Селективное отражение монохромных псевдокапсулированных пленок с холестерическими жидкими кристаллами тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.05 ВАК РФ

* .

ВСЕСОЮЗНЫЙ НАПНО-ИССВДОВАТЕПЬСКНЙ ИНСТИТУТ ОПТТКО-ФШЧЕСКИХ ИЗМЕРЕНИЙ

На правах рукописи

ЕНУКОВ Юрий Васильевич

УДК 532.783:548-14

СИЕЕКТИШОЕ ОТРАЕЕНИЕ МОНОХРОМНЫХ ПСЕВДОКАЛСУЛИРОВАШШ ПЛЕНОК С ХОЛЕСТЕРИЧЕСКИМИ гадкими КРИСТАЛЛАМИ

01.04.05-оптика .

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Москва - 1991

Работа выполнена во Всесоюзном научно-исследовательском институте оптико-физаческих измерений

Научный d^koводитель: доктор физико-математических наук, профессор Сонвн A.C.

Официальные оппоненты: д.т.н.,с.н.с.Гинзбург В.М.,к.ф.-м.н. Толмачева A.B.

Ведущая организация: Ивановский государственный университет, г.Иваново.

Защита состоится "/¿/&С. Г199./ года в СО часов на заседании Специализированного Совета^- С'У'/.СХ.С?^^ ВШШй по адресу 103031 Москва ул. Рождественка д.?7 тел. 921-19-74

С диссертацией можно ознакомиться ъ библиотеке институте.

Ученый секретарь Сдецяаяизиоованного Совета

Тихомиров C.Ü.

, ' " /

- 3 -

■ : ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Ангудльдость дерто. В результата бусаого излагал в последние десятилетия исследований кадках кппствллоа, юс оатачоскяе свойства оказались достаточно ховово ясслвдовава. Это в полной меве относится я к холестерическим яадкям крясталлаа (ШК), оптические свойства которых (преяде всего селектяваое отражение) лежит в основе их лсактического применения п качества двумерных тепловых приемников излучения а термочувствительных сред. Однако свободные ХЖК, широко иепользовашиеся ванёе, оказалась, в силу нестабильности фязвко-химическнх характеристик, для практических целей ноудобныш.Им яа смену прияли полимерные композиты - псев-докапсулавованныз пленка (ШП), содержащие ХЖК, удойные, стабильные и недорогие. Однако шиюокое использование ПКП невозможно без достаточной анформациа об особенностях их оптических свойств В настоящее .время достаточно интенсивно изучаются оптические свойства энаятиохоомных ШП, обратимо меняющие длину волны селективного отражения пса нагревании и охлаждения. Однако, совершенно не изучен другой класо пленок: монохромные ИКП, обладающие оптической памятью. Эта ШП не изменяют длину волны селективного отражения при охлаждения, т.е. "они помнят" цвет, кото-рай приобрела при нагревания. Такие ШШ фактически являются тер-ыофотопленкой, аа которую можно записывать тепловую двумерную информации о распределении модности (энергии) ПК или СШ-излу-чеаия. Всестороннее изучение монохромных ПКП, особенно в части касающейся ах оптических свойств, является актуальной задачей;

Целью, работа явилось изучение особенностей селективного отражения света от типичных монохромных ПКП в зависимости от их физико-химических характеристик, условий наблюдения а сравнение их со свойствам свободных слоев соответствующих Х2К.

Нат^ад новизяд полученных в данной работе результатов состоит в следующем:

I. Впервые экспериментально исследованы зависимость длины волны и интенсивности селективно отраженного света от концентрации монотвопной добавки для открытой текстуры в ШШ, от толщины ПКП и относительно размера капсул ПКП.

2. Впервые изучена оптическая память в ПКП. Исследованы зависимости изменения длины волны и интенсива ocra селективного отражения до и после нагревания от концентрации монотропной добавки.

3. Впервые исследованы угловые зависимости длины волны и интенсивности селективного отражения в ПКП,, Предложена модель строения ПКП, объясняющая экспериментальные результата. Изучены уг-лоше зависимости спектрального параметра порядка ПКП.

ашшишзш-хкшгтша.

