Способ определения коэффициента вращательной вязкости жидких кристаллов

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ СвезСфветсннкСоциалистическихреспублик К АВТОУСКОИУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(23) Приоритет -Гесударственнмй квинтет СССР яф дедам нзабретеянй н еткрытнйОпубликовано 1%01 ВЗ Бюллетень 892 Дата опубликования описания 170183 Э.В. Реворкян(72) Автор изобретения сесоюэный заочный(У 1) Заяаитель ностронтельный ннсти ут 54) СНОСОВ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА ВРАЩАТЕЛЬНОЯ ВЯЗКОСТИ ЖИДКИХ КРИСТАЛЛОВ 3кварцее С - постоянная кручения вой нити с(о- угол закручиваниян сутствии магнитноготи в отноля; Изобретение относится к физико- химическим измерениям и может быть использовано в приборостроении, в химической, электронной, часовой проиааленности, а также в научных экспериментальных исследованиях жидкокрис таллического состояния вещества.Известен способ определения коэффициента вращательной вязкости жидких кристаллов, включающий вращение магнита относителъно камеры с исследуемам жидким кристаллом.При частоте вращения магнита 0и Феярменъшей критической Мо (синхронный режим) на жидкий кристалл действует вращающий момент и, определяемый по величине угла закручивания кварцевой вити, на которой подвевена камера. Значение коэффициента вращательной вязкостиопределяется по следующей формуле оС- угол закручивращении маЮ - угловая скоромагнита.Данный способ :связан с необходимостью поддержания синхронногорежима вращения директора единичного вектора преимущественной ориентации молекулы 1.Однако этот режим реализуетсятолько при угловой скорости вращения.магнита меньшей . критическойАХНИ15 . оГГлТаким образом, требуется стабильнаянизкая угловая скорость вращения магнита и использование сильного магнитного поля. В окрестности Фазового,,перехода нематический жидкий кристаллсмектический жидкий кристалл укаэанный способ неприменим, посколъкукоэффйциент вращательной вязкостирезко возрастает и критическая угловая скорость стремится .к нулю, Синхронный режим нелъзя реализовать,Кроме того, вследствие малого объема:жидкого кристалла на результаты измерений оказывают влияние граничныеэффекты. Необходимость определенияпостоянной кручения нити, трудности с подвесом камеры и с термостатированием ухудшают чувствительность и затрудняют процесс измерений. Приу У 0,8 ЖО нарушается однородная ориентация жидкого кристалла. 5Известен способ определения коэф- фициента вращательной вязкости жидких кристаллов, включающий вращение магнита относительно камеры с находящимся в ней жидким кристаллом и апределении фазового сдвига между вектором магнитной индукции и директором жидкого кристалла, Последний определяется путем регистрации экстре- мальных значений амплитуд ультразву-,15 новых импульсов, связанных с анизо- тропией коэффициента поглощение ультразвука, проходящего через ис" следуемый жидкий кристалл2.Однако этот способ характеризуется невысокой точностью измерений и невозможностью определения больших значений коэффициента вращательной вязкости жидких кристаллов.В даннОм способе определения коэфФициента вращательной вязкости на жидкий кристалл воздействуют вращающимся магнитным полем Н, т.е, магнитным полем, вектор напряженности которого вращается с постоянной угловой скоростью И . При достаточно медленДХИ ном вращении поля ( ЮЭргДЕ Щу --З критическая частота,д Х = Х- Х анизотропия диамагнитной воспримичи вости;-измеряемый коэффициент вращательной вязкости) реализуется синхронный режим, т.е. имеет место однородная ориентация и вращение директора с частотой Ш вращения магнитного поля и постоянным отставанием по фазе , величина которого определяет значение коэффициента вра" щательной вязкости,При частоте враще -ния магнитного поля, превышающей кри ;тическую ац) реализуется асинхрон. 45 ный режим (директор не у-певает следовать за магнитным полем и совершает сложное апериадическое движение) . При этом однородная ориентация жидкого кристалла нарушается и данный 50 способ не позволяет определить коэф" Фициент вращательной вязкости. Таким образом, основной недостаток известного способа связан с тем, что для его использования необходимо вы 3а)нполнение условия в(о=а, , При данном значении измеряемого коэффициента вращательной вязкости ф удав летворить этому условию можно либо уменьшая частоту вращения, либо уве личивая напряженность магнитного поля. При уменьшении частоты вращения трудно обеспечить ее стабильность и значительно возрастает погрешность измерения коэФФициента вращательной 5 вязкости, Увеличение напряженностимагнитного поля ограничено Й 104 иделает устройство громоздким и дорогостоящим. Таким образом, при больших значениях коэффициента вращательной вязкости" известный способ не,позволяет его определить.Цель изобретения - повышение точности определения и расширения диапаэона измерения вращательной вязкостижидких кристаЛлов.Цель достигается тем, что сигласно способу определения коэффициентавращательной вязкости жидких кристаллов, заключающемуся в воздействии нажидкий кристалл вращающегося магнитного поляи определении фазового сдвига между вектором магнитной индукциии директором жидкого кристалла, нажидкий кристалл в течение всего времени испытания дополнительно воздей"ствуют постоянным магнитным полем,причем вектор магнитной индукции пос;тоянного магнитного поля перпендикулярен плоскости вращения вращающегосямагчитного поля,Зависимость директора И = (ИОСО 5 УиИоМИЧИИ)от времени в магнитном полеуказанной выше конфигурации определяется системой двух гидродинамическихуравненийЙИз- ЗЮо ЬОИО С 05 Ч+ ЬЪИь) Ь 5 ИС 05 ЧИО)-08)фЧМ" " "%о)=ф Р)И где аф - - критическая угловаяскорость во вращающемся магнитном поле,"Чи " азимутальный угол пово.