A hajlított magvú folyadékkristályok (BCLC-k) fizikai tulajdonságai között a dielektromos és elektrooptikai viselkedés kiemelt jelentőségű, hiszen ezek a paraméterek alapvetően meghatározzák az anyagok alkalmazhatóságát a technológiai eszközökben. A dielektromos spektroszkópia segítségével mélyrehatóan vizsgálható a molekuláris szerkezet és a molekuláris folyamatok mechanizmusa, mivel közvetlen kapcsolatot teremt a mikroszkopikus molekulaorientációk és a makroszkopikus polarizáció között. A dielektromos tulajdonságokat alapvetően a molekulák orientációjának változása indukálja, ami a külső elektromos tér alkalmazásának módjától is függ.

A molekulák orientációs rendje elektromos, mágneses vagy optikai mezőkkel könnyen manipulálható, mely hatások sorozatosan elektrooptikai, magnetooptikai és optooptikai jelenségekhez vezetnek. A dielektromos jellemzők vizsgálata általában magában foglalja a dielektromos permittivitás (ε'), veszteség (ε''), dielektromos anizotrópia (Δε = ε_|| − ε_⊥), disszipációs tényező (tan δ) és vezetőképesség (σ) mérését, míg az elektrooptikai tulajdonságok alatt a spontán polarizáció (Ps), válaszidő (τ), küszöbfeszültség és fényáteresztés paraméterei értendők. Ezek a jellemzők meghatározzák az adott anyag alkalmasságát például memóriaeszközökben, ahol a magasabb dielektromos állandó előnyt jelent.

Az utóbbi tíz évben végzett vizsgálatok során több hajlított magvú folyadékkristály család, például a resorcinol (DCB) és a 2,7-dihidroxináftalin (RAC, CAN) magokat tartalmazó mesogének dielektromos tulajdonságait mérve megállapították, hogy ezek az anyagok jó hőstabilitással és megfelelő mérési hőmérsékleti tartománnyal rendelkeznek. Különösen a CAN vegyületnél figyelhető meg széles, mintegy 30 °C-os mesofázis-stabilitási tartomány, míg a diszubstituált 1,3-benzén magot tartalmazó DCB esetében szűkebb a stabilitási intervallum.

A dielektromos permittivitás ε' gyakran a frekvencia növekedésével csökken, és magas frekvencián közel telített értéket vesz fel, ami a dipóluspolarizáció hiányával magyarázható a gyors molekuláris mozgás miatt. Ezzel szemben alacsony frekvenciákon a molekuláris polarizáció megjelenése miatt ε' értéke magasabb. Az ε' hőmérsékletfüggése szintén feltűnő: magasabb hőmérsékleten a molekulák orientációs szabadsága nő, ezáltal ε' is emelkedik. A dielektromos veszteség ε'' értéke alacsony frekvenciákon nagyobb, ami arra utal, hogy a BCLC-k nagyobb stabilitást mutatnak magasabb frekvencián, mivel az energia disszipációja kisebb.

A disszipációs tényező tan δ, amely a dielektromos veszteséget jellemzi, a 10^4 és 10^6 Hz közötti frekvenciatartományban a relaxációs folyamatok dominálnak. Ez összhangban áll azzal, hogy a dielektromos relaxációk során az energiaelnyelés csúcsai is ezen a frekvenciasávon jelentkeznek. Az elektromos vezetőképesség σ frekvencia- és hőmérsékletfüggése azt mutatja, hogy mindkettő növeli a vezetőképességet, azonban a frekvencia emelkedése után 10^5 Hz körül a növekedés eltér a lineáris trendtől és egyensúlyi értéket vesz fel.

Egy újabb, DBOB nevű hajlított magvú folyadékkristály dielektromos spektrumát 100 Hz–10 MHz frekvenciatartományban és 30–170 °C között vizsgálva kiderült, hogy az ε' értékek csökkennek a fázisátmeneti tartományban, míg a dielektromos veszteség frekvenciafüggése jelzi a relaxációs frekvencia csökkenését 100 °C felett, ami a Sm APF fázisból a Sm A fázisba történő átmenettel magyarázható. A dielektromos erősség Δεs és az abszorpciós együttható α hőmérsékletfüggése azt mutatja, hogy Δεs a mesofázisokban csökken, majd a kristályos fázisban állandósul, ami a molekuláris rendeződés megkönnyülését tükrözi. Az AC vezetőképesség hőmérsékletfüggése ugrásokat mutat a fázisátmeneti tartományokban, ami a molekuláris aktivációs energia gyors változásával függ össze.