1. При переходе от плоской текстуры к ПКП для всех концентраций шнотполных добавок длина волны селективного отражения А возрастает. С ростом толщины пленки Яо , интенсивность селективного отражения 10 и полуширина спектральной криюй SU увеличиваются. Это связано с влиянием гидростатического давления действующего на капсулу с XÏÏK пои формировании ПКП.

2. С ростом концентрации монотсошюй добавки в ПКП разность между 10 до и после нагревания уменьшается, а аналогичная разность Я0 вначале растет, а затем гадает. Такое поведение связано с одновременным действием двух механизмов - текстурного, изжюгаого сааее, и моаотропного, предложенного в работе.

3. С уселачояием угла наблюдения ПКПв неподявизованяоы свете дкк всех монотропных добавок /?„ надает, é растет, а 1а гаачалв oacr.-г, а затем уменмиеася. Тыкое поведение параметров объясвяотся мздосодшсЗ формой капсул к ксосекгаим учетом доли SEK, участвулдай v сеягкгавяом отшкеи^и

4. Угловые зависвшпги Л ПКП дйя всех шяоп-гопаых добавок' одлкаиоЕх дк;,; caeia нздагшго с пошшгцдаеН параллельно и изы1К«дсцуля53Р:э члсокосга ваессяаяя. Это объяоилвгся усреднением угяа г-кзвдгу дигвк!лми у пхоскостад пояяиаэедчи падающего св>-s.s ^кеюгЕИ?. иол-ддгспввсаоогл по xameveu капсул и по их ориентация.

Нгзг-сткчес'кая ценность работы состоит в том, что полученные в работе экспериментальные данные и предложенные модели, объяс-яяоцае особенности оптических свойств ПКП, позволяют выбрать оптимальные физико-химические характерзсткки и инженерные схемы экспериментов при использовании ПКП в качестве двумерных тепловых приемников излучения с памятью.

Апробзцдд рабоизь Результаты диссертации докладывались на У Международной конференции социалистических стран по жидким кристаллам (Одесса, 1983 г.), Пятой Всесоюзной научно-технической конференции "Фотометсия и её методологическое обеспечение"(Москва, 1984 г.), У1 Международной конференции социалистических стран по жидким кристаллам (Галле, ГДР, 1985г.), Второй Всесоюзном симпозиуме "Жидкокристаллические полимеры" (Черноголовка, 1986 г.), I Всесоюзном семинаре "Оптика жидких кристаллов" (Ленинград,1987), У1 Всесоюзной конференции "Жидкие кристаллы я их практическое применение" (Чернигов, 1988 г.).

. Дублцрацад. По теме дассертвции опубликовано 9 работ.

йтстра.л ,Р!&езд.даОйВДВСИД.... Диссертация состоят из введения, четырех глав, заключения, приложения и списка цитируемой литературы. Работа содержит 159 страниц машинописного текста, включая 82 рисунка, 9 фотографий, 5 таблиц и список литературы из 134 наименован^.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во ввецениц дается общая характеристика исследований оптических свойств ПКП, формулируется цель работы и основные положения выносимые на защиту, кратко описана структура и содержание диссертации.

3 первой гладе дан обзор литературы по теме диссертационной работы.

. В разделе 1.1. рассмотрены холестераческие жидкие кристаллы, их структура, оптические свойства. Указано, что шаг холестеричес-кой спирала Р0 сильно зависит от различного вида внешних воздействий, особенно от температуры. При этом отмечено, что последняя зависимость позволяет использовать ХЖК в качестве термоинди-кагоров. Приведены данные характеризующие достоинства и недостатки таких термоиндякаторов.

В разделе 1.2. Описан процесс защиты ХЖК от вредных воздействий среды с помощью псевдокапсуляции холестешков в полимеиах. Указаны свойства, которыми должны обладать эти полимеры. Кратко описана технология получения ПКП на основе гидрофильных и гидрофобных полимеров.

