Потоки в нематиках

Фиг. 5.6. Искажения, вносимые в слой нематика ламинарным потоком.

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]

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]

Таким образом, можно констатировать, что течение жидких кристаллов — это весьма сложный процесс, а исследования гидродинамики ЖК находятся в начале своего пути. Облегчает исследование гидродинамики жидких кристаллов их двулучепреломление, оно позволяет визуализировать наведенные течением жидкого кристалла, изменения ориентации директора и, наоборот, по изменению двупреломления, т. е. оптических свойств нематика, судить о скоростях и изменении скоростей в потоке. [c.30]

Но не следует думать, что гидродинамические потоки и электрические токи, возникающие при наложении на нематик электрических полей, выступают только как помеха электрооптическим эффектам. Оказывается, что эти явления приводят к контролируемым изменениям оптических характеристик нематика и представляют значительный интерес с точки зрения изучения физики жидких кристаллов и их технических приложений. [c.48]

Для того чтобы ориентирующее влияние поля и гидродинамических потоков конкурировали, т, е. стремились ориентировать молекулы в различных направлениях, необходимо, чтобы диэлектрическая анизотропия Аб< 0. Поэтому домены Капустина — Вильямса всегда наблюдаются в нематиках с Л8< 0, а для их наблюдения при Де>0 требуется выполнение еще ряда требований на условия эксперимента. В конечном итоге домен- [c.50]

Чем же вызван -.реход нематика в поле от доменной ) структуры к состоянию, характеризующемуся динамическим рассеянием Оказывается, при дальнейшем повышении напряжения регулярная система гидродинамических вихрей становится неустойчивой, и происходит срыв на турбулентное, нерегулярное распределение гидродинамических потоков в нематике. Это, в свою очередь, приводит к нерегулярным изменениям показателя преломления и сильному рассеянию света в нематике. [c.51]

Холестерической спиралью можно управлять. Специального внимания заслуживает поведение холестерика во внешнем электрическом или магнитном поле. Если в случае нематика наложение внешнего поля приводило к сравнительно простой переориентации молекул (здесь речь идет о чисто полевом эффекте, т. е. процессе, не сопровождаемом электрическими токами и гидродинамическими потоками), то в случае холестерика изменение его структуры во внешнем поле может оказаться гораздо сложнее. Например, в случае положительной магнитной или диэлектрической анизотропии у холестерика наложение поля, перпендикулярного холестерической оси, приводит к следующим изменениям структуры холестерика (искажениям холестерической спирали). Во-пер- [c.61]

Применение ЖКК с нематиками связано в основном с электрооптиче-скилш свойствами жидких кристаллов - способностью изменять пропускание света под действием электрического поля. ЖКК с нематиками являются перспективными материала.ми для построения различных устройств отображения информации (просветных и отраженных дисплеев), создания проекционных систем, разработки систем управления световыми потоками (ослабиге- ти, модуляторы, ограничители мощности, дефлекторы и др.). [c.154]

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]

На обеих стенках предполагается сильное нормальное сцепление > 1. а — поток с простым сдвигом при достаточно больших градиентах молекулы нематика стремятся установиться под определенным углом 0 к линиям потока везде, кроме двух пограничных слоев толщиной б — пуазейлево течение здесь имеются две [c.208]

Если к I < 1, гидродинамический момент Г отличен от нуля для всех ориентаций молекул ). Это означает, что структура нематика сильно деформируется. Для простейшего случая потока с градиентом между двумя пластинами директор, если следить за ним, двигаясь от одной пластины к другой, враш,ается, делая много оборотов. Однако этот особый режим, связаннъш с трехмерной деформацией, часто бывает нестабильным. [c.209]

Можно вызвать движение в нематической жидкости соответствующим внешним полем, зависящим от времени. В движение могут быть вовлечены директор (вращение оптической осп), или центры тяжести молекул (гидродинамический поток), или и то и другое. Поля могут быть электрическими или магнитными. Однако в большинстве встречающихся на практике случаев взаимодействие между нематиком и электрическим полем включает весьма специфические процессы переноса заряда. По этой причине все электрические эффекты позже будут отдельно обсуждаться в этой главе (см. разд. 5.3). Сейчас мы ограничимся относительно простым случаем магнитного поля Н t). Мы также предиоложпм, что Н однородно в пространстве. Эти ограничения справедливы для многих возможных экспериментов, представляющих интерес либо для измерения определенных коэффициентов Лесли, либо для исследования некоторых замечательных магнитооптических эффектов. Здесь мы кратко обсудим несколько типичных примеров. [c.210]

