A DC Kerr-effektus az a jelenség, amely során egy állandó irányú elektromos mező okozza a biréfringenciát. Ez a jelenség csak akkor mérhető, ha a fény egy meghatározott szögben, ferde szögben éri el a mintát, és a polarizáció az incidens síktól eltérő irányba mutat, tipikusan 45°-os szögben. A mérési setup figyelembe veszi a minta vastagságát, d-t, valamint az indukált refraktív indexeket: ne-t és no-t, amelyek párhuzamosan és merőlegesen helyezkednek el az alkalmazott elektromos mezőre.

A mérés során a fáziseltolódás, φ, az alábbi összefüggéssel számolható:

ϕ=2πdλ[ne(θe)cos⁡θe−n0cos⁡θ0]\phi = \frac{2\pi d}{\lambda} \left[ n_e (\theta_e) \cos \theta_e - n_0 \cos \theta_0 \right]

ahol θ₀ és θₑ azokat a belső szögeket jelölik, amelyek a rendes és rendkívüli fényhullámokhoz tartoznak. A Snell törvénye alapján ezek a szögek a beesési szöggel összefüggésben vannak:

sin⁡θ=n0sin⁡θ0,sin⁡θ=ne(θe)sin⁡θe\sin \theta = n_0 \sin \theta_0, \quad \sin \theta = n_e (\theta_e) \sin \theta_e

A ne szögfüggése a következőképpen ábrázolható:

ne(θe)2=ne2sin⁡2θe+n02cos⁡2θen_e (\theta_e)^2 = n_e^2 \sin^2 \theta_e + n_0^2 \cos^2 \theta_e

Ez alapján, figyelembe véve a fenti egyenleteket, egy új összefüggés adódik, amely a DC Kerr-effektus mértékének meghatározásához szükséges:

ne(θe)cos⁡θe=n02−2sin⁡2θn_e (\theta_e) \cos \theta_e = \sqrt{n_0^2 - 2 \sin^2 \theta}

A minta biréfringenciájának mérésére egy Taylor-sor bővítés alkalmazható, ha az indukált biréfringencia kicsi a két refraktív indexhez képest:

ϕ=2πdλ(xsin⁡2θ−xsin⁡4θ+⋯ )\phi = \frac{2\pi d}{\lambda} \left( x \sin^2 \theta - x \sin^4 \theta + \cdots \right)

Ahol x = (nₑ² - n₀²) / nₑ², és a feszültség hatására bekövetkező indukált biréfringencia Δn a következőképpen adódik:

Δn=ne−n0=E2\Delta n = n_e - n_0 = E^2

Ez az összefüggés azt mutatja, hogy az indukált biréfringencia arányos az elektromos mező négyzetével. Az indukált fáziseltolódást úgy mérhetjük, hogy a mintát keresztpolarizátorok között helyezzük el. Az átmenő fény intenzitása az alábbi képlettel számítható:

I=I0sin⁡2(ϕ2)I = I_0 \sin^2 \left( \frac{\phi}{2} \right)

Ez lehetővé teszi a Kerr-állandó meghatározását a transzmittált fény intenzitásának mérésével az elektromos mező függvényében. A mérések azt mutatják, hogy a Kerr-állandó értéke gyorsan növekszik a hőmérséklet emelkedésével. A 30%-os E7/N60 PDLC esetében a Kerr-állandó frekvenciája két különböző hőmérsékleten, 18°C és 47,5°C között változott. A magasabb hőmérsékleten mért jelentős növekedés megerősíti, hogy a Kerr-állandó a hőmérséklet emelkedésével gyorsabban növekszik, és az alacsonyabb frekvenciák felé tolódik el.

A hőmérséklet növekedése nemcsak a Kerr-állandót növeli, hanem az indukált biréfringencia szaturációs értéke, Δnsat, is jelentősen megnövekszik. Ez azt jelenti, hogy a magasabb hőmérsékleten a Kerr-effektus mértéke sokkal erősebb, és az optikai tulajdonságok más karakterisztikái is megváltozhatnak.

Az LC-droppok méretének hatását is vizsgálták a PDLC rendszerekben. A droppok méretének növekedésével a fáziseltolódás értéke is növekvő tendenciát mutatott, ami a kitöltési tényező növekedésével magyarázható. A fáziseltolódás linearitása is fontos szerepet játszik az optikai jellemzők meghatározásában. A lineáris fáziseltolódás azt jelenti, hogy a Kerr-effektus hatása a feszültség növekedésével arányosan nő, és ezt a változást figyelve határozhatjuk meg a rendszer optikai válaszát.

A kísérletek során a transzmittanciát, az optikai fáziseltolódásokat és az elektrokémiai válaszokat mérve olyan összefüggéseket találtak, amelyek segítenek megérteni a PDLC rendszerek optikai tulajdonságait. Az LC-droppok méretének növekedésével a fáziseltolódás lineárisan változott, de egy bizonyos méret után a növekedés lassulni kezdett, mivel a rendszeren belüli optikai hatások összetettebbé váltak.