Далее (раздел 1.3) рассматриваются оптические свойства ШП с 2ЖК. Приведены цветотемпературные характеристики различных типов термоиндикаторов, указано на отличие этих ласе .метров у свободных смесей ХЖК и смесей псевдокапсулированных. Показано, что эти отличия возникают лви формировании так называемой сферической текстуры э капсулах с ХХК в ПКП. Рассматривается зависимость оптических свойств ПКП от соотношения между кассой ХЖК и массой полимера-основы (приведены данные как до гидрофильным, так и по гидрофобным полимерам), от толщины ПКП, от размеров капсул в ПКП. Кратко описано влияние на оптические свойства ПКП воздействий (как химических, гак и механических), приводящих к ориентации 2ЖК в плевках. Там же рассмотрены параметры, определяющие свойства ПКП как сред для отображения тепловой информации и приведены пороговая чувствительность, разрешающая способность и скорость работы при импульсном и непрерывном режиме работы;

В конце глава сформулированы выводы полученные на основе анализа литературных данных.

посвящена методике измерений.

В разделе 2.1 характеризуются объекты исследований. Даны структурные формула и некоторые физико-химические параметры холе-сгерзколеата (промышленное название Текоа-20), холестерилделарго-ната, холестойилхлорида, холестерилформиата, холестерилацетата и полимера осноь:>. - поливинилового спирта (ПВС), Далее изложена технология создавая ллооких капилляров со смесями ХЖК и псевдокапсулированных пленок на основе ИБС. Б качестве объекта исследова-нея в работе ш5шшн гихдше смеси ХЕК: за основу выбиралась смесь Текоеа-20 к холесгешляалзргоната (Т-20 + >31, 1:1) и в эту матрицу а.зодгшоь хобашх монолюпшх холестеваков - холестерилхлоРида (ЗХ,12*28 масс.72)» хол^стершформЕага (И, 35*60 масс./О, холме IODЯлaцвra,.га (2А, 35*65 маес»#);

В разделе 2.2 описан электронный тешорегулятор, дана его схема и пояснен принцип работы как в рекиме терморегулирования, так и в режиме нагрева исслздуемого образца о заданной скоростью. Приведена конструкция ячеек для исследуемых образцов как для ПКП, гак и для капилляров и термостата для этих ячеек. Описана методика термической тренировки образцов.

Далее, в разделе 2.3, описаны приборы с помощью которых не-

посредственно исследовались оптические параметры ПКП. Для исследования концентрационных и толщинных зависимостей длин волн селективного отражения использовался стандартный спектрофотометр СФ-10, Для исследования индикатрис рассеяния в поляризованном и неполяризованном свете была создана специальная установка. Приведена её схема, указаны её основные характеристика. Затем описаны конкретные методика определения различных оптических характеристик с помощью этой усганонка.

В этом же разделе приведены физические а оптические характеристики ПКП измеряемые непосредственно (концентрация компонент, толщина пленка, угол наблюдения, длина волн рассеяния, коэффициент отражения, интенсивность рассеяния) и характеристики рассчитываемые (спектральный параметр порядка, полуширина пика селективного отражения, изменения длины волны селективного отражения, коэффициент отражения и спектральный параметр порядка после цикла нагрев-охлаждение . Даны оценки погрешностей измерений этих величин.

Глава третья посвящена экспериментальным результатам, полученным при исследовании концентрационных зависимостей параметров селективного отражения ПКП.

В разделе 3.1 рассмотрены концентрационные зависимости длины волны селективного отражения для свободных смесей ХЖК и для этих же смесей псевдокапсулароваяных в ПВО. В основу положена теория Адамса-Хааса, исходным моментом которой является линейный аддитивный закон лля обратных эффективных шагов спиралей компонент бинарных смесей. Считая, что матрица Т-20 + ХП является единым компонентом, были численно рассчитаны эффективные силы закручивания добавок XX, ХФ и ХА и их величин взаимовлияния с матрицей в плоском капилляре и в ПКП. Оказалось, что при псевдо-капсулйцаи эффективные силы закручивания уменьшались на 15+20 %, а параметры характеризующие взаимодействие с матрицей практически не изменились. Это позволило предположить, что изменение эффективных сил закручивания связано непосредственно о ростом гидростатического давления на, смесь ХЖК со стороны полимера при формировании ПКП. Оценки позволили указать величину этого давления (около 10+12 МПа).

В разделе 3.2 показано, что напряжения, возникающие в процессе формирования полимерной пленки на подложке, растут с толщиной этой пленки. Поэтому с ростом толщины ПКП наблюдается-рост /?0 (оис.Г).

