ОН N и

У/ДХ.-Ю6 ед. СГС

10

1: о - чистый Н-8

2: » - раствор 1 (п=13.б2кг/м3)

3: * - раствор 3 (п=53.45кг/мэ)

-=45"

Г^СГ

"АТТК

10

Рнс.Ю. Температурная зависимость отношения 7£/йх-

вязкости 7 к анизотропии диамагнитной восприимчивости Д% в не-матической фазе (рис.10) описывается экспоненциальным законом типа Аррениуоа. Увеличение концентрации немезогена при данной

температуре ДТ, равноотстоящей от температуры Т фазового пере-

МI

хода каждого раствора, вызывает возрастание величины 1

Все точки зависимости 1п(у ^Лх) от обратной температуры 1/Т*, за исключением находящихся вблизи температуры Т (ДТ*5К),

NI

хорошо укладываются на одну прямую вида:

Ыц/М) = А +^-(1/Т*) , (10)

где А - постоянный коэффициент„Е - внергия активации. Этот вьшод согласуется о результатами исследований ряда НЖК, выполненных другими методами. Исходя из представленного выше вида Функции У, ,

1п-д^-(1/Т ) был определен закон, выражающий зависимость у1/Дх от р.Т-термодинамических параметров состояния:

7/ДХ = А-ехр Е , (11)

где А, Е и V - постоянные коэффициенты, являющиеся индивидуальными характеристиками ЖК-рэствора и практически не зависящие от температуры и давления (табл. 4). Величина коэффициента 7=Е-к/Т в выражении (11) указывает на то, что его ыоягно отождествить о величиной "свободного объема", приходящегося на один моль НЖК. Увеличение концентрации растворителя приводит к уменьшению величины у /Дх при фиксированных давлении и температуре.

Таблица 4. Значения параметров А, Е и V.

п,кг/мэ А,ед.СГС ■р. 1пз Дяс Е' 10 моль V .10~5 Д® ' моль-Па

0 13.61 26.63 53.45 9.63 30.25 33.63 46.69 34.16 30.87 30-31 29-08 3.91 3-71 3.69 3.57

4. Зависимость величины, обратной адиабатической сжимаемости р , от внеишего давления р описывается изоентропийныы уравнением состояния, записанным в виде:

1/0 = р-с2 = Г .(р + р) , (12)

8 е I

где Г - нелинейный акустический параметр, р, - внутреннее дав-8 1

«ление квдкоош. Величина Г практически не зависит о? темперэту-

а

ры и индивидуальных свойств растворов НЖК, ее значение в немати-ческой фазе составляет «12.6, а в изотропной фазе «12.8 для всех исследованных растворов.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

1. Экспериментально исследована плотность НЖК Н-8 и его растворов в немезогенном растворителе (бензоле) в температурном интервале существования мезофазы. Установлена универсальность темпера турно-концентрационной зависимости плотности исследованных веществ.

2. Впервые получены экспериментальные значения скорости и коэффициента поглощения ультразвука на частоте 6.2МГц при различных температурах и давлениях в статическом и вращающемся магнитных полях для различных концентраций немезогена. Установлена зависимость акустических параметров от концентрации, давления и температуры.

3. Установлены эмпирические зависимости скорости распространения и коэффициента поглощения ультразвука от давления и температуры при различных концентрациях растворителя и углах ориентации магнитного поля. Показано, что в исследованном интервале давлений и температур для всех изученных растворов увеличение давления эквивалентно понижению температуры.

4. По результатам измерения акустических параметров установлена зависимость температур фазовых переходов от давления в исследовании х растворах и чистом НЖК. Обнаружено, что с ростом концентрации бензола температура фазового перехода НЖК-ИЖ смещается в область более низких значений.

5. Впервые установлен релаксационный характер изменения амплитудных и фазовых параметров анизотропии коэффициента поглощения ультразвука в растворах НЖК при изменяющихся р,Т-термодинамичес-ких параметрах состояния во вращающемся магнитном поле. Обнаружено существование трех режимов частотной зависимости изменения коэффициента поглощения растворов НЖК; стационарного, промежуточного и нестационарного. В нестационарном режиме фазовой характеристики установлена зависимость низкочастотной составляющей анизотропии коэффициента поглощения ультразвука от р,Т-термоди-намических параметров состояния и .частоты вращения магнитного поля. Рассчитано время затухания низкочастотной составляющей при различных давлениях, температурах и концентрациях. Показано, что с ростом температуры или концентрации немезогена время затухания уменьшается, а с ростом давления или частоты вращения магнитного

поля - увеличивается.

6. Выполнен теоретический анализ поведения ковффяциента поглощения ультразвука во вращающемся магнитном поле. Выделена характеристическая частота и , общая для всех реяашов изменения ориентации в растворах НЖК. Определены ее зависимости от температуры, давления и концентрации растворителя. Обнаружено, что увеличение концентрации немезогена приводит к уменьшению времени ориентаци-онной релаксации ЖК. Установлено качественное согласие существующей континуальной теории динамических свойств анизотропных жидкостей с экспериментальными результатами в стационарном режиме и их расхождение е выводами теории в промежуточном и нестационарном режимах.

7. Установлено, что температурная зависимость отношения коеффи-цнента вращательной вязкости к анизотропии диамагнитной восприимчивости в нематической фазе описывается вкспоненциальным законом типа Аррениуса с энергией активации, не зависящей от параметра порядка и являющейся индивидуальной характеристикой данного раствора НЖК.

ОСНОВНЫЕ МАТЕРИАЛЫ ДИССЕРТАЦИИ ОПУБЛИКОВАНЫ S СЛЕДУЮЩИХ РАБОТАХ;

1. Вековщев М.П., Лукьянов А.Е. Методические особенности определения абсолютного значения скорости распространения ультразвука в растворах НЖК о немезогенным растворителем. // Деп. в ВИНИТИ: 07-06.96., 1Ы925-В96.

2. Вековищев М.П. Плотность нематичеекого жидкого кристалла Н-8 и его растворов в немезогенном растворителе бензоле С&Н6- /'/ Деп. в ВИНИТИ: 26.06.96., И«2135-В96.

3. Аюров Г.А., Богданов Д.Л., Лагунов A.C., Вековищев М.П. Осипов A.B. Экспериментальная установка для исследования акустических свойств ЖК при различных параметрах состояния в переменном магнитном поле.//Деп. в ВИНИТИ: 14-04-9?., N°1205-B97.

4. Вековищев М.П., Богданов Д.Л. и др. Влияние давления и температуры на характер угловой зависимости анизотропии коэффициента поглощения ультразвука в р-рах НЖК. // Всероссийская научная конференция "Современные методы подготовки специалистов и совершенствование систем и средств наземного обеспечения

авиации (2б-28мая, 1997г. )'*, Воронен, ВВВАИУ, 1997, е.272-274.

5- Осипов A.B., Вековищев М.П., Богданов Д.Л. Зависимость времени релаксации анизотропии поглощения ультразвука в пульсирующем магнитном поле от температуры. Всероссийская научная конференция (тез. докл.), Воронеж, 1997, с.244-246.

6. Богданов Д.Л., Вековищев М.П., Лагунов A.C. Поведение анизотропии ковффициента поглощения ультразвука в НЖК Н-8 и его растворах в бензоле во вращающемся магнитном поле при высоких давлениях. // сб. "Ультразвук и термодинамические свойства вещества", Курск, 1997, е.87-94.

7. Аиров Г.А., Богданов Д.Л., Вековищев М.П. Индукционная зависимость анизотропии поглощения ультразвука в широком интервале температур и давлений. // Сб. докл. Всероссийской научной конференции, Воронеж, 1997, с.255-257-

8. Богданов Д.Л,, Вековищев М.П. и др. Методика исследования анизотропии поглощения ультразвука НЖК в пульсирующем магнитном поле. // об. "Ультразвук и термодинамические свойства вещества", Курск, 1997, с.109-115.

Подписано 6 печать 16,10.-97. Формат бохвл^и Веч.и. 1. Тирах юо экз. Заказ зв.

Ротапринт ЫПУ