Ezenkívül figyelembe kell venni, hogy a Kerr-effektus mérése nemcsak a PDLC rendszerek jellemzésére szolgál, hanem alapvető információkat ad az elektrokémiai válaszok és az optikai tulajdonságok közötti kapcsolatról. Az alkalmazott elektromos mező hatására bekövetkező optikai változások fontos szerepet játszanak a különböző alkalmazások, mint például a kijelzők és az érzékelő rendszerek működésében.

Hogyan alakították át a folyadékkristályok a modern képernyőtechnológiát?

A folyadékkristályok (LC-k) a modern anyagtudomány egyik leglenyűgözőbb felfedezései közé tartoznak, amelyek számos területen alkalmazást találtak. A folyadékkristályos állapot különleges jellemzője, hogy a molekulák rendje köztes helyzetet képvisel a szilárd és a folyékony fázis között, amely lehetővé teszi a fény irányítását az elektromos mezők hatására. A XX. század végére ezek az anyagok kulcsszereplővé váltak a kijelzőtechnológiában, és ma már elengedhetetlenek az LCD és OLED kijelzők működésében.

A folyadékkristályok elsődleges alkalmazása az 1970-es évek végére datálható, amikor a kutatók rájöttek, hogy ezek az anyagok képesek fényt szórni vagy irányítani az elektromos mezők segítségével. Ez az alapvető felismerés indította el az LCD kijelzők fejlődését, amelyek először a kalkulátorokban és a kézi számológépekben jelentek meg, majd az 1980-as évek közepére az első televíziók és számítógépes monitorok is LCD-vel működtek. Az LCD-k elterjedését az is segítette, hogy a folyadékkristályok rendkívül alacsony energiafogyasztással rendelkeznek, összehasonlítva más fénykibocsátó technológiákkal.

A folyadékkristályok felfedezésének egyik legfontosabb momentuma az volt, hogy a szilárd anyagokkal ellentétben ezek az anyagok a molekuláris rendezettségük megőrzésével képesek mozgásra és alakváltozásra reagálni a külső hatásokra, különösen az elektromos mezők hatására. Ez az ún. "nematikus" állapot lehetővé tette, hogy az LCD kijelzők pixeleit egy elektromos feszültség irányítsa, ami rendkívül precíz fény- és színkontrollt tett lehetővé. A folyadékkristályok alkalmazásának kiterjedését gyorsan követték a fejlesztések, így az LCD-k nemcsak a személyi számítógépek képernyőin, hanem az okostelefonok, tévék és más digitális eszközök kijelzőiben is megjelentek.

Az anyagok és a technológia fejlődése nem állt meg az LCD-knél. A 21. század elején új típusú kijelzők is megjelentek, például az OLED (Organic Light Emitting Diode), amely a folyadékkristályokhoz hasonlóan fényt irányít és manipulál, de az OLED technológia az alapvető működésében különbözik, mivel organikus anyagokat használ a fénykibocsátásra. Az OLED-kijelzők előnye, hogy képesek a fényt közvetlenül kibocsátani, így nincs szükség háttérvilágításra, ami még vékonyabb és energiatakarékosabb eszközöket eredményezett.

A folyadékkristályos anyagok kutatásában és alkalmazásában a jövő is számos izgalmas lehetőséget tartogat. Az új generációs kijelzők mellett a folyadékkristályok más területeken is alkalmazásra találnak. A kutatók jelenleg olyan új funkciókkal kísérleteznek, mint a flexoelektromos hatások, amelyek lehetővé tehetik az eszközök érzékenyebb, dinamikusabb vezérlését. A nanotechnológia és a polimerek kombinálása a folyadékkristályokkal további fejlesztéseket eredményezhet, amelyek nemcsak a kijelzők minőségét, hanem az érzékelők és más optikai eszközök hatékonyságát is javíthatják.

A folyadékkristályos anyagok további kutatásának legfontosabb része az, hogy miként érhetjük el a még nagyobb szabályozhatóságot és gyorsabb reakcióidőt. Ez különösen fontos az olyan alkalmazásokban, ahol az energiafogyasztás minimalizálása és az eszközök tartósságának növelése elengedhetetlen. A jövő technológiáinak fejlődésével, mint például a 5G és az IoT (Internet of Things), még több lehetőség nyílhat a folyadékkristályok precíz irányítására és az új generációs kijelzőkben való alkalmazására.

Hogyan alakítják az ellipszoidális részecskék a fázisdiagramot és a fázisátmeneteket?
Miért volt szükséges a Ziggy Stardust halála és hogyan formálta ez Bowie pályáját?
Hogyan alakította a raszizmus az amerikai ipari városokat: A Kerner Bizottság és annak öröksége
Hogyan működik a hatalom, amikor a társadalom látszólag passzív, de a mögöttes mechanizmusok továbbra is érvényesülnek?
Hogyan növeljük az alkalmazások ellenálló képességét konténerek és szerver nélküli megoldások használatával az AWS-en?
Pedagógiai szalon beszámoló: Vivat, szülők!
ÚSZÓSZAKOSZTÁLYOK ÓRARENDJE A 2013–2014-ES TANÉVRE
Kérelem a középfokú oktatási intézmény vezetőjéhez
Segítség a szülőknek: Gyermekbiztonság az interneten és a számítógépen
Kérelem