50 100 150 200 250 500 d.-мкм

Рис.1. Зависимость длины волны селективного отражения от толиины ПКП для смесей с XX-I, с Х5-2, с ХА-3.

Спектральный параметр порядка с ростом толщины нелинейно падал (рис.2). Это согласуется с ростом гидростатического давления а капсуле, которое приводит к дополнительным дефодоациям холестерина. Следует отметить, что дополнительная деформация должна привода ть .к усложнению дясклинационной системы внутри капсулы.

Рис.2. Зависимость спектрального параметра порядка ПКП от толщины ПКП для смесей с XX-I, с ХФ-2, с ХА-3.

50 100 150 200 250 300 d, мт

В разделе 3.3 рассматоянается связь между оптическими свойствами ПКП и относительными размерами капсул. Относительный оаз-мев капсулы здесь вводится как отношение среднего размера капсула к длине волны селективного отражения монохромной ПКП данного состава: .Относительный размер капсулы непосредственно свя-

зан с эффективным количеством слоев холестерина. Зависимость полуширины пика селективного отражения от числа эффективных слоев в ПКП было обнаружено впервые (рис.3). При этом Д, в мо-нохоомных ПКП определяется только концентрацией компонент. Коэффициент селективного отражения ПКП так же зависит от относительного размера капсулы (рис.4). Различие между зависимостями (рис. 4) объясняется различной степенью упорядоченности монотвопных добавок. При этом оказывается, что физико-химические параметры XX и ХА ближе доуг к другу, нежели к ХФ. Можно сделать вывод, что относительный, размер капсул наряду с прочими физико-химическими параметрами ПКП является существенным.

¿Дм

100 ' 80 60 -кО -

I

13

—г-

15

-г~

17

—г

13

К огне»

0.18 -

014 -С!

1=к

13 15

17

-т—

19

а.

?ис.З. Зависимость от величин для смесей с ХХ-1,с ХФ-2, с ХА-3.

Рис. 4. Зависимость коэффициента

селективного отражения К 4

от величины т

для

смесей с ХХ-1, с ХФ-2, с ХА-3.

Раздел 3.4 посвящен явлению оптической памяти в монохшмных псевдокапсулированннх пленках. Явление оптической памяти в данном случае проявляется в изменении длины волны селективного отражения ПКП после цикла нагрев-охлаждение. Оказалось, что с ростом конце-^

нтсации для всех монотропных добавок изменение длины волны селективного отражения вначале растет, затем, после достижения максимума, уменьшается. Типичный пшмер такой зависимости пвиведен на рис. 5. Ранее считалось, что явление оптической памяти обусловлено увеличением доли конфокальных доменов. Такой механизм типичен для ХЖК с малым объемом заместителя в 3-у? -положении. Используемые добавки XX, ХФ и ХА так же относятся к таким холестерикам, но текстурный механизм оптической памяти дает сдвиг А I лишь в область более коротких волн. Да а изменение текстуры в сферической капсуле требует больших затсат энеогии. Нами предложен ещё один механизм, связанный с монотю'пностью добавок в смеси Х2К. До нагревания молекулы монотропной добавки ведут себя подобно примеси, не создающей собственной холестерической спирали (как немагаки, которые не образуют спирального упорядочения, ■ но имеют знак хиоальности). После нагоенания и охлаждения моно-трошше добавка в смеся начинают формировать свою спираль. Это а приводит к росту дД . Таким образом явление наблюдаемой оптической памяти в ПКП можно объяснить двумя механизмами: в начале шнотропным, а затем - текстурным.

ъА.ян 10 -]

5

12

16

20

24

28

Рис. 5. Зависимость изменения длины волны селективного

отражения А Ъ в ПКП после цикла нагрев-охлаждение от концентрации XX.

О

Начиная с минимальной (с которой начинает проявляться свойство монохромности ПКП) концентрации работает монотонный механизм, сдвигающий I в область более длинных волн (энергия активации этого механизма сравнима с энергией спирального закручивания); при больших концентрациях начинает работать текстурный механизм, сдвигающий ^ н область более коротких волн. Эти механизмы, действуя совместно, хорошо описывают экспериментальную зависимость ь? от концентрации (рис„5). При этом после цикла нагрев-охлаждение должно происходить уменьшение изменения коэффициента селективного отражения ПКП ДК и уменьшение изменения спектрального параметра порядка д£$ о ростом концентрации, поскольку текстурный механизм по сути своей приводит к менее упорядоченной и слабее отражающей (в данном направлении) текстуре. Это предположение подтвердилось экспериментально (рис.6). Зависимость А/1, д^ и дК для Ж я ХА такие же как и для XX («ис.5,6).

