Способ определения физико-механических характеристик жидких кристаллов

(5)5 6 01 й 29/00 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(56) Рпуз. Яеч 3 ец, 28, 1972, М 26. р, 1672 - 1681.Авторское свидетельство СССРМ 731355, кл, 0 01 М 11/00, 1978,(54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ФИЗИКО- МЕХАНИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ЖИДКИХ КРИСТАЛЛОВ(57) Изобретение позволяет определять время ориентационной релаксации анизотропных жидкостей в широком диапазоне иэменеИзобретение относится к физико-механическим измерениям характеристик материалов с помощью акустических колебаний и может быть использовано при экспериментальных исследованиях анизотропно-жидкого состояния вещества, в частности, при определении времени ориентационной релаксации жидких кристаллов (ЖК) в широком диапазоне изменений,Цель изобретения - повышение точности при определении времени ориентационной релаксации жидкого кристалла.На чертеже показана блок-схема устройства для проведения способа определения времени ориентационной релаксации жидкого кристалла.Устройство, реализующее способ определения времени ориентационной релаксации ЖК, содержит камеру 1 и магнит 2. Ы 1626145 А 1 ний, включая области фазовых переходов. Цель изобретения - повышение точности при определении времени ориентационной релаксации жидких кристаллов, Способ основан на том что в колеблющемся магнитном поле фазовый сдвиг между колебаниями величины коэффициента поглощения ультразвука и вектором индукции магнитного поля однозначно связан с временем ориентационной релаксации анизотропной жидкости (жидкого кристалла). Для определения этого фазового сдвига направление магнитного поля в процессе прозвучивания жидкого кристалла ультразвуковыми колебаниями изменяют путем гармонического колебания с амплитудой 5 относительно направления, составляющего 45 с направлением распространения ультразвуковых колебаний. 1 ил. Камеа 1 закреплена неподвижно в зазоре магнита 2. который установлен с возможностью совершения колебаний относительно оси "0", Устройство также содержит последовательно соединенные генератор 3 радио- импульсов, излучающий пьезопреобраэователь 4, приемный пьезопреобразователь 5, усилитель 6, детектор 7 и фазометр 8. Кроме того, устройство содержит датчик 9 направления магнитного поля, электрически связанный с вторым входом фазометра 8.Сущность способа измерения времени ориентационной релаксации ЖК заключается в следующем. Исследуемый образец ЖК размещают в камере и формируют в ней магнитное поле, изменяющееся по гармоническому закону с частотой в и малой амплитудой 20 = 5 относительно направления, составляющего 45 с направлением1626145 ЛХ =Х 11 - Х 1 - величина аниэотропиидиамагнитной восприимчивости единицыобьема ЖК;у 1 - коэффициент вращательной вязко 5 сти.В режиме малых колебаний (Ео " 5 О)уравнение (3) можно линеаризировать Вг Вг10 У+У 1 У+ЛХ Р=ЛХ (т)(1) , где ф - угол между директором Ь жидкого кристалла и волновым вектором М ультразвука;1 - частота ультразвука;р- плотность ЖК;25ч - скорость распространения ультразвука;ао, Ьо, со - константы вязкости ЖК.Если вектор Ь магнитного поля совершает колебания около направления ф = 45 30 к волновому вектору К то изменяющаяся во времени часть коэффициента Ла(в л) поглощения ультразвука оказывается равной(2)где дЪ (в ) - амплитуда колебаний директораЪ;Ф - фазовый сдвиг между колебаниямидиректора и и вектора Ь индукции магнитного поля. В общем случае. ограничиваясь предположением о локальном характере движения директора Б, отсутствием обратного гидро динамического потока и принебрегая влиянием стенок, уравнение движения директора можно записать в виде распространения ультразвуковых колебаний, которые пропускают в плоскости, перпендикулярной оси колебания магнитного поля. Затем измеряют фазовый сдвиг между колебаниями величины коэффициента поглощения ультразвука и колебаниями угла поворота направления магнитного поля. Время х ориентационной релаксации определяют по величине фазового сдвига Ф с учетом колебания поля. Выбор условий проведения способа обусловлен следующими причинами.