A hajlított magvú folyadékkristályok elektrooptikai és dielektromos tulajdonságainak részletes vizsgálata, mint amilyen az 11OSORCI vegyület spontán polarizációjának, elektrooptikai kapcsolásának és dielektromos relaxációjának elemzése, rámutat arra, hogy a nagy elektromos tér hatására kvázi-homeotróp textúra alakul ki, ahol a poláris irány ortogonális az elektródákhoz. Ez a folyamat visszafordítható, és a dielektromos spektrumok minőségi változását idézi elő a BF fázisban, amely pontos fázistípusa csak röntgendiffrakciós vizsgálatokkal azonosítható. A spontán polarizáció mértéke jellemzően 15–40 nC/cm² között mozog.

Fontos megérteni, hogy a dielektromos paraméterek – különösen a permittivitás és veszteség frekvencia- és hőmérsékletfüggése – közvetlenül tükrözik a molekuláris orientációk dinamikáját és a fázisátalakulások jellegét. A BCLC-k speciális szerkezete lehetővé teszi, hogy ezek az anyagok olyan tulajdonságokat mutassanak, amelyek optimálissá teszik őket különböző elektrooptikai alkalmazásokhoz, például képernyők, memóriaeszközök vagy érzékelők esetében. A molekuláris rend és rendezetlenség finom egyensúlya, valamint a külső térrel való kölcsönhatásuk megértése alapvető a további fejlesztésekhez és új funkciók kifejlesztéséhez.

Endtext

Miért fontos a konformációs kanyarok szerepe a folyékony kristályok optikai aktivitásában?

A folyékony kristályok optikai aktivitása és azok különféle fázisai évtizedek óta kiemelt kutatási témát jelentenek a kondenzált anyagok fizikájában. A bent-core (BC) molekulák különösen érdekesek, mivel a szimmetriátalan szerkezetüknek köszönhetően képesek komplex optikai jelenségeket produkálni, mint az optikai forgás, amely szoros kapcsolatban áll a molekulák konformációs chirális állapotával.

A BC molekulák középpontjában lévő naphalén-gyűrű köré két kar kapcsolódik, amelyek eltérő módon hajlanak. A kanyarodás szöge, a molekula konfigurációja, és a fázisok közötti átmenetek mind nagy hatással vannak a molekulák optikai aktivitására. A legfontosabb jellemző, amely meghatározza a molekulák optikai viselkedését, az a chiralitás, amely a konformációs kanyarok miatt jön létre.

A GDa104 típusú BC folyékony kristályok optikai aktivitásának mérésére készítették el azokat a felfüggesztett filmeket, amelyek segítségével kizárható volt a szoros spirális helikális szerkezetek optikai aktivitása. Az elektromos mező hatására a Sm CSPS fázis és a Sm CSPA fázis együttes jelenléte nyilvánvalóvá vált a filmekben, amelyekben a rétegek szimmetrikus elrendeződése alapján megfigyelhető volt a hosszanti polarizáció, illetve a nem poláros elrendeződés. Ezzel szemben az imparitásos elrendeződést mutató filmek keresztirányú polarizációt mutattak. Az ilyen megfigyelések megerősítik, hogy az optikai aktivitás kizárólag a Sm CSPS fázisnak köszönhető.

Az optikai forgatás mérésének nehézségei a tipikus B2 fázisban magyarázzák, hogy miért van ilyen kevés megfigyelés a Sm CSPS fázis optikai aktivitásáról. Azonban Hough és munkatársai közvetlenül megfigyelték, hogy a GDa104 típusú mesogének Sm CAPA fázisában jelentős optikai aktivitás fordul elő, és a LOC modell alapján azt javasolták, hogy az optikai aktivitás a chiralitásból eredő B2 fázis sajátossága, amely dominálja a fázis optikai tulajdonságait.