[дК*Ю

6 -

дБ^Ю1

-20

■ 15

- 10

12. 16 20 24 28 с,% Рис.6. Зависимость изменения спектрального параметра порядка и изменения коэффициента селективного отражения в ПКП после цикла нагрев-охлаждение от концентрации XX.

поснящена изучению оптических параметров селективного отражения ПКП в зависимости от угла наблюдения.

В Базделе 4.1 рассматривается зависимость длины волны селе-

ктахаого отражения ПКП от угла наблюдения. Рассматривается вид текстура ХЖК в капсуле не основе модели Прайса-Франка. В соответствии с этой моделью капсула представляет собой ряд концентрических сфер, в каждой из которых директор направлен под некоторым углом к директору предыдущей сферы. Таким образом получается-тек-ступа отличающаяся как от плоской, так и от конфокальной. В этой модели не учитывается область дисклинации и весьма разупорядочен-ной части капсула, а сама сферическая текстура алвоксишруегся правильным выпуклым многогваннином, состоящим из плромидальных блоков плоской текстуры. Из- такой модели ясно, что, во-первых, в ПКП практически никогда не реализуется геометрия нормального селективного отражения (т.е. угол между осью спирала ХЖК в капсуле и нормалью к поверхности ПКП в общем случае не равен нулю), то-вгорых, при движении от центра капсулы к её поверхности, площадь брэгговских плоскостей будет увеличиваться пропорционально квадрату радиуса. Тогда, используя методы геометрической оптики, нами ыссглогрено селективное отражение света, падавшего под углом

Лл «а поверхность полимера с показателем преломления ¡г , проходящего полимер и падшяего под некоторым углом на ХХК с показателей лш.гогшания Л , и выходящего через полимер под углом

. Получена формула, связывающая дану водны селективного оукоддо ПКП снега /?0 с углама падения и наблюдения, пока-азяеъж дсздомлеши: шышмера и ХЕК:

о ;•• /

; г. I { ' -

п; ' ¿л 21- \ п. г 1 п '-У/

}!япвж гавасймосгь яодхэекгдвна эксперкэн тальке.

ПуЗ дсследоки-ыа зависимости Д, в ПШ от угла наблюде-!гдя гляснилось; \то ее ао завзенв от ориентации плоскости ¡долшзздвв ово'д! плоскости рассеяния.

Дня о^окдесго юыодсмеьког^ образца и плоском капилляре когф-фициент отражения линейно поляризованного света в области селективного отражения определяется выражением

7 + Ц

■де ^ - угол между направлением директора на поверхности 2К а плоскостью поляризации ладзюпего света; 4где о)

¿4 частота падающего света и частота селективно отраженного вета, соответственно; / - диэлектрическая анизотропия ХЖК; -" и "+" соответствуют левой а правой спирали ХЖК.

В ПКП поляризованный свет падавший на поверхность взаимодей-твует не с одной капсулой, а со многими. Поэтому в ПКП угол £ вляется случайной функцией координаты плоскости пленки, второй лен в выражении для Р-(^) ойоашается в нуль и коэффициент се-ективпого отражения не завясиг от ориентации плоскости поляри-ацпи света относительно плоскости рассеяния. Это значит, что пина волны на которую приходится максимальное значение коэффа-аента так по [¡о зависит от поляризации.

Пои распростпаненна озэта селективно отраженного ХКК в кап-/ло, свот из оптически более плотной среды (полимера) виходиг в зеду оптически мел ее плотную (воздух). При таких условиях возмо-зо явление полного внутреннего отражения.

Ясно, что суаеотгует максимальный угол под которым может ¡тъ наклонена ось спирала ХКК к поверхности ПКП:

^ / .. 1 &-СГ, - -о

шш образом, еолз ось глра!.*плагьаого блока модели капсулн-мво-»грчнника 'будет гакленокл к паоскосги ПКП на угол больший, чем (•)„,„ , ю луч езлектдгао озгоквавого света просто не выйдет » поламеоа. 8?о пожазкяае?, что в ПКП "работает" не весь объем Ж, находящейся з псЗ, а левь часть его.