Аналогичное рассмотрение можно провести для более сложного случая. Если имеются большие образцы, помещенные в статическое поле и поперечное осциллирующее поле /Д, можно изморить в объеме угод наклона оптической оси, который определяется уравнением (5.66). Снова здесь отсутствует гидродинамический ноток, за исключением, возможно, тонкого с.лоя вблизи внешней поверхности образца, по следующей общей причине в области, где поле Н и намагниченность М однородны в пространстве, нет объемной магпитно1г силы, стремящейся вызвать поток. Таким образом, силы, действующие на нематик, существуют только вблизи поверхности обра.зца. Но при конечных частотах со такие силы вызовут поток только в тонком слое под поверхностью [см. (5.53)]. [c.213]

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]

Ничего подобного не найдено для ориентированных образцов нематиков. Поэтому ясно, что они должны быть связаны со специфическими свойствами спиральной фазы. Их объясненпе было дано в блестящей статье Хельфриха [60]. Он рассмотрел холестерическую плоскую текстуру, которая предполагалась блокированной, т. е. пространственно неподвижной из-за определенных эффектов сцепления со стенками, и высказал предноложение, что имеется однородная скорость потока V, параллельная оси спирали В этой ситуации диссипация на единицу объема легко находится из общего выражения (5.21) для источника энтропии [c.296]

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]

Если в движущемся нематике имеются неподвижные дисклинации, то в зависимости от их силы поток может притягиваться или отталкиваться дисклипацией [59] (рис. 2.1.25). Это,конечно, также приводит к изменению [c.35]

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]

Две японские группы [8.25, 26] провели эксперименты по изучению так называемых электрогидродинамических переходов в нематиках. Эти переходы, хотя и имеют некоторые общие черты с переходом Фредерикса, представляют собой боЬее сложные явления, поскольку в них возникают потоки вещества. В этом смысле они аналогичны хорошо известной проблеме Р -лея — Бенара в тонком жидком слое, нагреваемом снизу [8.27—34]. [c.311]

И Нагьяра [64]. Цветков также отмечал, что поток убывает с увеличением частоты приложенного поля, и, по-видимому, осознавал тот факт, что явление может быть каким-либо образом связано с электропроводностью. Сравнительно недавно Вильямс [65] обнаружил, что тонкий слой нематика с отрицательной анизотропией диэлектрической проницаемости, помещенный между стеклянными пластинками с проводящими покрытиями, при наложении достаточно большого постоянного напряжения образует регулярную полосатую структуру. При еще более высоких напряжениях регулярная картина переходит в турбулентную, что сопровождается интенсивным рассеянием света. Этот эффект стал известен под названием динамического [c.180]

Часто постоянное напряжение, приложенное к слою нематика, вызывает в результате возникшего тока не однородное изменение ориентации молекул, а периодическое в пространстве возмущение ориентации директора. Дело здесь в том, что, говоря об ориентирующем молекулы нематика воздействии ионов носителей тока, мы пока что пренебрегали тем, что ионы будут вовлекать в свое движение также и молекулы нематика. В результате такого вовлечения прохождение тока в жидком кристалле может сопровождаться гидродинамическими потоками, вследствие чего может установиться периодическое в пространстге распределение скоростей течения жидкого кристалла. Вследствие же обсуждавшейся в предыдущем разделе связи потоков жидкого кристалла с ориентацией директора в слое нематика возникнет периодическое возмущение распределения ди- [c.32]

Пока что, говоря о холестериках, мы предполагали, что в образце не проявляются электрогидродинамиче-ские неустойчивости (за исключением случая Де<СО). Однако так же, как в нематике, наложение достаточно сильного поля на холестерик приводит к возникновению гидродинамических потоков. Эти потоки так же, как в случае доменов Капустина—Вильямса, могут быть пространственно упорядоченными, а могут быть и турбулентными. В последнем случае в холестерике также наблюдается динамическое рассеяние света, в результате которого холестерик сильно рассеивает свет и перестает быть прозрачным. [c.63]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология