Содержание: Введение …3 I Теоретическая часть. §1 Жидкокристаллическое состояние вещества….5 §2 Теории акустического двулучепреломления в жидкостях…………7 А. Теория Люка… 7 В. Теория Френкеля… 10 С. Теория Петерлина….12 §3 Акустическое двулучепреломление для случая деформируемых молекул. А. Теория Петерлина….15 В. Теория Бадо…17 §4 Анализ основных выводов теории двойного лучепреломления наведённого акустическим полем….18 Глава II. §1Акустооптическая установка для исследования двулучепреломления наведённого ультразвуком в изотропной фазе жидких кристаллов…20 §2 Термостатирование исследуемых образцов…22 §3 Подготовка образцов к исследованию… 24 §4 Методика измерения двулучепреломления наведённое ультразвуком в изотропной фазе жидких кристаллов….25 §5 Анализ полученных результатов и их обсуждение….28 Выводы… 30 Рисунки… 31 Литература….35 Введение Если молекулы жидкости распределены случайным образом, то эта среда является оптически изотропной даже если молекулы сами обладают оптической анизотропией.
Любая ориентация молекул приводит к анизотропии среды, которая проявляется в том, что среда становится двулучепреломляющей.
Ориентация молекул может быть вызвана приложением электрического, магнитного или гидродинамического полей, а также воздействием на среду ультразвуковых волн. Соответствующие эффекты известны как двулучепреломление в электрическом поле (эффект Керра), двулучепреломление в магнитном поле (эффект Коттон – Мутона), двулучепреломление в потоке ( эффект Максвелла ) и акустическое двойное лучепреломление.
Последний эффект впервые наблюдал Люка [1] в 1938 году. Для обнаружения этого эффекта он использовал касторовое масло, которое благодаря большой вязкости имеет довольно большую постоянную Максвелла. Опыты Люка повторил С. Петралья [2] с несколькими вязкими жидкостями.
Более подробное исследование провёл В. Н. Цветков с соавторами [3]. Для этой цели был выбран ряд вязких жидкостей в виде различного рода масел. Была исследована зависимость акустического двойного лучепреломления от частоты ультразвука, от его интенсивности, а также в зависимости от температуры. Эффект акустического двойного лучепреломления имеет место в жидкостях и растворах вследствие ориентации частиц или молекул при прохождении через среду ультразвуковой волны.
Необходимым условием существования эффекта ориентации под действием поля звуковой волны является анизотропия формы молекул, другими словами форма молекул должна отличаться от сферической. Жидкие кристаллы в изотропной фазе представляют собой удобный объект для исследования акустического двойного лучепреломления благодаря тому, что при температурах выше температуры перехода “ жидкий кристалл - изотропная жидкость ”мы имеем дело с жидкостью, являющейся изотропной по всем своим физическим свойствам, молекулы которой обладают ярко выраженной анизотропией формы.
Несмотря на достаточно большую вязкость изотропной фазы молекулы легко ориентируются в поле ультразвуковой волны, что позволяет проводить исследования зависимости двойного лучепреломления от частоты ультразвука, его интенсивности, а также в зависимости от температуры. Измерения величины акустического двулучепреломления позволяют получить величины времён релаксаций и диффузионных постоянных для изотропных фаз различных жидкокристаллических соединений, а также для коллоидных растворов и растворов макромолекул.
Первые опыты по измерению акустического двулучепреломления в изотропной фазе нематических жидких кристаллов провёл В. Н. Цветков [3] на образцах ППА. Однако из его данных не следует характерная для предпереходного состояния НЖК температурная зависимость времени ориентационной релаксации. По-видимому, это связано с тем, что наблюдение акустического двулучепреломления связано с рядом трудностей.
Прежде всего, его легко маскируют различные побочные явления в звуковом поле (акустические потоки, кавитация, образование стоячих волн, повышение температуры среды из-за поглощения звука и т. п.). Кроме того, одновременно с измерением двулучепреломления, инициированного звуком, нужно уметь регистрировать интенсивность звука в точке наблюдения. Прошло более 30 лет с момента первых опытов, пока удалось получить более надёжные данные о критическом поведении акустического двулучепреломления в изотропной фазе жидких кристаллов.