Раздел 4.2 посвящен угловым зависимостям интенсивности се-зкти'зао отраженного света от угла наблюдения.

НаЕгдзчо, что угллгая ваяйошаоегь интенсивности селективного эажеаия не заьяенг о? ориентации плоскости поляризации падающе-света. Сравнение угловых зависимостей 1„ для плоского капил-)а и ПКП (оис.7) дает и качественное л количественное различие, ги количественное различие можно объяснить различием объема ХКК |ботающего" на отражении, то качественное различие можно объяс-'ь только новыми качествами, которые приобрел ХЖ в псоцессе ¡вдокапсулирования в полимере. Причем, угловая зависимость ин-сиености селективного отражения ПКП для всех грех видов добавок

одинаковы. Это позволяет предположить, что формирует такой тип зависимости один и тог же механизм, который связав с самим прог сом создания ЛКП. Этот процесс псевдокапсуляции приводит к обра зованию сфепоподобных капсул хаотично расположенных в объеме пс лимера. При этом 1с прямо пропорциональна числу эффективных слоев ХЖК в капсуле (если это число не превышает. 15-33) и прямс пропорционально площади ХШ, которая участвует в селективном 01 ражениа. Падение интенсивности в районе углов наблюдения 63-70с можно объяснить только ростом коэффициента отражения на границе полимер-воздух, вблизи угла полного внутреннего отражения.

Рис. 7. Зависимость интенсивности селективного отражения плоского капвлляоа (кривая I) и ПКП (кривая 2). Состав ХЖК одинаков (матрица + 45 масс.% ХФ).

В то же время рост 10 в ПКП от , связан как с ysi

личением площади ХЖК, гак и с ростом числа эффективных слоев в ХЖК. С увеличением fu„, увеличивается объем области ПКП работ ющий на селективное отражение, увеличивается количество капсул селективно отражающих свет в данном направлении. Эта "эффективная" толщина ШШ зависит от У,* следующим образом

где cfQ - толщина ШШ, п - показатель преломления полимер

Кроме того необходимо учитывать форму самой капсулы. Учиты-ая процессы формирования капсул, следует предположить, что её эрма является эллипсоидной (шс.8). В рамках этой модели показа-з, что с изменением $гма 0 (шс.8) от 0 до в„„ (где

^^ )' в капсуле меняется как величина

~> (прямо пропорционально числу эффективных слоев ХЖК в капсу-э), так и. величина ("площадь" ХЖК опирающаяся на угол ).

Рис, 8. Вид капсулы ХКК н ПКП в виде эллипсоида. Найдено, что

, ds^-JL, fïâ-we^

te & малая полуось эллипсоида; е - эксцентриситет эл-шсоида; 9 ~ угол (см.рис.8) меняющийся от 0 до бтх.

генсивность селективно отраженного света определяется как

ий - sit~"w

а зависимость учитывает лишь рост интенсивности. Для её коррек-и мы учли я полное внутреннее отражение. Тогда зависимость ко-флцаенга селективного отражения ПКП от JL.. , эксцснтриси-та капсулы е и показателя преломления полимера п бут иметь вид

Rfc+ х

* + ^г(ап + fJ) JJ

Л fccs larcwiâL^r1 ,j 1-Ог(2

где А - нормирующий множитель, 9 - угол меняющийся от 0 д в

Если пронормировать экспериментальные зависимости. !о(У1ш) на максимум, то легко видеть (рис.9), что теоретическая зависимость хорошо согласуется с экспериментальными. При этом учесть надо, что подгоняя параметр е , можно описать каждую из экспериментальных зависимостей с высокой степенью точности.

Я. от угла наблюдения для ПКП с XX-1, Х<5-2,

ХА-3 и теоретически рассчитанной кшвой (-----)

для е =0,85.

Таким образом, наличие эллипсоидных капсул, а также учет полногс внутреннего отражения приводит к резкому количественному и качес твенному различию зависимости /0 от У^ в ПКП и плоском капилляре.

