Полярность молекул и диэлектрические свойства термотропных жидких кристаллов тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.14 ВАК РФ

САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

На правах рукописи

РАГИМОВ Джаваншир Али оглы

ПОЛЯРНОСТЬ МОЛЕКУЛ И ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ТЕРМОТРСШНЫХ ЖИДКИХ КРИСТАЛЛОВ

01.04.14 - теплофизика и молекулярная физика

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наун

САНКТ-ПЕТЕРБУРГ 1992

Работа выполнена в Научно-исследовательском институте физики Санкт-Петербургского государственного университета.

Научные руководители: доктор физико-математических наук,

профессор РЮЩЕБ Е.И.; кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник АВБАС-ЗДЦЕ A.A.

Официальные оппоненты: 'доктор физико-математических наук, ведущий научный сотрудник ЗУБКОВ Л.А.;■ кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник СТЕПАНОВА Т.П.

Ведущая организация - Санкт-Петербургский Институт машиноведения им.А.А.Епагонравова РАН

Защита диссертации состоится п" 1992 г.

в /¿iB час. на заседании специализированного совета Д 063.57.32 rio зайдите диссертаций на соискание ученой степени доктора наук при Санкт-Петербургском государственном университете по адресу: 199034, Санкт-Петербург, Университетская , наб., 7/9.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке СПбУ.

Автореферат разослан 1992 г.

Ученый секретарь специализированного совета, доктор физ.-мат. наук,

профессор СОЛОВЬЕВ В.А.

ОНЦАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Физические и химические свойства жидких кристаллов особенно интенсивно изучаются с начала семидесятых годов по настоящее время. Важной и актуальной проблемой современной физики конденсированного состояния вещества является установление количественной связи между молекулярными характеристиками и макроскопическими свойствами жидких кристаллов. Одно из направлений таких исследований - изучение полярного строения молекул мезоморфных жидкостей, ответственного за формирование уникальных электрических параметров жидкокристаллических образцов - их высокой макроскопической диэлектрической анизотропии.

Для широкого и целенаправленного использования жидких кристаллов при создании новых поколений систем отображения информации, поляризационных устройств различного назначения, оптических модуляторов*и затворов, а также многих других технических разработок, необходимы данные об их физических свойствах. Поскольку в основе большинства устройств, использующих жидкокристаллические материалы, лежат электрооптические эффекты, которые непосредственно зависят от диэлектрических характеристик жидких кристаллов, то исследование равновесных диэлектрических свойств и релаксационных процессов в жидких кристаллах является важной научной и технической проблемой. В на- . стоящее время синтезируется большое количество новых мезоморфных веществ с широкой вариацией химического строения молекул; различным числом высокополярных групп, наличием гибких цепочек (спейсеров) внутри меэогенных фрагментов и т.д. До настоящего времени в литературе практически отсутствовали систематические количественные исследования влияния различных полярных групп и их положения, а также гибких спейсеров на дипольную структуру молекул и, следовательно, на величину и знак их'мак-роскопической диэлектрической анизотропии д£ . С другой стороны, величина и знак определяются также релаксационными явлениями, реализующимися в жидких кристаллах. Экспериментальное исследование дисперсии диэлектрической анизотропии открывает возможности изучения молекулярных механизмов дипольной

поляризации жидких кристаллов о достаточно сложным химическим строением молекул. Отмеченные выше проблемы легли в основу выполнения настоящей диссертационной работы. ,

Целью диссертационной работы является определение величины дипольного момента и его направления в молекулах термотроп-ных жидких кристаллов с закономерно изменяемой полярной структурой, экспериментальное обоснование применения метода групповых дипольных моментов для анализа дипольного строения молекул жидкокристаллических веществ; установление количественной связи ыекду полярностью молекул, величиной и знаком макроскопической диэлектрической анизотропии жидкокристаллических веществ, структурной особенностью которых является наличие гибких алифатических спейсеров в молекулах; изучение релаксационных явлений, ответственных за дисперсию диэлектрической анизотропии, при вариации длины и положения гибкой развязки в молекулах высокополярных термотропных жидких кристаллов.

