И все-таки нематик упругий

И все-таки нематик упругий [c.51]

А к чему приведет наличие такого порядка Давайте призовем на помощь воображение. Пусть мы имеем жидкий кристалл с молекулами, ориентированными так, как показано на рис. 61, а. Тогда все, что было сказано о простой жидкости, остается в силе при определенной разнице температур между нижней и верхней поверхностями слоя жидкого кристалла начнется конвективное вихревое движение жидкости. Один из таких вихрей в виде длинного рулончика показан на рис. 61, а, так сказать, в момент его рождения, пока молекулы еще сохраняют исходную ориентацию. Но посмотрим, что же ощущают молекулы в точке А (рис. 61. б). Да то же самое, что стволы, попавшие в речной водоворот,— вращающий момент сил со стороны вихря. Направление этого момента зависит от направления вращения вихря, поэтому в точках А, Б, В поворот молекул — стволов происходит в разные стороны. Ну хорошо, почему бы и дальше молекулам не продолжить свое вращение, сделав пару кувырков, как это сделали бы стволы в водовороте А потому, что здесь кончается простая аналогия. Не будем забывать, что все-таки нематик упругий . Действительно, у стеноК [c.88]

Таким образом, энергия упругой деформации в нематике пропорциональна квадрату деформации (лри малых деформациях) и пропорциональна квадрату параметра порядка (при малых s). В изотропной фазе, при s =0, упругая энергия отсутствует. [c.44]

На первый взгляд простейшая геометрия, позволяющая существовать одной сингулярной точке в объеме, соответствует сферической капельке нематика, плавающей в изотропной жидкости, с нормальными граничными условиями на поверхности раздела. При таком, самом наивном решении задачи директор всюду направлен радиально, сингулярная точка расположена в центре капельки и деформация представляет собой чистый поперечный изгиб [18]. Однако эта конформация обычно не наблюдается. Более выгодна гораздо более сложная конфигурация, включающая сильное кручение в центральной области [19, 20] (фото 7). Это, вероятно, является следствием того, что упругая постоянная кручения типичных нематиков значительно меньше, чем ). [c.170]

Обсудим неустойчивости, которые могут возникать в нематиках других классов. Для простоты будем предполагать, что во всех случаях в слабых полях Е направление легкого ориентирования, налагаемое стенками, совпадает с направлением ориентирования, определяемым электрическим полем. Это позволяет избежать дальнейших усложнений, обусловленных переходом Фредерикса в поле Е. Рассмотрим, например, образец типа (++) (фиг. 5.8, б). Здесь в первоначальном состоянии молекулы перпендикулярны слою и флуктуации, которые могут привести к локальному накоплению заряда, представляют собой продольный изгиб. Однако видно, что электрический момент в точке В теперь стремится стабилизировать структуру. Для нахождения гидродинамического момента заметим, что в точке В линии потока почти параллельны молекулам. Как пояснялось в разд. 5.2, гидродинамический момент кручения в этом случае очень мал. Другими словами, параметр X — —близок к единице и момент пропорционален X — 1. В точках выше или ниже В имеются некоторые гидродинамические моменты кручения, но их знаки зависят от деталей структуры. Таким образом, в этом случае имеется толь-ко (Два больших момента (упругий и электрический), и оба они [c.230]

СШИВОК. Таким образом, в случае гребнеобразных нематиков вклад упругих сил в свободную энергию системы, приводящей к сопротивлению сплющивающему или растягивающему (см. выше (1) или (2)) нематическому полю, определяет влияние основной цепи на нематическую часть свободной энергии полимера. Баланс этих двух вкладов в свободную энергию влияет на фазовые переходы в нематических полимерах. При рассмотрении различий между обычными и полимерными жидкими кристаллами полезно помнить о том, что основная цепь обладает упругостью за счет большой энтропии и находится под напряжением в нематическом поле. Реальная степень сплющивания или растяжения цепи существенно меняется в зависимости от химической структуры (главным образом, от структуры гибких развязок, соединяющих боковые группы с основной цепью) и конкретного типа фазы, причем влияние смектического упорядочения оказывается очень большим. Идея об упругости основной цепи непосредственно используется в разд. 2.6, в котором рассмотрено моделирование эластичности нематических сеток. [c.22]

Но было бы опрометчиво заявить, что в нематике вообще нет никаких упругих сил. Все-таки упругость в жидком кристалле существует и она связана с тем, что в разных точках нематика может быть неодинаково ориентирована оптическая ось Ь. Ведь молекулы стремятся быть параллельными друг другу. Что же произойдет, если на соседних участках нематика молекулы по какой-либо причине приобретут разную ориентацию (рис. 37, б и 39) Конечно, ориентация молекул будет сопротивляться этому и, как только причина будет устранена, станет одинаковой в любом месте слоя. Так что, если стеклянные пластинки на рис. 37,6 и 39 ничем не удерживаются, под действием молекулярных сил они займут параллельное положение, причем совпадут и оси полировки. [c.55]

Изогнутость оптической оси играет свою роль при втягивании нематика в узкую щель между двумя стеклами параллельно направлению полировки. При этом оптическая ось изгибается подобно тетиве лука, готового послать стрелу по направлению движения. Следователь, но, натяжение тонкой жидкой пленки на поверхности, о котором мы уже говорили, увеличивается в нематике за счет упругих сил ориентации. Может быть и так, что поверхностная пленка нематика вогнута, но оптическая ось. перпендикулярна направлению движения и не испытывает изгиба. В этом случае натяжение поверхности меньше, и, значит, втягивание жидкости должно происходить медленнее. [c.56]

А теперь взглянем на звезды — дефекты ориентации молекул, изображенные на рис. 32 и 33. Фактически лучи этих звезд и есть оптические оси, т. е. упругие струны. Видно, что в центрах звезд пучки осей наиболее сильно сжаты (рис. 32 и 33, б) или растянуты (рис. 33, а и 33, в). Значит, в окрестностях нитей нематика возникают заметные силы растяжения или сжатия. Напомним, что в данном случае нити проходят через центры звезд перпендикулярно плоскости рисунков. Такие звезды растяжения и сжатия притягивают друг друга, потому что разреженность одной из них могла бы компенсироваться большей плотностью другой (рис. 41). Например, с помощью микроскопа видно, как пара дефектов, изображенных на рис. 32 и 33,а, стягивается в одну точку и исчезает. Это убедительно свидетельствует о существовании упругих сил ориентации в нематике. [c.57]

Казалось бы, сколь угодно слабое поле может поворачивать оптическую ось нематика. Так и будет, если жидкая среда простирается неограниченно по всем направлениям. В действительности же, как мы знаем, слой нематика должен иметь конечную толщину и жесткую ориентацию молекул на стеклянной поверхности. Таким образом, отклоняющее действие поля вступает в противоборство со стабилизирующим действием упругих сил. Фактически отклонение оптической оси в слое нематика начинается тогда, когда крутящий момент электрических сил станет равен или больше возвращающего момента упругих сил. Поэтому для нематика существует совершенно определенный порог поля или разности потенциалов на электродах, выше которого оптической осью уже нетрудно управлять. [c.59]

Постараемся проследить за ходом мысли и аргументами создателей теории упругости ЖК. Рассуждения были (или могли быть) приблизительно такими. Установлено, что в жидком кристалле, конкретно нематике, существует корреляция (выстраивание) направлений ориентации длинных осей молекул. Это должно означать, что если по какой-то причине произошло небольшое нарушение в согласованной ориентации молекул в соседних точках нематика, то возникнут силы, которые будут стараться восстановить порядок, т. е. согласованную ориента- [c.22]

Таким образом, построение теории упругости для жидких кристаллов было не таким уж простым делом и нельзя было теорию, развитую для кристаллов, непосредственно применить к жидким кристаллам. Во-первых, существенно, что, когда говорят о деформации в жидких кристаллах, то имеют в виду отклонения направления директора от равновесного направления. Для нематика, например, это означает, что речь идет об изменении от точки к точке в образце под влиянием внешнего воздействия ориентации директора, который в равновесной ситуации, т. е. в отсутствии воздействия, во всем образце ориентирован одинаково. В обычной же теории упруго- [c.23]

Таким образом, теория упругости жидких кристаллов, описывающая их как сплошную среду, т. е. претендующая только на описание свойств ЖК, усредненных по расстояниям больше межмолекулярных, приводит к выводу, что минимальная энергия жидкого кристалла соответствует отсутствию деформаций в нем. Для нематика [c.25]

Переход Фредерикса. Характер влияния внешнего поля на нематик зависит от ряда параметров. Например, знака диэлектрической анизотропии Ае, деформационных модулей упругости нематика (нематик, как говорилось выше, подобно кристаллу и в отличие от жидкости обладает отличными от нуля деформационными модулями упругости), характера сцепления молекул нематика с поверхностями ячейки, геометрии опыта. Замечательным свойством переориентации структуры нематика под действием внешнего поля является пороговый (по полю) характер изменения структуры в поле, перпендикулярном поверхностям ячейки при планарной исходной ориентации нематика. Это означает, что в полях меньше критического изменения структуры нематика не происходит. И только по достижении критической величины поля структура нематика начинает претерпевать изменения. Сам же характер изменения таков, что непосредственно выше критического поля Ес эти изменения малы, однако быстро нарастают по мере превышения полем критического значения. [c.44]

Соответствующие флуктуации ориентаций молекул могут быть учтены в рамках упоминавшейся теории упругости нематиков и описываются в терминах флуктуаций ориентации директора. Физической причиной аномально сильного рассеяния на флуктуациях директора является то, что однородные флуктуации (т. е. однородные вращения директора во всем пространстве) не требуют преодоления энергетического барьера для своего возбуждения. Поэтому такие флуктуации и соответствующее им рассеяние света очень сильны. [c.104]

На языке теории упругости жидких кристаллов ориентирующие силы между молекулами — это силы упругости. Поэтому если на какой-то поверхности (в нашем случае на подложке) задана ориентация директора, то, например, для нематика силы упругости будут стремиться точно так же сориентировать директор во всем объеме. В случае холестерика в той же ситуации силы упругости будут стремиться по мере удаления от подложки однородно изменять ориентацию директора по закону [c.129]

Вязкоупругие свойства жидкого кристалла характеризуются набором модулей упругости Кц и коэффициентов вязкости уь определяющих свойства однородного жидкого кристалла. Эти параметры в сочетании с анизотропией магнитной и диэлектрической восприимчивостей Дх и Ае определяют характер изменений в жидком кристалле при внещних воздействиях. Для полипептидных жидких кристаллов Ах и Ае положительны по знаку. Следовательно, в достаточно сильном магнитном (электрическом) поле жидкий кристалл макроскопически однородно ориентирован так, что продольные оси спиральных макромолекул параллельны направлению поля. Очевидно, что такая упорядоченность нарушает холестерическую макроструктуру, характерную для жидкого кристалла ПБГ в отсутствие внешнего поля. Фактически такой структурный переход от холестерика к нематику используется во многих технических устройствах благодаря удобству контроля за переходом и позволяет определить критическую величину поля, индуцируюш его такой переход. Индуцированный полем переход был открыт в лиотропных системах при изучении молекул растворителя методом ЯМР-опектроскопии [32—34]. Позднее этот лереход изучался методами ЯМР [35], инфракрасного дихроизма 4], оптических исследований [36], магнитной восприимчивости [37] и импульсной лазерной техники [38]. Переход можно также наблюдать при измерениях шага холестерической спирали как функции напряженности лоля. На рис. 11 показана зависимость относительного шага [c.198]

Макроскопические измерения. Любое анизотропное свойство, такое, как диэлектрическая проницаемость [46—48] (или теплопроводность [49, 50]), можно использовать для измерения среднего состояния упорядочения. Обычно зондирующее поле (электрическое поле или тепловой градиент) прилагают перпендикулярно слою. Это оказывается удобным в случаях 1 ж 3. Средняя диэлектрическая проницаемость е Н) слоя ведет себя (как функция Н), как показано на фиг. 3.14, б. При Н < Не нематик не искажен, и е (Н) = е (0). При Н = появляется разрыв в производной д,г1с1Н, который позволяет довольно точно определить величину Н (это, как мы увидим позднее, дает одну из упругих постоянных). При Н > Яс е (Я) насыщается, поскольку весь образец ориентирован вдоль Я. Из исследования закона насыщения можно также получить информацию об упругих постоянных ). [c.105]