В разделе 4.3 рассматривается влияние эллипсоидности капсу; на упорядочение молекул ХЖ в них. В разделе 4.2 было показано, что величина ^ (рис.8) меняется с ростом угла # от / д а (малая и большая полуоси эллипсоида, оис.8). Требования эквидистантности слоев холесгерика приводит к зависимости числа э^ фекгнвных слоев ХЖК в капсуле от угла 9 . Поэтому можно предположить наличие системы дисклинаций концентрически расположенных относительно малой оса эллипсоида. Ясно, что угол $ для каждой такой кольцевой дисклинации будет зависеть от эксценгрии

:ета капсулы и от её размеров. Расчет приводят к следующей связи южду эксцентриситетом капсулы е , числом интервалов периодич-остл ХЖ на малой оси эллипсоида Рс - ранновесннй шаг

опирали) К = 1,2,3... целое число и -углом &

Эти углы будут определять разрывы в числе эффективных ело-в, образующие дисклавации. Учитывая возможность полного внутрен-его отражения в полимере, ясно,что раздел 4.2). Числен--

не расчеты, приведенные в работе для нескольких конкретных экс-ентрисигетов ( = 0,7; 0,8; = о,9) и различных размеров апсулы, показывают, что направления разрывов находятся близко к глам под которыми идет полное внутреннее отражение. Таким образом деклинации основное влияние на оптические характеристики ПКП удуг проявлять при больших . Это хорошо подтверждается за-

исимостью и ^ в ПКП от (рис.10).

09 0.7 Q5

10

50

lo"

U,,

7 О

30 70 У

Рис. 10. Зависимость спектрального параметра порядка и bh полуширина пика селективного отражения X« 01

%S) ( и, - с- ХА).

Эти зависимости подтверждают предположение о наличии системы зецентшческйх раскланацяй в эллипсоидной капсуле. Из чисто гео-зтшческлх соображений можно предположить, что это дисклинации ana ( Р -пары) или У'^Х - пары). Но более вероятна си-гема Р- пар, т.к. они не имеют особенностей типа сердцевины поэтому их появление энергетически более выгодно, чем система Р/~г пар.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

I. Создана экспериментальная установка для изучения селек-

тивного отражений ШШ с ХЖК, позволяющая проводить измерения длины волны селективного отражения и его интенсивность (с относительной погрешностью измерения 0,2 и 0,4 %, соответственно), в диапазоне углов рассеяния 7,5+80° (с относительной погрешностью 0,2; и погрешностью термостабилизации ¿0,05 К. Погрешность измерения температуры ± 0,0025 К.

2. Изучена зависимость длины волны селективного отражения от концентрации монотрошшх добавок холеотерилхлопида (1228 масс.$), холестерилформиата (35-60 масс.Я, холестерилацетата (35-55 масс.!) в смеси с Теконом-20 и холестерилпеларгонатом (Г: Измерения проведены для плоских капилляров и ПКП. Найдено,что с ростом концентрации длина волны селективного отражения Я растет, а полуширина спектральной кривой ¿Ъ увеличивается. Послед нее объясняется ростом гидростатического давления в капсулах с ХЕК при формировании ПКП.

3. Исследована зависимость Я, и интенсивности селективного отражения 10 от толщины ПКП. Для всех монотропных добавок найдено, что с ростом толщины МП длина волны селективного-отражения Я. и интенсивность селективного отражения I. растут. при этом падает спектральный параметр порядка , что говорит об уменьшении упорядоченности слоев ХЖК в капсулах с ростом толщины ПКП вследствиа роста внутренних напряжений в пленке.

4. Найдено, что с ростом числа отражающих слоев ХЖК в капсулах полуширина спектральной кривой <М растет, в то время ка коэффициент отражения К для холестевилформиата растет, для холестерилхлорида и холестерилацетата падает. Это можно объяснит тем, что рост количества эффективных отражающих слоев в ПКП с 33 и ХА поиводят к разупорядоченшо ХИ в капсуле, (падает спектральный параметр порядка ), в 1ШП с Ж> разулорядочедие при этом процессе отсутствует. Причем, это связывается с большим сходстве XX и ХА, чем их же с У3>.