Научная новизна диссертационной работы.

1. При изучении электрооптических и диэлектрических свойств разбавленных растворов жидких кристаллов получены количественные Данные о величине постоянного дипольного момента и его направлении в Молекулах для 30 новых мезогеНных веществ.

2. Впервые на обширном экспериментальном материале показана возможность анализа дипольной структуры термотропных жидких кристаллов при направленной вариации числа и расположения различных полярных групп и связей в молекулах.

3. Экспериментально показано, что использование эвтектических смесей гомологов с достаточно низкими температурами существования меэофазы позволяет исследовать в радиочастотном диапазоне полный комплекс молекулярных механизмов, ответственных за дипольную поляризацию жидких кристаллов.

4. Впервые исследована диэлектрическая релаксация в жидких кристаллах, молекулы которых содержат внутри мезогенного ядра алифатические цепочки различной длины. Установлена темпе-ратурно-частотная область дисперсии диэлектрической анизотропии при вариациях длины и положения в молекулах алифатических спейсеров. Определены молекулярные механизмы дипольной поляризации жидкокристаллических образцов.

Научная и практическая значимость. Полученные экспериментальные данные о связи меящу полярной структурой и диэлектрическими свойствами жидких кристаллов открывают возможности направленного синтеза новых жидкокристаллических материалов для электрооптических устройств различного назначения. Исследованные в работе температурно-частотные- зависимости диэлектрической анизотропии жидкокристаллических образцов широко применяются в технике, могут быть использованы при разработке и изготовлении жидкокристаллических индикаторов, модуляторов систем-отображения информации, работающих в широком температурном интервале. Результаты могут быть использованы также при составлении таблиц стандартных справочных данных по диэлектрическим свойствам мезоморфных веществ.

Апробация работы. Результаты работы докладывались на У1 Всесоюзной конференции "Жидкие кристаллы и их практическое использование" (Чернигов, 1988), Республиканской конференции "Жидкие кристаллы и их применение" (Баку, 1988), Всесоюзном семинаре "Оптика жидких кристаллов" (Красноярск, 1990) и на Меж* дународной конференции по жидким кристаллам (Вильнюс,' 1991).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 8 работ в виде статей и тезисов докладов.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов и списка литературы (92 наименования). Общий ее объем - 121 стр. машинописного текста, включая б таблиц и 44 рисунка.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертации, сформулированы цель и основные задачи работы, ее научная новизна и приведены основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе рассматриваются теоретические основы методов определения полярной структуры молекул и теории диэлектрической поляризации нематических жидких кристаллов. Проведен обзор экспериментальных и теоретических исследований полярной структуры молекул-жидких кристаллов и их диэлектрических свойств.

Величина молекулярного дипольного момента /и может быть определена методом Гугенгейма-Смита с использованием экспериментальных значений диэлектрических -проницаемостей , показателей преломления иГ1 разбавленных растворов исследуемых веществ и растворителей , и, : .

Здесь ^ - концентрация, выраженная в весовых долях; М - молекулярный вес; - плотность растворителя. Направление дипольного момента у, относительно длинной оси молекулы (угол р ) определяется с использованием экспериментально полученной молярной константы Керра Км и соотношения теории Ланжевена -Борна, связывающей К.и 'с и р :

Кк = ? + (2)

Здесь Ь, > ?>г = , л, > = - оптические и электрические поляризуемости молекул, обладающих одноосной симметрией.

Молярная константа Керра растворенного вещества рассчитывается из величины электрического двойного лучепреломления растворов к и растворителя К, :

К - 6". ' М (К„- К.)

