Влияние давления на ориентационную релаксацию растворов жидких кристаллов немезогенным растворителем в пульсирующем магнитном поле

Экспериментальные и теоретические исследования физико-химических свойств жидких кристаллов (ЖК) продолжают оставаться активно развивающейся областью молекулярной физики" что обусловлено несколькими причинами: во-первых, сочетанием в ЖК свойств, характерных как для классических жидкостей, так и для кристаллических телво-вторых, их широким использованием в системах записи, отображения, обработки и хранения информациив-третьих, необходимостью проверки и дальнейшего развитая существующих феноменологических и молекулярно-статистических теорий жидкокристаллического состояния вещества.

За последние годы опубликовано немало работ, посвященных фундаментальным и прикладным иеследованям ЖК. Однако вне поля зрения обзорной и монографической литературы часто оказываются жидкокристаллические растворы немезогенных веществ. Такое положение представляется неоправданным, поскольку растворы ЖК в немезогенных соединениях уже в настоящее время достаточно широко используются в производственной и исследовательской практике: в качестве смесей для электрооптических устройств, в спектроскопии ЯМР и ЭПР, а также в оптической спектроскопии, в газожидкостной хроматографии, для получения полимерных материалов и др.

Растворы ЖК в немезогенах являются важным классом мезоген-ных систем с ясно выраженной спецификой. Это связано, с одной стороны, со значительно большим разнообразием типов межмолекулярных взаимодействий по сравнению с системами, содержащими только мезогены, благодаря использованию огромного разнообразия немезоморфных соединений в качестве компонентов растворов, а с другой стороны, с сильной структурированностью, нетипичной для изотропных неводных растворов.

Для осуществления целенаправленного синтеза новых нематиче-ских жидких кристаллов (НЖК) с заданными вязкоупругими и акусто-оптическими свойствами необходима информация о тегоюфизических и релаксационных параметрах имеющихся соединений. Поэтому актуальной задачей молекулярной физики и теплофизики растворов НЖК является изучение кинетики и термодинамики ориентационных эффектов и процессов межмолекулярной перестройки в широком временном и температурном интервалах, а также определение кинетических характеристик явлений переноса на межмолекулярном уровне.

В связи с вышеизложенным экспериментальные и теоретические исследования динамики молекулярных процессов, характеризующих ориентационную релаксацию в растворах НЖК, а также установление степени влияния температуры и давления на характер этих процессов являются одной из актуальных проблем физики ЖК. Повышенный интерес представляет изучение релаксационных свойств растворов НЖК, подверженных воздействию внешних переменных и пульсирующих магнитных и электрических полей, так как именно такие исследования позволяют получить информацию о влиянии термодинамических параметров состояния на кинетические свойства ЖК. Кроме того, многообразие теоретических подходов к описанию релаксационных свойств ЖК не позволяет сделать выводы в пользу одной из существующих теорий. В связи с этим исследования поведения растворов НЖК, проведенные при изменяющихся термодинамических параметрах состояния, а в особенности при высоких давлениях, являются актуальными и своевременными.

Самостоятельный интерес представляет изучение влияния молекул немезогена на ориентационную подвижность молекул и молекулярных комплексов НЖК, подверженных внешним воздействиям немеханической природы" акустическим методом, то есть в поле высокочастотных периодических объемных деформаций.

Следует отметить" что акустический метод исследований обладает также той особенностью, что с его помощью можно изучать объемные свойства мезофаз" подверженных незначительному влиянию ограничивающих поверхностей, в то время как рядом других методов исследуются фактически пленочные образцы, линейные размеры которых соизмеримы с магнитной длиной когерентности. Другим привлекательным свойством акустического метода является способность к широкому варьированию параметром ©-Тт ((c) — частота ультразвука, Ъп — время релаксации ш-го процесса), что позволяет проводить анализ в рамках теоретических представлений, справедливых для конкретной величины, дать т. е. в области спектральных характеристик высокочастотных молекулярных процессов.

Таким образом" экспериментальное изучение анизотропных акустических свойств растворов нематичееких жидких кристаллов в немезогенных растворителях при изменяющихся р, Т — термодинамических параметрах состояния может способствовать развитию фундаментальных теорий и прикладных исследований данного класса конденсированных сред.

ВЫВОДЫ.

1. Впервые получены экспериментальные временные зависимости коэффициента поглощения ультразвука на частоте 6.5 МГц для растворов Ш в немезогенном растворителе (бензоле) в широком интервале изменения температуры, давления и концентрации в пульсирующем магнитном поле в диапазоне индукций от 0.01 Тл до 0.1 Тл для различных углов между В и к.

2. Показано, что в исследованном интервале давлений и температур для изученных растворов эффективные времена и т 1 В не зависят от угла между волновым вектором и вектором магнитной индукции, а время не зависит и от индукции магнитного поля.

3. По результатам измерения коэффициента поглощения ультразвука установлены зависимости температур фазовых переходов от давления при различных концентрациях растворителя.

4. Проанализирована задача распространения ультразвука в НЖК в пульсирующем магнитном поле с учетом собственного времени нарастания магнитного поля. Определены времена релаксации ориентации при наложении магнитного поля ^ и при его снятии хР. Установлена их зависимость от термодинамических параметров состояния, концентрации растворителя и индукции магнитного поля. Произведение хпВ2 для индукций, превосходящих индукцию насыщения, не изменяется с ростом последней.

5. Определено отношение вращательной вязкости к анизотропии диамагнитной восприимчивости уз/А%. Показано, что температурная зависимость отношения ууА% в нематической фазе описывается законом типа Аррениуеа с энергией активации, зависящей от давления.

Показана связь увеличения коэффициента вращательной вязкости от давления с изменением свободного объема от термодинамических параметров. Установлено, что энергия активации для растворов Н8 в бензоле увеличивается с ростом концентрации растворителя.

6. На основе анализа температурных зависимостей анизотропии коэффициента поглощения ультразвука рассчитаны времена релаксации, связанные с критическим процессом (релаксацией параметра порядка) и процессом внутримолекулярной релаксации.

7. Установлено качественное, согласие произведения %В2 для поле и монодоменных образцов.