Strona główna

Aktualności

Edukacja

Pracownicy

Linki

 

 

Badania własności dielektrycznych ciekłych kryształów

Fazy ciekłokrystaliczne (CK) tworzone są przez cząsteczki o silnie anizotropowym kształcie (prętopodobne - Rys. 1, lub dyskopodobne). W naszym zespole badane są: polimorfizm CK oraz ich własności dielektryczne (anizotropia przenikalności dielektrycznej, zjawiska relaksacji dielektrycznej z wyznaczaniem czasów relaksacji oraz barier aktywacyjnych hamujących rotację molekuł w poszczególnych fazach). Własności te badane są w funkcji temperatury i/lub ciśnienia. Pomiary ciśnieniowe są trudne eksperymentalnie i dlatego stosowane w nielicznych laboratoriach na świecie. Ze względu na stosunkowo słabe oddziaływania międzymolekularne w ciekłych kryształach (jak i innych układach molekularnych) przyłożone ciśnienie powoduje silną zmianę ich własności fizycznych. Przykładem tego są wyniki przedstawione na Rys. 2 (diagram fazowy) i Rys. 3 (własności dielektryczne).

Rys.1. Diagram fazowy p(T) wykazujący złożony polimorfizm 10CB. Przy ciśnieniu atmosferycznym substancja ta posiada tylko fazę smektyczną A (SA), natomiast powyżej ciśnienia 66 MPa i temperatury 344 K indukuje się dodatkowo faza nematyczna N. Pomiar wykonano metodą DTA.

Rys.2. Anizotropia dielektryczna w fazie nematycznej 8PCH zmierzona przy ciśnieniu atmosferycznym w funkcji temperatury oraz stałej temperaturze T = 328.5 K w funkcji przyłożonego do próbki ciśnienia. Następnie zakresy fazy nematycznej w warunkach izobarycznym i izotermicznym zostały unormowane. Zgodność obu wyników potwierdza termodynamiczną równoważność temperatury i ciśnienia w kreacji fazy nematycznej.

Pomimo znacznego niekiedy stopnia uporządkowania rotacyjnego i translacyjnego molekuł w fazach ciekłokrystalicznych, molekuły mogą wykonywać ruchy reorientacyjne wokół głównych osi bezwładności. Dzieje się tak zarówno w najmniej uporządkowanej fazie nematycznej, jak i kryształo-podobnych smektykach (np. w fazie smektycznej E). Dla molekuł prętopodobnych rotacja wokół osi krótkich jest znacznie bardziej utrudniona, niż rotacja wokół osi długiej. Jedną z najefektywniejszych metod badania ruchów reorientacyjnych jest spektroskopia dielektryczna. Wyniki pomiarów zespolonej przenikalności dielektrycznej, e*(w) = e'(w) - ie''(w), przedstawiane są w formie zależności e"(e'), czyli tzw. diagramu Cole-Cole (Rys. 3), lub jako widma absorpcji dielektrycznej e''(w) (Rys. 4). Na tej podstawie wyznaczyć można czas relaksacji dielektrycznej t, którego odwrotność wskazuje jak często molekuła wykonuje przeskoki ponad barierą potencjału, wynikającą z anizotropii oddziaływań prętopodobnych molekuł.

Rys.3. Diagram Cole-Cole w fazie izotropowej 14CB. Widmo to można interpretować jako złożenie dwóch procesów relaksacyjnych związanych z rotacją molekuł wokół głównych osi bezwładności molekuły. Lewy łuk okręgu odpowiada rotacji molekuł wokół osi długiej, zaś prawy - rotacji molekuł wokół osi krótkiej.

 

Rys.4. Przykładowe widma dielektryczne uzyskane w fazie SE oraz w fazie izotropowej dla związków należących do szeregu homologicznego nBT. Widać wyraźną zmianę położenia widm na skali częstości (szczególnie w fazie SE) oraz ich amplitudy w zależności od długości łańcucha bocznego molekuły.