и" К+2)(£1 + 2)г ■ -А V

Необходимая для расчета р анизотропия поляризуемости - = Л,-о(.г ^ожет быть определена из измерений главных показателей преломления жидких кристаллов пе и ио и анизотропии рефракции:

^ = (4)

где Б - степень ориентационного порядка жидкого кристалла.

Проведенные ранее исследования полярной структуры молекул жидких кристаллов (ЖН) показали, что последние обладают положительной диэлектрической анизотропией, если дипольный момент р_ направлен под углами 0° < р <' 55° к длинной оси моле-.

кул. При р > 56° диэлектрическая анизотропия жидких кристаллов отрицательна.

Во втором параграфе главы рассмотрены теории диэлектрической поляризации жидких кристаллов Майера-Мейера и В.Н.Цвег-кова. Диэлектрические проницаемости нематических жидких кристаллов вдоль ( £„ ) и поперек ( оптической оси и диэлектрическая анизотропия де = е,- связаны с молекулярными ха-рактеристикамй /ц,р следующими соотношениями:

. м^г. ♦.^иг,)^^)] (5) = (б)

^^Д^^З^)]^ (7)

Здесь 3 и ¿Л - деформационная поляризуемость и анизотропия поляризуемости молекул; Р^л^'с^р/з^т • - ориентацион-

ный вклад в поляризацию за счет вращения молекул вокруг коротких осей; • (V- 5 ) и РО^/Ли^р/бкГ ■ (3 + 2) - ориентационные вклады в поляризацию за счет вращения молекул вокруг длинных осей; Ро'/^'сщ'рДк.Т • (| - 5 ) - ориента-ционный вклад в поляризацию за счет вращения молекул по поверхности конуса с углом 1У ., задаваемым степенью ориентацион-ного порядка $ жидкого кристалла.

Существующие экспериментальные работы свидетельствуют о ' наличии низкочастотной дисперсии £„ НЖК, приводящей к уменьшению диэлектрической анизотропии де и к изменению ее знака. Установлено также, что времена релаксации дипольной поляризации, связанной с низкочастотной дисперсией ■£„ , увеличиваются при удлинении боковых алифатических цепочек в молекулах Ш. Однако не исследовано влияние на диэлектрические свойства Ш. включения алифатических цепочек в ыезогенное ядро молекул.

б.

Следовательно, комплексное количественное изучение молекулярных характеристик, диэлектрических равновесных и релаксационных свойств жидких кристаллов с алифатическими развязками § центре молекул является актуальным как в теоретическом, так и в практическом плане.

Во второй главе приведено описание экспериментальных методов и установок для исследования молекулярных характеристик ( , /3 , ¿¡1 ) и диэлектрических свойств НЖК. Диэлектрические проницаемости разбавленных растворов ЖК, необходимые для расчета /и (см. (I)), измерялись с использованием измерителя емкости Е7-5А на частоте 700 кГц в титановом цилиндрическом конденсаторе емкостью 74 пФ. Показатели преломления растворов измеряли с помощью рефрактометра ИРЗ-2Э по зеленой линии ртути ( Л =546 нм)- Для определения электрооптических постоянных Керра использовался визуальный метод измерения двойного лучепреломления. Б качестве регистрирующего устройства применялся компенсатор Брэйса. Измерения проводились при температуре -20°С. Термодатирование осуществлялось с помощью ультратерыо-стата УВЕ . Воспроизводимость результатов контролировалась проведением калибровочных измерений с использованием эталонных жидкостей (четыреххлористый углерод, бензол, хлорбензол и др.). При этом £ воспроизводилась с точностью до 0,002, '«а - до 0,0001 и К - до 0,1.10"*3. Главные показатели преломления жидких кристаллов п„ (для обыкновенного луча) и (для необыкновенного луча) измерялись методом призмы.

Измерение действительных £^ , , и мнимых £ * , £х » Диэлектрических проницаемостей проводилось с помощью моста проводимо стей Е8-2 (I кГц-Ю кГц), измерителя ивдук-тивноетей и емкостей Е7-5А (15 кГц-1500 кГц) и измерителя импеданса "Тесла" ВМ-538 (500 кГц - 100 МГц).

Макроскопически однородная ориентация жидкокристаллических образцов для измерения составляющих диэлектрической проницаемости и создавалась магнитным полем (6000 Гс) электромагнита. Диэлектрическая проницаемость определялась методом сравнения емкостей пустого и заполненного веществом плоского измерительного конденсатора. Относительная погрешность измерений действительной части диэлектрической проница-

емостей £ составляет 1-3% и мнимой - 10-1®.

В таблД приведены -химические формулы исследованных в работе жидкокристаллических соединений, температуры фазовых переходов, полученные молекулярные характеристики и диэлектрические анизотропии. Все исследованные вещества были нам предоставлены П.В.Адоменаеом (Вильнюсский университет), В.С.Без-бородовым (Белорусский университет), Л.А.Карамышевой (Московский Институт полупродуктов и красителей).

В третьей главе диссертации обсуждаются результаты, полученные при исследовании полярной структуры молекул жидких кристаллов. Производные пиридинов и пиримидинов (ЖК1 - Ш8) являются новым перспективным классом жидкокристаллических соединений. Расположение атома азота пиридинового кольца в молекула в сочетании с другими полярными группами допускает многообразие возможных структур и существенно влияет на макроскопические физико-химические' свойства жидких кристаллов. Сопоставление дипольного строения молекул Ш-пиридинов показывает, что положение атома азота изменяет величину молекулярного диполь' ного момента // и его направление (угол р ) относительно длинной оси молекулы. Особенно ярко это проявляется у соединений ЙК4 и ЖК5, Положение атома хлора в молекуле эфиров дифенил и хлордифенил карбоновых кислот (КК9 - 5ВДЗ), содержащих сильно полярные китрильные группы, тоже заметно влияет как на величину дипольного момента, так и на угол р , составляемый /и с продольной осью молекул (ШКЮ я ШП). Включение алифатических цепочек различной длины в центральный фрагмент молекул ме-эогенных -веществ она'зывает сильное влияние как на температурные интервалы существования ¡жидкокристаллического состояния,' так и на типы образующихся мезофаз (ЙК14-ЯК19). Однако, как . видно из табл.1, величина и направление молекулярного дипольного момента ( ^ и р ) мало изменяются при увеличении длины алифатических спейсеров (Ш17 - ЖК19).

Следует отметить, что полученные здесь результаты существенно отличаются от экспериментальных данных, найденных для жидких кристаллов, в молекулах которых алифатические фрагменты отделяют сильно полярные нитрильнке группы -с г N от мезо-геиного ядра молекулы. Для последних изменение длины алифати-

ТАБЛИЦА I

Молекулярные характеристики и диэлектрическая анизотропия жадких кристаллов.

Шифр 1К образца Соединение Температуры фазовых переходов, • Тос Я' В в" Грасч ДЕ

ЙК1 К 20 Сл 50 И 2,1 53 - - -

ЖК2 К 50 Сд 72 И 2,1 68 2,3 67 -0,65

ЖКЗ гдч^Нак* К 31 Н 47 И 6,0 6 6,0 В 9,2

Ш4 К 56 Н 66 И "6,1- 6 6,0 8 7,5

-НК5. СД-фф-СУ К 45 СА 66 Н 70 И 4,5 16 4,0 25 4,5

НК6 сдЧ^осд К 36,5 Н 60 И 1,7 47 1,6 48 0,6

ЖК7 К 45 Н 50,5 И 6,7 , 0 6,4 ' 0 12,6

ЖК8 К 32 Н 55 И ' 1.5 0 - - -

ЖК9 СНффСОО-фС« К III Н 229 И 6,5 0 - - -

ЖКЮ К 98 Н 142 И. 7,1 II 7,4 11 1Ь

икп и 6 В „Л а Г6Ни К 66 СА 107 6,1 19 5,9 14 • —

Ш2 Н 143 И К 74 Н (33) И 6,6 25 7,0 23 16

ЖКГЗ СИ, К 107 Н 164 И 6,8 0 6,7 3 1В

Продолжение табл.1

Шифр Ж образца Соединение Температуры фазовых переходов, т°с Р' Д£

ЖК14 К 87 Н 115 И - - -

ЯК15 СД^ Щ-ЮИКЭ-С!» К 55 Н 68 И 6,45 33 II

Ш16 счн9-ОС0°-<еЬ®-сд/ К 80 Н 242 И 5,5 22 б

ЯШ7 СчЧв-0(С Н4) - СО0-Ф®- с N К ?1 СЛ 124 Н 174 И 5,35 30 6,5

Г-'З сцнч>(сн)5-соо-<§^®-слг К 80 Сд 109 И 5,25 31 -

ЖК19 счн9О(снг)е-с00ЧёН5ЬСА/ К 71СЛ136,5 И .5,15 30 -

ЖК20 СД^С^СН-СООЧЗКУ К 76,8 Н 141 И 7,1 10 .16

ЖК21 с, н50 -®-сж н-соо -©- (с^-сц К 91 Н 118 И 5,4 3 8,5

ЖК22 К 43,5 Н 55 И 6,1 15 15

ЖК23 С7Н15-®-С00-®"0-(СНг)11-С№ К 61 Н 47,5 И 4,4 45 4,5

ЖК24 с к 7 и Н 94 Н 112 И 5,8 0 8

1К25 с ^-©-л^лЧё^ <Кс су К 68 Н 63 И 3,7 56 -0,2

ческой-цепи приводит к значительным изменениям /и и /3 (Ж20 - ЖК25). Для ряда изученных соединений были рассчитаны Ц и р с использованием векторной аддитивной схемы расчета на основе групповых моментов и дипольных моментов связей. При расчете использовались экспериментально определенные р и р для молекул с наиболее простой структурой, а также табличные значения групповых моментов и дипольных моментов связей.

Рассчитанные таким образом величины рржч и /Зрасч достаточно хорошо согласуются с экспериментально определенными ^ . и р> (см. табл.1). Это обстоятельство особенно важно при поиске и синтезе новых жидких кристаллов с заданными диэлектрическими свойствами.

Четвертая глава посвящена экспериментальному исследованию диэлектрических свойств веществ, представленных в табл.1. Равновесные значения диэлектрических анизотропий л Е изученных соединений приведены в табл.1. Как видно иа таблицы, величины д е различных классов КК изменяются в соответствии о изменением величины и направления дипольного момента /и , согласно формуле (7).

В §1 этой главы приведены результаты экспериментального исследования диэлектрической релаксации в цианофенилгшридинах с использованием эвтектической смеси трех гомологов: -н-про- ■ пил, амил и гептил-2-(4 цианофенил) пиридинов, которая обра-зуег'нематическую-фазу в интервале температур -25°С г 42,5°С. Реализация мезоморфного состояния при достаточно низких температурах и, соответственно, высокая вязкость жидкого кристалла позволили исследовать как низкочастотную, так и высокочастотную области дисперсии е , а также дисперсию .с применением экспериментальной техники радиочастотного диапазона.

Для детального анализа полученных экспериментальных данных удобно воспользоваться графическим представлением уравнений Дебая:

е' « е. - ъ- (V. 2тг{) > (8)

Получаны зависимости , е^ и £„', от ■ . <

ем» '21г4 • К0Т°Рые показывают, что при достаточно высоких температурах дисперсия £в может быть аппроксимирована линей-

ной зависимостью , наклон которой определяет время релаксации ('С;,') , . Это означает, что в этих условиях (диапазон частот и температур) релаксация лишь одного молекулярного механизма дипольной поляризации ответственна за частотную зависимость

. Эта часть дипольной поляризации является вторым слагаемым в левой части соотношения (5) и представляет собой вклад а поляризацию за счет вращения молекул вокруг коротких осей.