5. Изучено явление оптической памяти в ПКП, изменения длинь волны селективного отражения Я. и коэффициента селективного отражения при нагревании и охлаждении. Разность между значениями

Ли К до и после нагревания й\ 'И &К зависят от концентрации монотропных добавок. С их ростом ¿К уменьшается, а л/ вначале састег, затем уменьшается. Такое поведение с концентрацией можно объяснить одновременным действием двух механизмов па-

- 19 -

яши - текстурного и монотропного.

6. Изучена зависимость длины волны селективного отражения Я. интенсивности селективного отражения /„ от утла наблюдения в

оляризованном и неполяризоваяном свете. Показано, что в обоих лучаях результаты одинаковы. Это объясняется тем, что угол между иректором ХЖК в капсулах и плоскостью поляризации падающего света средняется ¿следствии полидисперсности капсул по их размерам и риентациям. Найдено, что для всех монотропных добавок с увеличе-ием угла наблюдения длина волны селективного отражения ла~ ает, а интенсивность селективного отражения I. вначале растет, затем уменьшается. Для объяснения такого поведения предложена одель ПКП, состоящей из эллипсоидных капсул, в которых только асть объема капсулы занята слоями ХЯК, участвующими в селектив-эм отражении. Ограничение объема и ход интенсивности селективно-з отражения 1а от угла наблюдения через максимум объяснены глением полного внутреннего отражения на границе полимев-окружа-цая среда.

7. Исследованы зависимости спектрального параметра порядка £>5- и полуширины пика селективного отражения «W от угла нападения. Для всех трех видов монотропных добавок найдено, что

М растет с увеличением угла наблюдения, а - падает, 'о объясняется возникновением коксиальной системы дисклинаций ш формировании эллипсоидной капсулы.

зчатнах работах: Енуков Ю.В.,Сонин -A.C. Оптические свойства смесей содержащих монотропный холестешк.//Пятая конференция социалистических стран по физике етдкпх кристаллов. Тезисы до клада в./Одесса, 1283, т.1, ч.П, с.СЗ.

Енуков Ю.В..Сонин A.C. Полимерные пленки с холестерическими жидкими кристаллами, обладающие свойством оптической памяти. //У Всесоюзная научно-техническая конференция, "Фотометрия и сЗ метрологическое обеспечение". Тезиса докладов./Москва, 1984, с.153.

Енуков Ю.В.,Сонин A.C. Оптические свойства монохромных псевдо-капсулицованных пленок с монотро иными добавками.// 6-ihLicfud ir'ijstal Соп/гтпсе of socia&st coirntries; aSstrccts/1985. 6DR,

HaiitlSalit/, c.108.

4. Енуков Ю.В.,Соешя A.C.,Титова Н.Б. Оптические свойства лсевдо-капсулированных пленок с памятью на основе поливинилового спирта с холестерилформиатом.//Высокомолекулярные со единения, I98E т.ХОТ Б, К 5, с. 390.

5. Енуков Ю.В.,Сонин A.C. Селективное отражение псевдокапсулиро-ванных шгенок на основе холестерилацегата.//Высокомолекулярны!

соединения, 1986, т. ХОТ Б, с.145. -

6. Енуков Ю.В. ,Сонин A.C. Оптическая память в полимерных пленках с псевдокапсулинованными жидкими кристаллами.//Второй Всесоюзный симпозиум "Жидкокристаллические полимеры". Тезисы докладо! /Черноголовка, 1986, с.41.

7. Енуков Ю.В. Влияние количества эффективных слоев холестерика : псевдокалсуллрованшх пленках на их оптические свойства.//1 Всесоюзный семинар "Оптика жидких кристаллов", Тезисы докладо /Ленинград, 1987, с. ЮГ.

8. Енуков Ю.В. Обратное рассеяние света полимерными псевдокапсу-лированными пленками с холестевическими жидкими кристаллами. // I Всесоюзный семинар "Оптика жидких кристаллов". Тезисы до кладов./Ленинград, 1987, с. 103.

9. Енуков Ю.В.,Гусева I.M. Индикатрисы рассеяния монохромных псе

вдокапсулированных пленок.//У1 Всесоюзная конференция "Жидки кристаллы и их практическое применение". Тезисы докладов./ Чернигов, 1988, т.П, с. Ш-П.

Зак. 'М S Тираж 100 эягз.

Ротапринт ВНИИОФИ