По теории Лесли-Эриксона коэффициент а поглощения ультразвука равен Ла=а(у=О) - а(р=90 ) =2 лг Р- э (Ьо+со):рч где - момент инерции единицы обьема ЖКпри его переориентации; иэ решения которого следует, что директор Б совершает колебания с амплитудой ъ (в ) и фазовым сдвигом Ф между колебаниями директора Б и вектором В индукции магнитного поля, определяемыми равенст- вами(в) г ЛХВг(и гцг Х где т - время ориентационной релаксации ЖК,Таким образом, измеряя величину фазового сдвига Ф между колебаниями величины коэффициента поглощения ультразвука и направлением вектора индукции магнитного поля, можно определить время ориентационной релаксации в соответствии с выражением (6),Способ определения времени ориентационной релаксации ЖК реализуется следующим образом. В камере 1 размещают исследуемую ЖК и приводят в колебательное движение магнит 2 с амплитудой 5 и частотой в около первоначального положения 1 фо, составляющего угол 45 между осью пьезоэлементов 4 и 5 и направлением индукции магнитного поля. Одновременно с выхода генератора 3 радиоимпульсов на пьезообразователь 4 поступают радио- импульсы, трансформируемые им в ультразвуковые колебания. Пройдя через исследуемую среду, ультразвуковые колебания принимаются и преобразуются в электрические пьеэообразователем 5, Электрические импульсы усиливаются усилителем 6, детектируются и интегрируются2 л 7 с постоянной времени т ( ( . Колеблющееся с частотой в и вектором индукции В магнитное поле влияет на величину коэф 1626145фициента поглощения ультразвука с волновым вектором М исключительно путем медленных изменений угла рмежду вектором к и директором Б и поэтому амплитуда принятого пьезопреобразователем 5 ультразвуково го сигнала подчиняется во времени тем же законам, что и движение директора Б, т.е. принятые сигналы оказываются промодулированными по амплитуде с частотой в (фиг.1). Выделенной после детектирования 10 переменное напряжение частотой вподается на вход фаэометра 8, на второй вход которого поступает опорное напряжение с датчика 9 угла поворота магнита 2, представляющего собой катушку индуктивности, 15 расположенную под углом 45 к первоначальному направлению 1 фо. По показаниям фазометра 8 определяют величину фазового сдвига Ф и согласно выражению (6) определяют время ориентационной релаксации, 20 Формула изобретенияСпособ определения физико-механических характеристик жидких кристаллов, заключающийся в том, что образец жидкого кри сталла помещают в магнитное поле, изменяют направление магнитного поля путем его поворота относительно образца и одновременно пропускают через него импульсы ультразвуковых колебаний в плоскости, перпендикулярной оси поворота магнитного поля, принимают импульсы ультразвуковых колебаний, прошедших образец, измеряют величины коэффициента поглощения ультразвуковых колебаний при различных углах поворота направления магнитного поля, определяют фазовый сдвиг между колебаниями величины коэффициента поглощения и колебаниями угла поворота направления магнитного поля, с учетом которого определяют физико-механические характеристики жидкого кристалла, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности при определении времени ориентационной релаксации жидкого кристалла, поворот магнитного поля осуществляют путем его гармонического колебания с амплитудой 5 относительно направления. составляющего 45 с направлением распространения импульсов ультразвуковых колебаний, и по величине фазового сдвига между колебаниями величины коэффициента поглощения ультразвуковых колебаний и колебаниями угла поворота направления магнитного поля определяют время ориентационной релаксации жидкого кристалла.1626145 ктор С,Патруш Корректор Н, Ко изводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарин каз 274 ВНИИ Составитель С. ВолковТехред М.Моргентал Тираж 391 Подписноеударственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5