A W513 típusú mesogének és azok keverékeinek optikai aktivitásával kapcsolatos kutatásokat Shi és munkatársai végezték. Az általuk vizsgált fázisok a következő szekvenciát mutatják: IL (168), B1 (168), B4mod, míg a W513 + 8CB keveréke (40 wt%) esetében az IL (138), B4 szekvenciát figyelték meg. A tiszta mesogén B1–B4mod fázisát sötétnek találták keresztpolarizátor alatt, így nem volt megfigyelhető optikai forgatás, míg az 8CB-vel való keverékben a B4 fázisban jól látható bal- és jobbra csavart chirális domének keletkeztek. A NMR vizsgálatok kimutatták, hogy a két molekuláris kar egy csavart konformációt vesz fel, ami erősen befolyásolja az optikai aktivitást.

A konformációs chiralitás tehát alapvetően meghatározza a folyékony kristályok optikai viselkedését, és ezen alapelv köré épülnek a különféle fázisok és azok optikai aktivitásának megértésére irányuló kutatások.

A kutatások jelenlegi állása szerint a különböző kanyarok szögének, a molekulák rendeződési mintázatának és a fázisátmenetek dinamikájának pontos megértése elengedhetetlen a jövőbeni alkalmazásokhoz, legyen szó optikai eszközökről vagy az új típusú, rendkívül érzékeny detektorok fejlesztéséről. Az új típusú BC folyékony kristályok, különösen az akut szögű bent-core molekulák, mint a 1Cl-N(1,7)-O6, izgalmas lehetőségeket kínálnak, különösen a dielektromos permittivitás, a birefringencia és az elasztikus konstansok területén. Az új fázisok, mint a Colt fázis és annak különböző chiralitású oszlopos struktúrái, új irányokat adhatnak az optikai aktivitás kutatásának és alkalmazásának.

Endtext

Hogyan mérhetők a folyadékkristályos anyagok paraméterei?

A folyadékkristályos anyagok viselkedésének megértéséhez elengedhetetlen a fizikai tulajdonságok és a paraméterek pontos mérése. A mérések alapvetően segítenek a megfelelő anyagok kiválasztásában, amelyek különböző alkalmazásokhoz szükségesek. A folyadékkristályos anyagok jellemzői közé tartozik például a fázisátmeneti hőmérséklet, a tilt szög, a helikális lépték és a spontán polarizáció, amelyek meghatározzák a teljesítményt és a felhasználásra való alkalmasságot.

A fázisátmeneti hőmérséklet pontos meghatározásához különböző mérési technikák állnak rendelkezésre. A differenciális szkennelő kalorimetria (DSC) egyik leghatékonyabb módszer, amelyet a folyadékkristályos anyagok, például a ferroelectric liquid crystal (FLC) anyagok fázisátmeneteinek mérésére alkalmaznak. A DSC során a minta hőmérséklete olyan módon változik, hogy a különbség a hőáramban a minta hőkapacitásával arányos. A fázisátmenet a hőáram változásaként jelenik meg, amely lehetővé teszi a különböző fázisok, mint például a Sm C* és Sm A fázis közötti átmenet nyomon követését. A DSC profil segítségével a fázisátmeneti hőmérséklet egyértelműen meghatározható.

Egy másik hasznos mérési technika a dielektromos relaxáció spektroszkópia, amely a dielektromos relaxációs folyamatokat használja a fázisátmeneti hőmérséklet meghatározására. Ebben az eljárásban az impedancia analízist alkalmazzák, hogy megfigyeljék a relaxációs frekvenciák változását hőmérséklet-függvényében. Az ilyen típusú mérések különböző fázisokban mutatják a relaxációs módok változását, amelyek különböző frekvenciákkal társulnak. Például a Sm C* fázisban az aranykő mód (~1 kHz) és a puha mód (~10-100 kHz) figyelhetők meg a Sm C*-Sm A átmenet körül.

