Рассмотрим эффекты поляризации, возникающие в изотропной фазе нематического жидкого кристалла (НЖК), при воздействии быстро осциллирующего течения, возбуждаемого колебаниями одной из ограничивающих слой НЖК пластин. Такая вязкая волна быстро затухает. При этом величина затухания d определяется вязкостью h, плотностью жидкости r и частотой колебания пластины w и равна 
[8]. В НЖК такие колебания могут вызывать появление переменного электрического сигнала, являющегося следствием флексоэлектрического эффекта [1]. Так как в изотропной фазе поток индуцирует появление параметра порядка то, как следствие, должна возникать флексоэлектрическая поляризация. При большой по абсолютной величине колебательной скорости u, распространяющаяся упруго-вязкая волна начинает влиять на ориентацию и параметр порядка S [9], что аналогично эффекту Максвелла [2] – ориентации анизотропных молекул в потоке.
Де Жен предложил модель для описания предпереходных явлений в потоке на основе теории фазовых переходов Ландау, например, появление двулучепреломления в изотропной фазе [3]. Наблюдаемый сигнал за фазовым переходом имеет флексоэлектрическую природу и в данном случае обусловлен дипольным механизмом. Согласно [9] вклад в свободную энергию кристалла флексоэлектрического механизма можно записать следующим образом
В точке фазового перехода величина сигнала не уменьшается скачком до нуля, что характерно для предпереходного поведения большинства параметров НЖК, а спадает по степенному закону от температуры типа , где Т* — температура фазового перехода. Анализ температурного изменения за фазовым переходом показывает, что n»2. Аналогичная зависимость имеет место и в случае исследования НЖК смеси двухкольчатых эфиров (ДКЭ).
Эффекты, которые наблюдались в МББА и ДКЭ имею типичные особенности и характерны для других соединений, имеющих НЖК – фазу. Необходимо отметить, что за фазовым переходом при Т>Тс наблюдается зависимость флексоэлектрического сигнала, предсказанная по теории Де Жена, а величина флексоэлектрической поляризации: Pz~(T—Tc)-2. Соотношение продольной и поперечной компонент поляризации Pz/Px составляет 1,2 и 1, соответственно, для МББА и ДКЭ и находится в хорошем согласии с величинами диэлектрической проницаемости. Согласно рисунку 1 поведение величины поляризации в изотропной фазе типичное для любых НЖК и описывается формулой (1). Однако в НЖК фазе поведение флексоэлектрической поляризации зависит от амплитуды сдвига. Например, в МББА при малых амплитудах сдвига имеет место классическое поведение, описываемое формулой (1). Когда Т>Тс поляризация пропорциональна (T—Tc)-2, а в окрестности фазового перехода претерпевает скачок и далее определяется температурной зависимостью параметра порядка вдали от Тс. В этой ситуации отлична от нуля только компонента поляризации вдоль оси Z. При больших амплитудах сдвига появляется стационарный наклон директора, который зависит от амплитуды и температуры. Следствием этого будет появление второй компоненты поляризации Рх, которая сохраняется и в изотропной фазе. Зависимости величин стационарного угла девиации от температуры для трехкомпонентной смеси ДКЭ проиллюстрировано на рисунке 2.
Однако в изотропной фазе температурное поведение индуцированной поляризации не зависит от упругости и одинаково для обоих типов соединений. Такое изменение в поведении индуцированной флексоэлектрической поляризации при появлении стационарного наклона директора в потоке косвенно указывает на изменение типа фазового перехода. Для более убедительного доказательства такого утверждения необходимы исследования термодинамических характеристик НЖК при появлении в нем поперечной вязкой волны большой интенсивности. На рисунке 2 приведены соответствующие зависимости корня из обратной величины индуцированного сдвигом сигнала от величины , подтверждающие ранее сделанное предположение, что наблюдаемая за фазовым переходом разность потенциалов имеет флексоэлектрическую природу [4 -7].
Резюмируем сказанное следующим образом. Исследованы температурные зависимости ЭДС, индуцированной сдвиговыми колебаниями, а также изучено влияние температуры на величину среднего постоянного угла наклона и амплитуды колебаний директора . Получены температурные зависимости флексокоэффициентов е33 для исследуемых веществ, демонстрирующие роль, которую играют дипольный и квадрупольный механизмы в индуцированной молекулярно-ориентационной поляризации. Результаты удовлетворительно согласуются с данными, полученными для е11 методом изгибных колебаний. В случае немалых возмущений за фазовым переходом зарегистрирована ЭДС, которая, как было показано, имеет флексоэлектрическую природу.
Список литературы
- Barbero, G. // Int. J.Mod.Phys. -1992. –V. 6. -№14. –Р. 2521-2530.
- Волькенштейн М.В. Молекулярная оптика. М.-Л.: Гос. изд. техн.- теорет. лит-ры, 1951. -744 с.
- De Gennes, P.G. // Mol. Cryst. Liq. Cryst. -1971. –V. 12. –P. 193.
- Денисова О.А. Один из методов экспериментальных исследований жидких кристаллов // Электротехнические и информационные комплексы и системы. -2013. -Т. 9. -№ 2. -С. 107-113.
- Денисова О.А., Скалдин О.А. Пьезоэлектрический эффект в жидких кристаллах // Электротехнические и информационные комплексы и системы. -2013. -Т. 9. -№ 4. -С. 145-153.
- Денисова О.А., Чувыров А.Н. Распространение ультразвуковых волн в твист – структурах жидких кристаллов // Жидкие кристаллы и их практическое использование. -2011. – В. 2 (36). –С. 62 — 65.
- Денисова О.А. Неравновесные структурные превращения жидких кристаллов в электрических полях и акустических потоках: Научное издание. Уфа: Уфимская государственная академия экономики и сервиса, 2012. –188 с.
- Jakli A., Janosy I., Bata L., Buka A. Аspecial shear method of aligment for smectic liquid crystals // fiz. kut inter. Prepz. -1988. N031E. -P. 1 — 11.
- Пикин С.А. Структурные превращения в жидких кристаллах. М.: Наука, 1981. -336 с.
- Чандрасекар С. Жидкие кристаллы. М.: Мир, 1980. -344 с.
- Чувыров А.Н., Денисова О.А., Гирфанова Ф.М. Физика жидких кристаллов: поверхность: Научное издание. Уфа: Уфимская государственная академия экономики и сервиса, 2009. –324 с.[schema type=»book» name=»ПОЛЯРИЗАЦИЯ В ОКРЕСТНОСТИ ПЕРЕХОДА НЕМАТИЧЕСКАЯ – ИЗОТРОПНАЯ ФАЗЫ» author=»Денисова Ольга Аркадьевна» publisher=»БАСАРАНОВИЧ ЕКАТЕРИНА» pubdate=»2017-06-12″ edition=»ЕВРАЗИЙСКИЙ СОЮЗ УЧЕНЫХ_ 30.12.2014_12(09)» ebook=»yes» ]