Не так давно Мартиноти и Баде [4] повторили опыт Цветкова с образцом ПАА, применив вместо непрерывных звуковых волн импульсные сигналы. Это позволило свести к минимальным перечисленные выше побочные эффекты. Чтобы уменьшить ошибку в значениях интенсивности звука, в процессе измерений регистрировали только её относительное изменение. Целью данной работы является изучение метода наблюдения двойного лучепреломления наведённого ультразвуком, для исследования температурной зависимости величины акустического двулучепреломления в изотропной фазе холестирилмистата на частотах 3,2 Мгц и 9,8 МГц в широком температурном интервале вплоть до температуры перехода “изотропная жидкость-мезофаза”. Характерной особенностью эксперимента является применение импульсных сигналов вместо непрерывных звуковых волн, что позволяет свести к минимуму различного рода изменения в среде (нагревание среды из-за поглощения звука, возникновение акустических потоков и т. п.), возникающие в результате самого процесса измерения, особенно в узком температурном интервале в окрестности температуры перехода “изотропная жидкость - мезофаза”, где восприимчивость мезофазы очень велика.
Специфические свойства холестирилмистата позволяют проверить основные выводы теоретических представлений явления двойного лучепреломления наведённого ультразвуком.
Глава 1 Теоретическая часть. §1
При нагревании или при охлаждении вещества, молекулы которого имеют пр... В веществах, молекулы которого оптически активны, фазовые переходы осу... Обычно в молекулярных кристаллах упорядоченно как положение, так и ори... ХЖК являются по сути “хиральными” НЖК, т.е. Механические свойства и свойства симметрии этих фаз промежуточные межд...
Теории акустического двулучепреломления в жидкостях.
знак зависит отанизотропии поляризуемости молекул; 5. Каждая из сил, вызывающих сжатие и растяжение элемента объёма среды ра... Таким образом молекулы в поле переменной звуковой волны движутся с раз... поскольку зависит от длины волны, то должна наблюдаться дисперсия двул... Ориентированная таким образом среда обнаруживает оптическую анизотропи...
В. В своей работе [6] Я. Для волны, распространяющейся вдоль направления OZ, для скорости части... Выражение для двулучепреломления можно получить, если предположить, чт... Тогда где - угол, на который колебания молекул отстают от колебаний зв...
С. Петерлин [7] предложил кинематическую теорию акустического двойного лу... Если длина волны распространяющегося в среде звука намного больше, чем... Из (19) видно, что F и соответственно степень ориентации молекул увели... Для величины двулучепреломления Петерлин получил следующее выражение И...
Акустическое двулучепреломление для случая деформируемых молекул. А. Теория Петерлина. Выражение для величины двулучепреломления имеет вид где С – концентрац... Петерлин [8] предположил, что наличие деформируемых молекул в растворе...
В. Основным выводом из всех вышеперечисленных теорий акустического двойно... Теория Петерлина является наиболее полно отражающей поведение молекул ... и амплитудой 100 В /частота следования импульсов 500 Гц/, который пода... На краю диска сделан прямоуголъный вырез. Электромеханический модулято...
При экспериментальном исследовании жидких кристаллов в области переход... Для оценки требований, предъявляемых к термостату при исследованиях жи... Поскольку в изотропной фазе жидких кристаллов Тn – Тn* обычно бывает п... Поскольку тепловыделение в кювете отсутствовало, и она находилась в те... Измерительный мост и источник смещения в цепи моста питались от батаре...
Как только звук “наводит” двулучепреломление, в выходящем из кюветы св... §5 . В результате созданной таким образом разности давлений расплав продавл... В процессе измерения кювета находится в термостате, температура которо... изменение его интенсивности. Температурная зависимость для коэффициент...
Как видно из рисунка, на частоте 3.2 МГц наблюдается длительный рост в... Анализ выражения (4) даёт следующие граничные условия Таким образом, е... по мере приближения к температуре перехода ИЖ-ЖК Тс* должен наблюдатьс... Вдали от точки фазового перехода мы наблюдаем температурную зависимост... Изучение двойного лучепреломления наведённого ультразвуком показывает,...
Литература : 1. R. Lucas, Comp. Rend 206, 827 (1938) 2. L. Petralia, Rev. Acoust 8, 121 (1939) 3. Цветков В. И Крозер С.П ДАН СССР, 63, 653 (1948) 4. Martinoty P Bader M J. Phys. (Fr.), 42, 1097 (1981) 5. П. ДеЖен, Физика жидких кристаллов, М. Наука, 1977 6. Френкель Я. И Кинетическая теория жидкостей, Издательство АН СССР, М 1945 7. A. Peterlin, J. Phys. Radium, 11, 45 (1950) 8. A. Peterlin, Rec. Trav. Chim 69, 14 (1950) 9. J. Bador, J. Phys. Radium, 15, 777 (1954) 10. Лерман В. Ю Кадыров Ш. А Кашаева Л. М Узб. Физ. Ш 3, 22 (1977) 11. Ультрзвук: Маленькая энциклопедия, М. 1979.