A hőmérséklet pontos méréséhez megbízható hőmérséklet-szabályozók szükségesek. Az ilyen eszközök, mint az INSTEC HCS 302 és a Julabo F-25, biztosítják a hőmérséklet stabilitását, amely kulcsfontosságú a különböző folyadékkristályos anyagok jellemzőinek mérésében. A Julabo F-25 egy mikroprocesszorral vezérelt hőmérséklet-szabályozó, amely szintetikus olajat használ a minta hőmérsékletének fenntartására, miközben a hőmérséklet-változásokat 0,01 °C pontossággal mérhetjük. Az INSTEC HCS 302 készülék a hőmérséklet pontos szabályozását biztosítja, és képes hűtési rendszereket is csatlakoztatni, például folyékony nitrogén szivattyúkat, amelyek lehetővé teszik a hőmérséklet széles skálájú beállítását a kívánt kísérletekhez.

A folyadékkristályos anyagok jellemzésében elengedhetetlenek a mérési paraméterek, mint például a tilt szög, a helikális lépték és a spontán polarizáció, mivel ezek mind közvetlen hatással vannak a működési tulajdonságokra és a teljesítményre. A tilt szög, amely a Sm C* fázis elsődleges sorrendparamétere, meghatározza a kontrasztot a folyadékkristályos kijelzőkben. Az LCD-k kontrasztja erősen függ a tilt szögtől, amely általában 22,5° körüli értéket vesz fel az optimális kontraszt eléréséhez.

A helikális lépték méréséhez fontos figyelembe venni, hogy a Sm C* fázisban a molekularis director nem fixált, hanem az imaginárius kúpot körülöleli a különböző rétegekben. A helikális lépték meghatározása segít a FLC anyagok helicoidális szerkezetének kompakt mivoltának mérésében. A helikális léptéket különböző módszerekkel, például közvetlen optikai megfigyeléssel vagy lézersugár-diffrakcióval lehet mérni. Fontos megjegyezni, hogy az olyan felületstabilizált ferroelectric liquid crystal (SSFLC) esetében, ahol a minta vastagsága kisebb, mint a helikális lépték, az ilyen szerkezetek nem jelennek meg, így a helikális lépték méréséhez más módszerek szükségesek.

A spontán polarizáció mérését is alapvető feladatnak tekinthetjük, mivel ez az anyag intrinzikus tulajdonsága, és befolyásolja a gyors kapcsolás sebességét és az optikai bistabilitást. Az anyagok spontán polarizációjának mérése a gyorsabb kapcsolás érdekében fontos a kijelzők fejlesztésében, de egyúttal figyelembe kell venni a bistabilitás hatásait is, amelyek a gyorsabb váltásokat követően befolyásolhatják a kijelzők működését.

A pontos mérési technikák ismerete és alkalmazása tehát alapvetően szükséges a folyadékkristályos anyagok viselkedésének, valamint azok alkalmazási területeinek megértéséhez és optimalizálásához.

Mi az uniaxiális nematikus–szmektikus A (NSA) fázisátmenet természete és hogyan írható le?

Az uniaxiális nematikus és szmektikus A (NSA) fázisátmenet megértése az elmúlt öt évtized során a folyadékkristályok fizikájának egyik legösszetettebb és legvitatottabb problémája volt. Az NSA átmenet kritikus viselkedése nem univerzális, azaz nem követ egyetlen általános szabályt, és sok kérdés máig tisztázatlan. Termodinamikai határértékben a Szmektikus A fázis nem rendelkezik hosszú távú transzlációs rendezettséggel, ami azt jelenti, hogy az NSA átmenet valójában egy egydimenziós olvadási folyamatként értelmezhető.

A kísérleti eredmények széles spektruma, mint az NMR, röntgendiffrakció, fény- és kalorimetriás mérések, valamint különféle optikai vizsgálatok, hozzájárultak a megértéshez, bár koherens és teljes kép még mindig nem alakult ki. Az NSA átmenet magában hordozza a nematikus és szmektikus A rendezési paraméterek közötti belső kölcsönhatásokat, melyek alapvetően befolyásolják az átmenet természetét. A nematikus rendezettség egy szimmetriasértés eredménye, így annak ingadozásai úgynevezett lágy módusokat hoznak létre, amelyek a szmektikus A réteges szerkezet miatt részben elnyomódnak.

Az NSA átmenet leírásában kulcsfontosságú a nematikus rendezettségi paraméter, a rendezési irány (direktor) és a szmektikus hullámfüggvény fázisának fluktuációinak figyelembevétele. Általában az NSA átmenet kísérletileg szinte megkülönböztethetetlen a folytonos átmenettől, azonban kis nematikus fázistartományú anyagok esetén calorimetriás mérések egy kis rejtett hőt detektáltak, ami arra utal, hogy a kvázi-folytonos átmenetet a rendezettségi paraméterek erős fluktuációi elsőrendűvé alakíthatják.

A fázisátmenet rendjének mérésére bevezetett dimenziómentes mennyiség, t0=TNA−T∗T∗t_0 = \frac{T_{NA} - T^*}{T^*}, ahol T∗T^* a spinodális hőmérséklet, azt mutatja, hogy pozitív érték esetén elsőrendű az átmenet, míg nulla esetén folytonos. Ezen paraméter segítségével sikerült azonosítani a tricritikus pontot (TCP), ahol a folytonos átmenet elsőrendűvé válik.

A NSA átmenet fenomenológiai leírása a transzlációs szimmetria törésén alapul. A nematikus fázis teljes transzlációs invarianciával bír a rendezettségi irány mentén, míg a szmektikus A fázis csak diszkrét transzlációs szimmetriával rendelkezik, amit a réteges szerkezet határoz meg. Ez a réteges elrendeződés térbeli sűrűségmodulációt eredményez a rétegekre merőleges irányban, melynek fő komponense egy szinuszos függvény.

A szabadenergia közel az NSA átmenethez felbontható a nematikus és szmektikus komponensekre, valamint az ezek közötti kölcsönhatásokra. A rendezettségi paraméterek térbeli változásainak figyelembevétele elengedhetetlen, mivel ezek az ingadozások jelentősen befolyásolják az átmenet természetét. A szmektikus rend paraméterének (ψ) szabadenergia-kifejtése csak páros hatványokat tartalmaz, mivel a rétegek helyzete fél rétegvastagságnyi eltolással nem változtatja meg a szabadenergiát.

A nematikus és szmektikus paraméterek közötti kölcsönhatást két fő kölcsönhatási állandó jellemzi, amelyek az átmenet rendjét és kritikus tulajdonságait alakítják. Ez a belső kölcsönhatás az, ami megkülönbözteti az NSA átmenetet más fázisátmenetektől, és ami miatt a rendszer viselkedése az XY-modell tricritikus pontjára hasonlítható.

Az NSA átmenet elméleti vizsgálata azért is jelentős, mert analógiát mutat a szupravezető anyagok normálvezető átmenetével. Ennek ellenére számos kérdés megválaszolatlan maradt, részben a komplex belső rendezettségi paraméterek és fluktuációk miatt, amelyek egymásra hatása meghaladja a hagyományos egyszerű modellsémákat.

Fontos, hogy az olvasó értse: az NSA átmenet nem csupán egy anyagi állapot változása, hanem egy olyan komplex szimmetriasértés, amelyben a térbeli rendeződés és az irányított molekulaorientáció összefonódik. A nematikus fluktuációk „lágy” jellegűek, míg a szmektikus rétegszerkezet merevít bizonyos irányokat, és ez a dinamikus kölcsönhatás határozza meg az átmenet kritikus jellemzőit.

A kísérleti módszerek széles tárháza – a spektroszkópiától a termikus

Miért fontosak az állandó mágneses aktuátorok a robotikában?
Hogyan hatékony a szuperkritikus víz a halogénezett és kén-tartalmú vegyületek átalakításában?
Miért fontos a sejtöregedés megértése a betegségmegelőzés és a terápiák szempontjából?
Hogyan ápoljuk testünket és elménket, hogy jobban érezzük magunkat?
A szakmai orientációs program terve a 2. számú középiskola diákjai számára Makaryev városában (2016–2017)
Javasolt ajánlati forma jogi személyek és közjogi intézmények számára AJÁNLAT A "AEROFLOT - RUSSIAN AIRLINES" NYRT. RÉSZVÉNYEINEK MEGVÁSÁRLÁSÁRA (az 1-01-00010-A kiegészítő részvénykibocsátás regisztrációs száma, 2022.07.04.)
A technikai eszközök és anyagi biztosítás az oktatási tevékenységhez technológia tantárgyban
"Hőst nevelünk" klubfoglalkozás Téma: "Az orosz föld bajnokai" (1. osztály)
Diszperziós rendszerek. Oldatok koncentrációjának kifejezési módjai.