Влияние температуры и полей на жидкокристаллические системы

 

Шаг холестерической спирали l имеет порядок длины волны видимого света и зависит от температуры. Кроме того, соответствующие мезофазы способны селективно отражать свет с длиной волны nl, где n - средний коэффициент преломления. Поэтому цвет холестерического материала зависит от температуры, что широко используется при создании термоиндикаторов. Жидкие кристаллы способны претерпевать структурные превращения под действием электрического и магнитного полей. В основе так называемых полевых электро- и магнитооптических эффектов, нашедших практическое применение, лежит переориентация директора L, т.е. оптической оси определенного объема жидкого кристалла под действием поля. Непосредственной причиной ориентации является анизотропия электрических и магнитных свойств среды. Переориентация вызывает упругие деформации жидкого кристалла, которые ей препятствуют. Поэтому переориентация наступает при определенных значениях напряженности электрического и магнитного полей, которые зависят от анизотропии диэлектрической проницаемости ∆ε и диамагнитной восприимчивости ∆x.

Поведение гребнеобразных полимеров во внешних полях напоминает реакцию на них низкомолекулярных жидких кристаллов. В расплавах гребнеобразных полимеров, строение которых приведено ниже, полевые эффекты обусловлены ориентационными процессами в жидкокристаллической фазе, образованной ответвлениями (гребнями), для которой характерна диэлектрическая и диамагнитная анизотропия:

 

 

Взаимодействие боковых групп с внешним полем приводит к движению сегментов основной цепи, что, однако, не отражается на ориентации макромолекулы в целом. Принципиально иной результат наблюдается в том случае, когда мезогенные группы включены в состав линейной цепи. На примере нематического азоксипроизводного полиэфира рентгенографическим методом была доказана ориентация макромолекул линейного полимера в магнитном поле напряженностью 1,17 Тл. Аналогичные результаты были получены и для других жидкокристаллических полимеров, при этом было замечено:

 

 

а) эффект ориентации уменьшается с увеличением числа групп –СН₂- в гибкой развязке (блоке) основной цепи;

б) упорядочение структуры линейных полимеров за счет мезогенных групп в основной цепи приводит к повышению упругих характеристик.

В холестерических сополимерах, подобных представленному ниже,

 

 

где Chol - холестериновый фрагмент, структурные превращения, вызванные действием электрического поля, приводят к раскрутке спирали. Необходимым условием является значительное ∆ε, что обеспечивается введением в цепь звеньев, содержащих полярные группы -CN (звенья второго типа обеспечивают холестерический тип мезофазы). На первом этапе изменяется ориентация спирали в целом - от положения, нормального к плоскости пленки, к положению вдоль плоскости пленки. На втором этапе происходит раскрутка спирали и формирование смектической мезофазы.

Структурные изменения и ориентационные процессы, протекающие в жидкокристаллической фазе под действием полей, приводят к изменению ее прозрачности и окраски. Данное обстоятельство широко используется в технике при создании различных индикаторных устройств. Жидкокристаллическим полимерам трудно конкурировать в данной области с низкомолекулярными соединениями из-за малого быстродействия. Однако, их способность к последующей фиксации вновь образованной структуры в застеклованной матрице позволяет использовать жидкокристаллические полимеры при разработке материалов для записи и хранения информации.