С понижением температуры и увеличением вязкости вещества экспериментально вьщеляется второй механизм дисперсии , характеризующийся временем релаксации С?",)! . Уравнение (5) показывает, что вторым механизмом дипольной поляризации в направлении оптической оси жидкого кристалла является вращение полярных молекул вокруг продольных молекулярных осей (третье слагаемое в ( 5 )). Такое вращение дает вклад при равновесной поляризации не только в , но также и в (третье слагаемое в (6)). Второе слагаемое уравнения (6) определяет поляризацию, вызванную механизмом прецессионного движения продольной молекулярной оси. Однако в исследованном образце не удалось экспериментально разделить механизмы дисперсии с^ , поскольку зависимость от • является плавной кривой с изменяющимся наклоном. Последнее обстоятельство связано с тем, что рассматриваемые Механизмы дипольной поляризации проявляются при достаточно близких частотах.

Построение зависимостей времен релаксации (1;), , С?",, К и г- от обратной температуры 1/Т°К позволило определить энергии активации процессов, ответственных за дисперсию , £И1 5 (и„), = 14 ккал/моль, (Ч„)г = 4 ккал/моль, Ииз = 5,5 ккал/моль.

В последующих параграфах гл.4 изложены результаты исследования диэлектрических свойств жидких кристаллов с алифати-' ческими "спейсерами" в молекулах. Включение алифатических цепочек между концевой полярной группой -сг// и основным ядром молекулы (Ж 21, 23, 25) ведет к уменьшению дипольного момента р и увеличению угла р по сравнению с жидкими кристаллами сходной структуры, но без гибких "спейсеров" (Ж 20, 22, 24) в молекулах, Легко видеть, что различия в полярной структуре изученных образцов также находят непосредственное отражение в диэлектрических свойствах. Действительно, согласно соотношению

(7), положительная по знаку величина д£ должна уменьшаться с убыванием (* и возрастанием р, и изменять знак на отрицательный при 55°. Это соответствует экспериментальным данньм, представленным в табл.1.

Изучение диэлектрической релаксации показало, что низкочастотная дисперсия , независимо от наличия или отсутствия "спейсера", описывается уравнениями Дебая с одним временем ' релаксации С1^), . Следовательно, за дисперсию диэлектрической проницаемости во всех жидких кристаллах ответствен один меха-низы дипольной поляризации - вращение молекул вокруг коротких осей. Диаграммы Коул-Коуда показывают, что высокочастотный предел для Ж 22 и 23 заметно превышает . Это свидетельствует о наличии еще одного высокочастотного механизма поляризации, который, как уже указывалось, связан с вращением молекул вокруг продольных осей. Роль этого механизма тем выше, чем больше нормальная составляющая диполя в изучаемом образце. В диссертации показано, что присутствие "спейсера" в ЖК23 существенно уменьшает (на порядок) частоту релаксации по сравнению с ЖК22, т.е! увеличивает время релаксации (Т"и)< дипольной поляризации, связанной с вращением молекул вокруг коротких осей. Обнаруженное отличие времен релаксации соответствует изменению вращательной вязкости изученных жидкокристаллических образцов.

При изучении Низкочастотной дисперсии в жидких кристаллах с алифатическими группами в центральной части молекул было обнаружено, что при близких температурах измерений частотная область дисперсии £„ существенным образом зависит от длины центральной алифатической цепочки в молекулах. С увеличением числа ыетиленовых групп в последней, частота релаксации ■у смещается почти на три порядка в область более высоких иастот. В диссертации показано, что найденное различие во временах релаксации не может быть объяснено вязкостными характеристиками изученных веществ.

Очевидно, что количественный анализ впервые полученных оригинальных результатов требует учета степени удаления температуры вещества от точки перехода соответствующего образца из изотропного в жидкокристаллическое состояние, его коэффициен-

тов вязкости, наконец, детального рассмотрения возможных механизмов вращения молекул вокруг поперечной оси, которые, в принципе, могут быть и не одинаковыми для молекул, в центральной части которых имеются или отсутствуют гибкие алифатические группы (цепочки). В связи с этим были выполнены сравнительные исследования диэлектрических свойств двух жидкокристаллических соединений сходной химической структуры, одно из которых содержит алифатическую цепочку в меэогенном ядре молекулы:

Ш. 26 c^-gHsHoo-^cw К 86°С Н 146°С И

ШК 27 С5Ни-®-(снг),-®-СОО-Ха)-Сл/ к 86°С Н 144°С И

Исследованные вещества образуют нематическое состояние в одинаковом температурном интервале с близкими температурами фазовых, переходов. Это позволило непосредственно сопоставить диэлектрические характеристики при одинаковых абсолютных и относительных температурах Т-т0 • Дисперсионные кривые ех оказались практически не отличающимися для обоих веществ при одинаковых температурах. Напротив, релаксационные частоты = = i/2irt'11 . соответствующие максимумам на-кривых диэлектрических потерь s"; , оказались заметно различающимися при тех же температурах мезофазы. Это наглядно иллюстрируют экспериментальные данные,, приведенные в табл.2.

ТАБЛИЦА 2

Времена диэлектрической релаксации 7~в , и вращательные вязкости у ЖК-26 и М-27.

т, °с ЖК-26 • ЖК-27

Т,- 10® с П- Ю9с Vl08c Ъ-Ю9с У, > П

135 4,6 1,7 0,08 2,5 1,7 0,20

125 7,9 2,0 0,18 4,6 2,0 0,30

115 14 2,3 0,29. 8,0 2,3 0,35

Для интерпретации обнаруженного отличия времен релаксации Т|, для ЖК-26 и ЖК-27 были определены вращательные вязкости у , которые также приведена при различных температурах

в табл."2. Анализ представленных в этой таблице результатов показывает, что вращательная вязкость ЖК-27 при всех температурах выше значений , найденных для ЖК-26; напротив, времена релаксации "£гц ЛК-26 оказались в 1,7 раза больше соответствующих величин Тц Ж-27. Это означает, что эксперимен-' тально обнаруженные отличия во временах релаксации исследованных жидких кристаллов не могут бить объяснены с учетом вязкостных характеристик вещества. В диссертации показано, что одной из возможных причин обнаруженного отличия Т1 может быть неодинаковый характер температурной зависимости степени упорядоченности в Щ£ 26 и 27, поскольку вращение полярных молекул вокруг короткой оси в мезофазе требует преодоления дополнительного потенциального барьера, ответственного за дальний ориентационный порядок в жидких кристаллах.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1. Сочетание методов электрического двойного лучепреломления и диэлектрической'поляризации растворов жидкокристаллических веществ с использованием данных по оптической анизотропии молекул жидких кристаллов применено для количественного определения величины и направления постоянного дипольного момента относительно оси наибольшей деформационной поляризуемости молекул различного химического строения.

2. Экспериментально обосновано применение метода групповых дипольных моментов для анализа полярного строения молекул жидкокристаллических веществ.

3. Показано, что использование эвтектических смесей жидкокристаллических веществ, образующих мезоморфное состояние

в области достаточно низких температур, открывает возможности количественного исследования полного комплекса молекулярных механизмов дипольной поляризации анизотропных жидкостей с применением техники радиочастотного диапазона. С использованием дисперсионных зависимостей главных-диэлектрических про-ницаемостей. в нематической и изотропной фазах определены времена релаксации и энергии активации различных механизмов поляризации.

