|
|
Особый интерес представляют пмтпч. свойства холестернч., а также хнральных смектич. С фаз. Т. к. эти вещестна имеют спиральную структуру (рис. 7, 10) с тагом спирали h от десятых долей мим до с», то видимое и ИК-излучеште дифрагирует на спиральной структуре, что приводит к селективному отражению волн, распространяющихся вдоль оси спирали. Длина волны максимума брзгговского отражения Ямакс и его полуширина ДА. определяются тагом спирали: XML1KC≈/mt ДХ=ЛА«, где п≈ (Пц+к , }/2, Д//, ≈ пп -∙//,. ≈ ср. показатель преломления и оптич. анизотропия холестерич. Ж.к. Значение Х.макс сильно зависит (через k} от темп-ры, давления и внеш. полей. Вне области селективного отражения холестернч. Ж. к. обладают оптической активностью (до 100 полных поворотов на 1 мм толщи-пи слоя),
Анизотропия упругости. Неоднородность поля директора L (г) означает ориентац. деформацию среды. Для е╦ описания в случае нематпч. Ж. к. величина свободной энергии Ф дополняется энергией ориентац. упругости, содержащей вторые степени производных L(r) по координатам. При этом выделяют три типа деформаций: поперечный п продольный изгибы и яа-кручпваиие (рис. 13). Каждая из этих деформаций описывается своим модулем упругости.. Обращение и нуль вариац. производных 6Ф/6/!. да╦т ур-ния ориентац. упругости, решения к-рых описывают, в частности) поведение нематич. ЗК. к. во внеш. упругих нолях.
В смектич. фазах разрешены только те виды ориентац. деформаций, к-рыс не приводят к разрушению молекулярных слоев. В частности, в смектич. А фазе возможна лишь деформация поперечного изгиба. С др. стороны, одномерная реш╦тка (волна плотности) p(z) имеет модуль упругости» характеризующий трансляц. деформацию вдоль оси z. В общем случае деформации смектич. Ж. к. включают в себя ориентац., трансляц., а также перекр╦стный вклады, и число модулей упругости в низкосимметричных смектич, фазах достигает неск. десятков.
Энергия ориентац. деформаций нематич. Ж. к, крайне мала. Поэтому флуктуации директора б£(г) имеют значит, амплитуду, что наряду с большой оптич. ани-
I 1 И 1 I И I I I I I t I
Рис. 13. Деформация попер еч-ниго изгиОа (а), продольного изгиба (б) и кручтиии (∙?) в нс-матичеенпх жидких кристаллах.
в
зотропией среды приводит к сильному рассеннию света. Этим объясняется характерная мутность нсматич. Ж. к. Для ориентированных образцов смектич. Ж. к. сильное рассеяние света наблюдается лишь в набранных направлениях в соответствии с видом разреш╦нных ориептац. деформаций.
Динамические свойства. Гидродинамика Ж. к., особенно иематич. Ж. к., имеет много общего с гидродинамикой изотропных жидкостей. В случае нематич. Ж. к., напр., для любых направлении справедливы ур-ние неразрывности и ур-ние движения жидкости (Навъе≈ Стокса уравнения). Особенность гидродимамич. свойств
Ж. к.≈ взаимодействие между течением и вектором ориентации. Динамич. состояние пематич. Ж. к. можно охарактеризовать полем скоростей жидкости v(r] и полем директора />(/∙), зависящими друг от друга. Без уч╦та сжимаемости яти вещества можно описать 5 коуф. вязкости, к-рыс связаны с силами трения, возникающими при наличии градиентов скорости течения, угл. скорости вращения /> и разл. ориентации 7>. Эти козф. зависят от S и обращаются в 0 в изотропной фазе, 6-й коэф. эквивалентен вязкости изотропной жидкости. В случае смектич. Ж, к, в фазе А это справедливо только для направлений течения вдоль плоскости слоев. Анизотропия вязкости Ж. к. приводит к анизотропии их электропроводности.
Электрооптичсские свойства. Анизотропия электрич. п оптич. свойств наряду со снойстнпм текучести Ж. к. обусловливает многообразие электрооптич. эффектов. Панб. важны ориентац. эффекты, не связанные с протеканием тока через вещество и обусловленные чисто диэ-лектрич. взаимодействием внеш. элоктрич. поля К с анизотропией ег, среды. Во внеш. ноле Ж. к. стремится ориентироваться так, чтобы направление, в к-ром его диэлектрич. проницаемость максимальна, совпало с направлением поля; при атом либо 1*\\К, либо ij_/j7 в зависимости от зрака еа. (I переориентацией директора связано изменение направления оптич. осп» т. е. практически всех оптич. свойств образца (двойного лучепреломления, поглощения света, вращения плоскости поляризации и т. д.). Теоретически процесс переориентации описывается добавлением к исходной анергии Ф квадратичного члена ≈ еа (7?А)2/8я и нахождением нового устойчивого состояния с помощью минимизации Ф. Если, напр., в исходном состоянии вектор L параллелен прозрачным электродам и ЕЙ>0Т то при иск-рои критич. значении ноля JlTJ_Z, произойд╦т переориентация L, т. е. оптич. оси нематич. Ж. к.т в направлении
J£, прич╦м EKV~K~l'f*. Этот переход, так же как и его
маги, аналог, паз. переходом Фредерике а. Наиб, практич. значение имеет т. н. т в и с т-э ф-ф с к т, представляющий собой тот же переход Фре-дсрикса, по в предварительно накрученной (твист-) структуре (рис. 13, в}. В отсутствие поля свет, предварительно поляризованный с помощью, напр., пл╦ночного поляроида, проходит сквозь твист-структуру с поворотом плоскости поляризации на угол д/2. Если на ст╦кла нанесены прозрачные электроды, то при наложении злектрич. поля в случае еа>0 директор переориентируется _|_ ст╦клам и ячейка теряет способность поворачивать плоскость поляризации света. Па выходе ячейки обычно ставят пл╦ночный анализатор н наблюдают изменение оптич. пропускания. Этот эффект применяют в ч╦рно-белых индикаторах информации,
Для цветных устройств используется др. эффект, вызванный переориентацией молекул красителя («гость»), введ╦нных в жидкокристаллич. матрицу («хозяин») вместе с самой матрицей (эффект «гость≈хозяин»). Красители, ориентированные Ж. к.т обладают сильным дихроизмом, зависящим от внеш. ноля (анализатор в этом случае не нужен).
Геликоидальная структура холостерич. ЗК. к. может быть «раскручена» злектрпч. IUXTH:MJ так что «со е╦ снецифич. свойства (оптич, активность, круговой дихроизм, селективное отражение спета) исчезают. При выключении поля эти свойства восстанавливаются, что да╦т целую гамму важных электрооптич. эффектов.
Особые ориентац. эффекты характерны для согпето-электрич. Ж. к. В этих веществах ноле Jk1 может взаимодействовать со спонтанной поляризацией Е"Д что приводит k вкладу ~ $*╧ в энергию Ф. Переориентация $* сопровождается переориентацией оптич. оси, прич╦м знак отклонения Т^ зависит от знака поля (линейный элскгрооптич. эффокт). В иематич. Ж. к. длиольная поляризация в поле К также может сопровождаться слабым, линейным по JK искривленном молекулярной
^^
I
35
з*