Следить за мгновенным искажением нематика можно оптическими методами и.чи изучая различные типы явлений переноса. Нанример. отметим измерения теилопроводности как метод исследования статических искажений. Оказывается, что эти измерения могут служить адекватным способом исследования динамики перехода Фредерикса по следующим соображениям тепловая инерция термопары может быть сделана очень малой, если использовать напыленные металлические пленки, в то время как внутренние временные задержки, связанные с распространением тепла в пленках нематика, будут порядка где й — толщина, а — температуропроводность (отношение теплопроводности к удельной теплоемкости). С другой стороны, как мы увидим, постоянная времени, связанная с исследуемыми ориентационными эффектами, порядка где т] — средняя вязкость, а К — упругая постоянная Франка. Температуропроводность оказывается по крайней мере в 10 раз больше, че.м коэффициент ориентационной диффузии К ц. Таким образом, тепловая инерция пренебрежимо мала. Динамические эксперименты такого типа были проведены недавно Гиопом и Перанским и теоретически разработаны Бро-шаром [50]. [c.216]

Вязкоупругие свойства жидкого кристалла характеризуются набором модулей упругости Кц и коэффициентов вязкости уь определяющих свойства однородного жидкого кристалла. Эти параметры в сочетании с анизотропией магнитной и диэлектрической восприимчивостей Ах и Ае определяют характер изменений в жидком Кристалле при внешних воздействиях. Для полипептидных жидких кристаллов Ах и Де положительны по знаку. Следовательно, в достаточно сильном магнитном (электрическом) поле жидкий кристалл макроскопически однородно ориентирован так, что продольные оси спиральных макромолекул параллельны направлению поля. Очевидно, что такая упорядоченность нарушает холестерическую макроструктуру, характерную для жидкого кристалла ПБГ в отсутствие внешнего поля. Фактически такой структурный переход от холестерика к нематику иопользуется во многих технических устройствах благодаря удобству контроля за переходом и позволяет определить критическую величину поля, индуцируюш< о такой переход. Индуцированный полем переход был открыт в лиотропных системах при изучении молекул растворителя методом [c.198]

Посмотрим теперь, как проявляются упругие свойст-а решетки жидких нитей. Мы знаем уже, что оптическая ь кристалла, образованного нематическими столбика-и,. параллельна жидким нитям по этому направлению )иентируются короткие оси всех молекул. В то же время гот кристалл можно представлять себе как систему юно уложенных жестких трубок. Чем же отличаются 1ругие свойства такого кристалла от свойств нематика, котором также оптическая ось ориентирована одина-)Во в любом месте, если не действуют нагрузки [c.149]

Таким образом, доминирующим механизмом рассеяния в нематиках как ниже температуры перехода в изотропную фазу, так и выше ее, является рассеяние на флуктуациях ориентации директора. Эксперименты по рассеянию света (включающие поляризационные измерения) дают существенную информацию о физике нематической фазы и природе фазовых переходов в ней. Так, измерение интенсивности рассеяния и ее угловой зависимости позволяет найти упругие модули нематика. Соответствующие измерения в изотропной фазе вблизи точки перехода дают информацию о температурном ходе упругих констант и могут быть интерпретированы в терминах температурных зависимостей длин корреляции, т. е. размеров областей, в которых флуктуационно возникает ЖК-фаза и которые существенно определяются природой фазового перехода. Измерения частотной ширины линии рассеяния в нематической фазе цают сведения об отношении упругих модулей к коэффициентам вязкости, а выше точки перехода соответствующие температурные [c.105]

Наиболее характерными для нематика являются линейные дисклинации. Чтобы разобраться в их структуре, лучше всего проанализировать характер распределения директора в плоскости, перпендикулярной линии дисклинации. Оказывается, что в плоскости, проведенной перпендикулярно линии дисклинации, распределение директора может быть таким касательная к линиям дает локальное направление директора в точке касания. Английский ученый Франк, о котором говорилось в связи с хеорией упругости жидких кристаллов, ввел классифииа- [c.111]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология