Вязкость нематиков

Фиг. 5.1. Три основных случая взаимной ориентации директора и градиента скорости для измерения вязкости в хорошо ориентированном нематике.

Значения вязкости в типичном для нематиков диапазоне (0,005-ь5 Па с) могут быть получены при использовании низкочастотного (24- 270 кГц) резонансного метода крутильных колебаний [70, 71]. Высокая точность [c.39]

Измерения вязкости нематиков при изменении внешнего давления позволяют установить связь величины вязкости с молекулярной упаковкой и свободным объемом, так как при увеличении давления уменьшается межмолекулярное расстояние. В [67] проведены измерения динамической вязкости методом падающего шарика, в [94] — вращательной вязкости методом вращающегося магнитного поля. На рис. 2.3.7 схематически показано, как выглядит камера для измерения вращательной вязкости при высоком давлении [94]. Устройство прецизионной трубки Т, соединяющейся через капилляр К (диаметр 0,8 мм) и цилиндр Ц с проволокой (диаметр 30 мкм, длина 70 см) с известной постоянной кручения О, аналогично описанному в 2.3. [c.49]

Измерения вязкости нематиков при изменении внешнего давления позволяют установить связь величины вязкости с молекулярной упаковкой и свободным объемом, так как при увеличении давления уменьшается межмолекулярное расстояние. В [67] проведены измерения динамической вязкости методом падающего шарика, в [94] — вращательной вязкости методом вращающегося магнитного поля (см. 2.3). [c.146]

Критическая расходимость коэффициентов вязкости. Некоторые коэффициенты вязкости нематиков также обнаруживают [c.328]

Другой важной характеристикой электрооптических воздействий является время перестройки структуры нематика. Исследования показывают, что вблизи пороговых значений поля время перестройки т пропорционально вязкости нематика Г), квадрату толщины слоя обратно пропорционально Де и превышению напряжения над пороговым. Типичное значение времени перестройки структуры нематика в оптимальном режиме работ оказывается порядка миллисекунд. Более короткого времени перехода добиться трудно, и приведенное здесь время характеризует быстродействие жидкокристаллических ячеек. [c.45]

По этой причине начиная с 1965 г. быстро рос интерес к нематикам и холестерикам. Смектические мезофазы из-за их большей вязкости привлекали техников меньше. Однако количество работ по смектикам также постоянно растет в связи с различными приложениями. [c.33]

Единая картина гидродинамики систем с дальним или ближним пространственным упорядочением (кристаллы, смектики, нематики, обычные жидкости, а также стекла), приводящим к увеличению в них количества коэффициентов, описывающих явления переноса — теплопроводности и вязкости, приведена в [8]. В табл. 1.1, взятой из этой работы, приведено число параметров, входящих в гидродинамические теории различных систем. [c.10]

Для измерения вязкости являющихся жидкостями нематиков пригодны все методы, применяемые при работе с обычными жидкостями и перечисленные, например, в [28]. Вследствие простоты наибольщее распространение получили методы, связанные с измерением времени протекания НЖК по капилляру при заданной скорости сдвига. Оказалось, что из-за анизотропии измеряемая величина вязкости чувствительна к большому количеству параметров, не всегда принимаемых во внимание в обычной вискозиметрии. Это — скорость сдвига, ориентация молекул на стенках капилляра, внешнее магнитное или электрическое поле, изменение которых приводит к изменению эффективной вязкости вследствие изменения ориентации молекул в потоке. Поток может стать неоднородным даже при очень малых скоростях сдвига при определенном соотношении коэффициентов Лесли. В то же время анизотропия свойств НЖК приводит к возможности использования иных методов регистрации вязкости, например, различных оптических и емкостных. Вязкость является комплексной частью модуля сдвига, поэтому для ее измерения могут применяться ультразвуковые методы. Наличие анизотропии распространения и поглощения ультразвука приводит к отличию значений вязкости, измеряемых ультразвуковым и капиллярным методами. К ультразвуковому методу примыкает определение коэффициентов вязкости НЖК при измерении спектра неупругого рассеяния света на приповерхностных волнах. [c.18]

Специфической особенностью жидких кристаллов является то, что вязкое напряжение может возникать при отсутствии какого-либо течения по причине изменения ориентации директора, вызванной изменением направления или амплитуды приложенного к образцу нематика внешнего магнитного или электрического поля. С величиной вязкоупругого отношения связаны значения времен релаксации термических флуктуаций директора. Измерение интенсивности спектра релеевского рассеяния света позволяет получить набор коэффициентов вязкости НЖК. [c.18]

Межмолекулярное взаимодействие определяет молекулярную упаковку и плотность НЖК. Поэтому из последних характеристик можно численно оценить величину энергии активации. В следующем параграфе мы покажем, что, зная плотность нематика, можно приблизительно определить и значение самой вязкости. [c.122]

Коэффициенты а обычно называются коэффициентами Лесли. Имеется шесть коэффициптов а, связанных одним соотношением (5.34) (впервые выведенным Пароди [5]). Таким образом, динамика несжимаемого нематика описывается пятью независимыми коэффициентами, каждый из которых имеет размерность вязкости. Для нескольких примеров, известных в настоящее время, эти пять коэффициентов оказываются сравнимой величины, как правило, между 10 и 10 1 пуаз. Значения для МББА приведены в табл. 5.1. [c.192]

В последние годы было развито несколько подходов к построению молекулярно-статистической теории вязкости нематиков. Диого и Мартин-шем была описана температурная зависимость вращательной вязкости на основе теории быстрых процессов Эйринга. Значительная часть работ содержит вывод определенного кинетического уравнения, с помощью которого получают конкретный вид тензора вязких напряжений. В силу простоты этим уравнением обычно является уравнение Фоккера-Планка для вращательной функции распределения или уравнение Л андау-Халатникова для параметра порядка. [c.80]

Представленные в табл. 5.9 данные иллюстрируют влияние структуры других циклических фрагментов на вязкость. Аксиальное замещение алкильной группой в циклобутановом фрагменте уменьшает вязкость нематика по сравнению с таким же замещением в экваториальной позиции [306]. Введение спиропиранового фрагмента вместо циклобутанового значительно увеличивает вязкость вещества [306]. По сравнению с аналогичными циклогексановыми производными вещества с циклопентановым фрагментом имеют меньщую вязкость и температуру просветления [307]. [c.167]

Как для X, так и для х ось поворота перпендикулярна оси спирали. Если ось поворота параллельна оси спирали, то получают х-дисклинации. Они могут иметь любую форму, поскольку вязкость в плоскостях холестерика (т. е. в плоскостях, нормальных оси спирали) сопоставима с вязкостью нематика. Простейший пример Х ДИСКлинаций был использован де Женом для объяснения стенок Гранжана — Кано (рис. 4.2.1). Замечательный пример винтовой х-дисклинации (силой х = —1), которая накручена на прямолинейную Х Дисклинацию (силой 5 = +1), представлен на фото 12 [51]. [c.252]

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]

Область частот В высокочастотном ультразв5жовом эксперименте сдвиг нематика осуществляется только на очень малой толщине вблизи вибрирующего твердого тела. Для обычной жидкости вязкости 1] и плотности р эта глубина проникновения б равна [28] [c.203]

Наконец, можпо показать, что в отношении всех соответствующих механических параметров (акустических импедансов, коэффициентов отражения и т. д.) нематик будет вести себя в точности, как обычная жидкость с вязкостью (или или tI B зависимости от геометрических условий). Внимательный читатель найдет этот простой результат несколько удивительным — он возразит, что наклон Пх (х), найденный из уравнения (5.55) при О, пе удовлетворяет точным граничным условиям сильного сцепления [пх (0) = 0]. Однако этот дефект не очень серьезен, если [х, определенное уравнением (5.57), мало. Можно показать, что вб.ти-зи поверхности кристалла возникает тонкий слой (толщиной порядка где hx не является пренебрежимо малым и где ге,-точно подгоняется к граничным ус.човиям. Но этот слой настолько тонок, что играет пренебрежимо малую роль. [c.206]

Для обычной изотропной жидкости наиболее прямым способом измерения вязкости является изучение ламинарного потока в капилляре или между вращающимися цилиндрами (течение Куэт-та). В нематиках такого типа измерения также проводились, в основном ими занимались Портер, Джонсон [29—31] и др. ). Однако, как уже упоминалось во введении к этой главе, интерпре- [c.207]