рота директора,ЧИ,-Щ - напряженность магнитного поляНЬОСОЫМ, 5 иц, д)(,=М,-Стационарйое решение автономной системы уравнений (1) и (2 имеет вид- ф- (3)ФосоУ-= 2 чИЧ(йосо 5.+ - ) (4)Согласно формуле (4) коэФфициент вращательной вязкости раве3 -- ИИЧ(НоСо 5 Ч+), (5) где Н - вращающаяся,Н 5 - постоянная компоненты магнитного поля ( ось вращения совпадает с направлением постоянной компоненты);- сдвиг Фазы между вращающейся компонентой магнитного поля и директором,Для определения .фазового сдвигаможно использовать. измерение любого анизотропного параметра жидкогокристалла, например коэффициентапоглощения ли скорости распространения ультразвука, показателя преломления, диэлектрической проницаемости и другие.В предлагаемом способе коэффициентвращательной вязкости может быть определен и с помощью измерения вращающего момента1- Ч 3 йлой (3).На фиг,1 и 2 изображены вариантыустройства, реализующего предлагаемыйспособ,На Фиг.1 изображено устройство 2 рдля определения коэффициента вращательной вязкости жидких кристалловс акустической камерой,Жидкий кристалл 1 помещен в акустическую камеру 2 из непроводящего 25материала, закрепленную в зазоре.,неподвижного Зи вращающегося 4 магни-,тов. Радиоимпульсы задающего генератора 5 подаются. на пьезоизлучатель;б. Пропускамйе через исследуемый ЗОжидкий кристалл 1 ультразвуковыеимпульсы принимаются и преобразовываются в электрические импульсы пьезообразователем 7, проходят черезусилитель 8 и вместе с временнымиотметками вращающегося магнита 4подаются на самописец 9. Разность,фаз между временцыми отметками Йэкстремумами амплитуды импульсовопределяет величину коэффициента вра Ощательной вязкости.На фиг.2 изображено устройстводля определения вращательной вязкос.ти жидких кристаллов с оптическойсистемой, .45Жидкий кристалл 1 помещен в контейнер 10 из прозрачного материала,закрепленный в зазоре неподвижного3 и вращающегося 4 магнитов. Свет источника 11 проходит через поляризатор 5 О12, через жидкий кристалл 1, через:анализатор 13 и попадает на Фотодиод14, сигнал с которого вместе с временными отметками вращающегося магнита4 подается на самописец 9. Разностьфаз между временныки отметками и экстремумами интенсивности проходящегона фотодиод 14 света определяет величину коэффициента вращательной вязкости.Повышение точности измерений ( в фтех случаях, когда возможны измеренияспособом прототипом) связано с возможностью выбора оптимальных значений частотыЯ)(без ограничения МЮо)соответствующих меньшей погрешности 65 в определении коэффициента вращательной вязкости.В предлагаемом способе на жидкий кристалл кроме вращакегося магнитного поля воздействуют постоянным магнитным нолем Нз, направленным перпен дикулярно вращающемуся Яри этом суммарное магнитное поле Я=Н+8описывает в пространстве большую поверхность конуса. В синхронном режиме директор описывает в пространстве эту же Фигуру с той же частотой вращения, но с меньшим углом при вершине и постоянным отставанием по фазе Х По величине фазового сдвига определя-. ется коэффициент вращательной вязкости. Основным преимуществом предлагаемого способа является отсутствие ограничения (и о для реализаци синхронного режима. Так как при Нь 1/ЗН синхронный режим с однородной ориентацией директора реализуется при любой частоте вращения Э, поэтому можно использовать любые частоты относительно слабые магнитные поля Ю и измерять большие значения коэФФициента вращательной вяз;кости.я , (ограничения на эти параметры были связаны с условиемТак .как коэффициент вращательнойвязкости является важной физической характеристикой жидких кристаллов, а многие жидкие кристаллы (жидкокристаллические смеси, холестерические жидкие кристаллы и др.) обладают большим коэффициентом вращательной вязкости, то предлагаемый способ может быть широко применим в химической, электронной, часовой промьааленности и в научных экспериментальных исследованиях.Формула изобретенияСпособ определения коэффициента вращательной вязкости жидких кристаллов, заключающийся в воздействии на жидкий кристалл вращающегося магнитного поля и определении Фазового сдвига между вектором магнитной индукции и директором жидкого кристалла, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности определения и расширения диапазона измерения вращательной вязкости жидких кристаллов в сторону больших значений вязкости, на жидкий кристалл в течение всего времени испытания дополнительно воздействуют пбстоянным магнитным полем, причем вектор магнитной индукции постоянного магнитного поля перпендикулярен плоскости вращения вращающегося магнитного поляРеда 3 60 Тираж 87ВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий113035, Москва, Ж, Раушская наб.; Зак одписн лиал ППП атент , г. Ужгород, ул. Проектная Источники инФормацни,принятие во внимание при экспертизе1, РгояС 1. 6 аярагоцх Н. РеСегщ 1 паС 1 оп оЕ Ью 1 ьС ч 1 зсоз 1 Су ой соеЕ Е 1 с 1 епС 1 п СЬе пеааС 1 с аезорЬаз 1 з.РЬув.ЬеСС Зб А,Х 3, р,245-246.2. Авторское свидетельство СССР9 731355, кл. 6 01 Я 11/00, 1978прототип). ФилатоваКорректор Г. Рое