4. Исследованы равновесные диэлектрические свойства и релаксационные явления в жидких кристаллах, в которых сильно полярные нитрильные группы включены в алифатические цепочки молекул. Проанализировано влияние длины алифатического радикала на величину и знак макроскопической диэлектрической анизотропии ле исследованных образцов. Установлена связь & ¿. с полярной структурой молекул изученных жидких кристаллов -величиной и "эффективным" направлением постоянного дипольного момента.

Показано, что наличие в молекулах алифатических спейсе-ров существенно влияет на частотную область дисперсии главных значений диэлектрических проницаемостей исследованных жидких кристаллов. С использованием полученных экспериментальные данных определены молекулярные механизмы дипольной поляризации в жидких кристаллах с полярными группами, нежестко связанными с меэогенндаи фрагментами молекул различного химического строения.

5. Изучена полярность молекул и диэлектрические свойства жидкокристаллических веществ, в которых полиметиленовые цепочки различной длины включены в центральную-часть мезогенно-го фрагмента,. Экспериментальные данные, полученные в растворах^ изотропной и жидкокристаллической фазах, использованы-для количественного анализа дипольной структуры молекул исследованных веществ в различных фазовых состояниях. Исследованы релаксационные явления, ответственные за дисперсию главных значений диэлектрических проницаемостей в изотропном и жидкокристаллическом состоянии. Установлено,.что в мезофазз низкочастотная область дисперсии параллельной составляющей диэлектрической проницаемости существенно зависит от длины центральной полиметиленовой цепочки, тогда как дисперсия нормальной составляющей во всех изученных образцах реализуется при близких частотах ( = 30-50 МГц).

Основные результаты диссертации опубликованы в работах:

I. Рюмцев Е.И., Ковшик А.П., Рагимов Д.А. и др. Диполь-ные моменты молекул и диэлектрическая анизотропия жидкокристаллических пиридинов и пиримидинов // Журн. фиэ. химии. -

1989. Т.63, №10. С.2632-2636.

2. Рюыцев Е.И., Ковшик А.П., Рагимов Д.А., Аббас-заде A.A. Диэлектрическая релаксация в жидкокристаллической смеси апкил-ци анофенил пиридин о в // Докл. АН Азерб.ССР. 1989. Т.45, №7.

С.26-31.

3. Рюыцев Е.И., Рагимов Д.А., Аббас-заде A.A. и др. Эффект Керра и диэлектрическая поляризация в растворах сильно полярных жидких кристаллов // Докл. АН Азерб.ССР. 1990. Т.46, «ад. С.15-20.

4. Рюмцев Е.И., Ковшик А.П., Рагимов Д.А. и др. Дипольная структура молекул и диэлектрические релаксационные явления в жидкокристаллических сложных зфирах с центральными полиметиле-новыми группами // Журн. физ. химии. 199Т.66, №2. С.478 -482.

5. Ковшик А.П., Рюмцев Е.И., Рагимов Д.А. и др. Дипольная структура и диэлектрические свойства жидкокристаллических пиридинов и пиримидинов // Жидкие, кристаллы и их практическое использование: Тез. докл. У1 Всесоюз. конф. Чернигов, 1988. Т.Ш. С.336.

6. Ковшик А.П., Аббас-заде A.A., Рагимов Д.А. Диэлектрическая релаксация в низкотемпературной смеси алкилционофенил-пиридинов // Нидкие кристаллы и их применение: Матер, респ. конф. Баку, 1988. C.I8.

7. Рюмцев Е.И., Рагимов Д.А., Ковшик А.П. Электрическое двойное лучепреломление в растворах сильно полярных жидких кристаллов: Тез. докл. Красноярск, 1990. С.26.

8. Rjiwitsev E i., Kowtiik А.р i Rqjimov "Ь. "Die£tc.tzic ciupeision

.in liyMji ciys.tai% wilk (СНг) spaceis i'h ttie izidcjifcg $гоцрs.//Suntme-г ¿■чгореам Liquid Ciysinßs Cünje.lence, Vitml, <331. /tisizacts V.2, P. ?(