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]

Холестерики — это жидкости, очень похожие по своей локальной структуре на нематики. Здесь также имеется ряд замечательных связей между ориентацией и течением. Фундаментальные уравнения механики, описывающие это взаимодействие, обсуждал Лесли [51]. Для обычного случая кручений, малых в молекулярном масштабе, пренебрежимо малой сжимаемости и однородной температуры уравнения для холестериков и нематиков соепадают. Источник энтропии по-прежнему задается уравнением (5.21) гл. 5 и выражается через вязкие напряжения а р, молекулярное поле кд., тензор скоростей сдвига А р и скорость относительного вращения директора Уравнение баланса моментов (5.17) также остается справедливым, и соотношения между потоками ( ац> а) и силами (а р, ка) сохраняют свой вид [см. (5.31) и (5.32)]. Они содержат пять независимых коэффициентов, имеющих размерность вязкости. Единственная разница состоит в том, что молекулярное поле Ь теперь нужно находить из выражения для свободной энергии (6.43). [c.293]

У холестерика, не имеющего стероидного скелета (- -) 2-метилбутпл-ге-[Л (-я-метоксибензилиден)амино]циннамата, найдена вязкость, типичная для нематиков [113 ].— Прим. ред. [c.296]

Увеличение вязкости расплава при переходе от нематической мезофазы к изотропной жидкости — известный факт о нем для хорошо охарактеризованного нематического жидкого кристалла — п-азоксианизола — сообщали Портер и Джонсон [3], которые получили заметное увеличение вязкости ориентированной при течении нематической фазы при повышении температуры выше 135 °С—точки нематико-изотропного перехода этого материала. В нашем случае [c.173]

Рассмотрим выражения (1.1.7) и (1.1.8) подробнее. Как следует из выражения для четвертый член в правой части определяется только полем скоростей жидкости и не содержит никакой информации о директоре. Коэффициент 4 является аналогом изотропной вязкости, он всегда положителен. Члены с угловой скоростью директора Nj содержат коэффициенты вязкости 2 и 3. Для нематиков, состоящих из удлиненных стержнеобразных молекул, эти коэффициенты отрицательны, что соответствует увеличению, а не уменьшению деформации директора в потоке жидкости (подробнее см. ниже). Оба коэффициента и з входят в члены, не содержащие скоростей и их градиентов, т.е. связаны только с переориентацией директора. Особенно это относится к их комбинации 71 = аз — 2, называемой также вращательной вязкостью НЖК или коэффициентом вязкости Цветкова. Как мы увидим ниже, вращательная вязкость описывает случай поворота директора в отсутствие каких-либо течений. В НЖК коэффициенты 5 и uq имеют разные знаки, причем 5 > О, а е < 0. Коэффициент а соответствует деформации растяжения. Для нематиков, состоящих из удлиненных стержнеобразных молекул, он отрицателен. Кроме того, из неравенств, связанных с ростом энтропии (типа (1.1.5)), следуют такие сотношения между коэффициентами Лесли [c.10]

Применяемые для измерения значений коэффициентов вязкости Г А, щ, г]с ультразвуковые методы подробно описаны в [70]. Предложенный в [69] импульсно-фазовый метод для определения вязкости НЖК основан на изменении амплитуды и фазы излучения, отраженного от поверхности измерительного элемента при помещении на нее определенным образом ориентиро- Рис. 2.2.1. Относительное расположение ванного нематика. Измерительным векторов ультразвукового смещения U, элементом является трапециевид- волнового вектора к, директора п при ная пластина из плавленного квар- измерении вязкости ультразвуковыми ме-ца. К ее торцу приклеивается из- тодами [c.39]

Частотная зависимость коэффициентов вязкости рассмотрена в [221]. При этом равновесное состояние НЖК является невырожденным по ориентациям директора вследствие наличия внешних полей. При расчете коэффициентов вязкости, измеряемых по отражению ультразвуковой сдвиговой волны от поверхности раздела НЖК и пьезокристалла, например кварца, величина молекулярного поля /г , входящего в уравнения динамики НЖК, содержит не только традиционный для вырожденных нематиков вклад /т,9 = —6//6пг, пропорциональный вторым пространственным производным директора, но и дополнительный вклад = —В8щ, где В = 25 63/У (V — объем системы) — функция флуктуаций поперечных компонент параметра порядка ба1 ) = (5а з) = Т 2Ь ) , 63 = дР/дю — 8 дР/ди — производная свободной энергии по инвариантам и = niaijnj и V = ща и х хамЩ — niaiknknjajinl. Для трех характерных взаимных ориентаций равновесного директора, скорости и волнового вектора (см. рис. 2.2.1) коэффициенты вязкости записываются в виде [c.102]

Для нематиков молекулярно-динамический метод расчета коэффициентов вязкости 7г и 71 в зависимости от формы молекулы, представляющей собой эллипсоид вращения с соотношением осей А А = (5 , (А- -) А.11 = 1, приведен в [224]. Берется ансамбль ш N = 128 не сферических идеально ориентированных 8 = 1) частиц, заключенный в прямоугольный параллелепипед объемом V, так что в единице объема находится п = N/V частиц (в расчетах берется п = О, б). Потенциал взаимодействия <р>А (г) двух таких частиц в куэттовском потоке, находящихся на расстоянии [c.104]

В смесях полярных и неполярных веществ, образующих индуцированную смектическую фазу, например, БФ-5 и МББА, изменения концентрационных зависимостей параметров НЖК трудно наблюдать вследствие резкого возрастания вязкости вблизи фазового перехода нематик-смектик А [278]. При небольших концентрациях БФ-5 в смесях с ЭББА несколько [c.173]

В этом параграфе, в отличии от предыдущего, где рассматривалась вязкость смесей нематиков с немезогенами, учитывается также и завасимость вязкости от параметра, описывающего закручен-ность структуры — шага холестериче- [c.179]

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]

Более высокая (по сравнению с изотропным состоянием) вязкость смектической мезофазы связана не с послойным течением (для такого случая, как считает Грэй, вязкость должна быть чрезвычайно низкой), а с наложением при деформировании сдвига перпендикулярно смектическим плоскостям и дополнительными затратами энергии на их изгиб и разрушение. Причины более низкой вязкости нематической мезофазы, другими словами, существование максимума вязкости в области перехода, до сих пор недостаточно выяснены. Интересно упомянуть- дискуссию, развернувшуюся по этому поводу между Оствальдом [78] и Лоуренсом [79]. Если первый, указывая на аналогию всплеска вязкости при сегрегировании коллоидных систем с максимумом вязкости в области нематико-изотропного перехода, предлагал считать жидкокристаллические системы типичными коллоидными дисперсиями, то второй, отмечая несравнимость масштабов увеличения вязкости в обоих случа- [c.151]

ЖИДКОМ кристалле [66, 134, 135]. В то время как статические свойства (модули зшрутости Ki и /Сз) оказались близки к свойствам низкомолекулярного жидкого кристалла, гидродинамическое поведение напоминало свойства обычных полимерных расплавов. Время отклика т и коэффициент вращательной вязкости были на несколько порядков выще, чем их значения для низкомолекулярных жидких кристаллов. Анализ данных в рамках гидродинамической модели Брохарда [89] показал, что полимерная цепь должна иметь несферическую конформацию, причем анизотропия цепи, определяемая отношением радиусов инерции R /Rf,, должна быть достаточно большой для того, чтобы ее можно было измерить методом малоуглового рассеяния. При проверке справедливости такой интерпретации [136] для разбавленных растворов полимеров (V) в обычном нематике методом малоуглового рентгеновского рассеяния определяли радиус инерции основной цепи в направлениях вдоль ( ц) и поперек (i ) директора. Между этими двумя значениями существовало определенное различие, причем R >R y Для полисилоксанов сходного строения (связку —СОО— заменили на группу —ООС—), но уже в расплаве значение отношения RJR -> полученное методом малоуглового нейтронного рассеяния, составляло 0,75 [137], что было близко к величине 0,73, определенной в работе [136] . Эти результаты могут служить экспериментальным доказательством вытянутой конформации цепи, предсказанной Уонгом и Уорнером [68] для нематических фаз Nil (Sa<0, Sb>0) и Nni (5л>0, Sb>0), где основная цепь в среднем располагается вдоль директора (см. гл. 2). [c.251]