Способ определения коэффициента вращательной вязкости жидких кристаллов

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОУСКОИУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Севетсннк

Социалистических

Респубннн о>989381 (6!) Дополнительное к авт. сеид-ву-, (22) Заявлено 200381 (21) 3263563/18-25 с присоединением заявни Hо— (23) Приоритет—

Опубликовано 1%01ВЗ. Ьоллетень Но2

Дата опубликования описания 1701ВЗ

РЦМ.ка.

601 И 11у00

Государственнмй комнтет

СССР яо делам нзобретеянй н открытнй

)53) УДК 532 ° 137 (088.8) Э.В. Реворкян (72) Автор изобретения

Всесоюзный заочный мащиностронтельный ннсти ут (71) Заяаитель (54) СНОСОВ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА ВРАЩАТЕЛЬНОЯ

ВЯЗКОСТИ ЖИДКИХ КРИСТАЛЛОВ

ГАХН

®о ГГл

Изобретение относится к физикохимическим измерениям и может быть использовано в приборостроении, в химической, электронной, часовой провыаленности, а также в научных экспериментальных исследованиях жидкокрис« таллического состояния вещества.

Известен способ определения коэффициента вращательной вязкости жидких кристаллов, включающий вращение магнита относителъно камеры с исследуеким жидким кристаллом.

При частоте вращения магнита 0"

cv Фе я в ìåíúøåé критической Чо (синхронный режим) на жидкий кристалл действует вращающий момент N, определяемый по величине угла закручивания кварцевой вити, на которой подвещена камера. Значение коэффициента вращательной вязкости определяется по следующей формуле

;где С - постоянная кручения кварцевой нитну а(0- угол закручивания нити в отсутствии магнитного оля;

oL — угол закручивания нити при вращении магнита, (6 - угловая скорость вращения магнита.

Данный способ :связан с необходимостью поддержания синхронного режима вращения директора единичного вектора преимущественной ориен-!

О Taupe amae Y

Однако этот режим реализуется только при угловой скорости вращения .магнита меньщей . критической

Таким образом, требуется стабильная низкая угловая скорость вращения магнита и использование сильного магнитного поля. В окрестности фазового . ,перехода нематический жидкий кристалл. смектический жидкий кристалл укаэанный способ неприменим, посколъку коэффйциент вращательной вязкости резко возрастает и критическая угловая скорость стремится .к нулю. Синхронный режим нелъзя реализовать.

Кроме того, вследствие малого объема

:жидкого кристалла на результаты измерений оказывают влияние граничные эффекты. Необходимость определения

989381 постоянной кручения нити, трудности с подвесом камеры и с термостатированием ухудшают чувствительность и затрудняют процесс измерений.

Приу > 0,8ЖО нарушается однородная ориентация жидкого кристалла. 5

Известен способ определения коэф- фициента вращательной вязкости жидких кристаллов, включаюций вращение магнита относительно камеры с находящимся в ней жидким кристаллом и апре-10 делении 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 коэффи:циента поглощение ультразвука, проходящего через исследуемый жидкий кристалл $ 2).

Однако этот способ характеризуется невысокой точностью измерений и невозможностью определения больших значений коэффициента вращательной вязкости жидких кристаллов.

В даннЮм способе определения коэф-g5 фициента вращательной вязкости на жидкий кристалл воздействуют вращающимся магнитным полем Н, т.е. магнитным полем, вектор напряженности которого вращается с постоянной угловой скоростью ® . При достаточно медленЬХ It ном вращении поля (Ю < Щ гдЕ марвЂ

<7j критическая частота,д Х = Х - Х анизотропия диамагнитной воспримичи вости, Я -измеряемый коэффициент вращательной вязкости) реализуется синхронный режим, т.е. имеет место однородная ориентация и вращение директора с частотой N вращения магнитного поля и постоянным отставанием по фазе, величина которого определяет значение коэффициента врацательной вязкости. При частоте враце

-ния магнитного поля, превышаюцей кри.

;тическую gg > ц),, 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 коэффициент вращательной вязкости. Таким образом, основной недостаток известного способа связан с тем, что для его использования необходимо вы- 55

Э полнение условия в о =а""; . При данном значении измеряемого коэффициента вращательной вязкости ф удав летворить этому условию можно либо уменьшая частоту вращения, либо уве- 60 личивая напряженность магнитного поля. При уменьшении частоты вращения трудно обеспечить ее стабильность и значительно возрастает погрешность измерения коэффициента вращательной 65 вязкости. Увеличение напряженности магнитного поля ограничено М» 104 и делает устройство громоздким и дорогостоящим. Таким образом, при больших значениях коэффициента вращательной вязкостиф известный способ не, позволяет его определить.

Цель изобретения — повышение точности определения и расширения диапаэона измерения вращательной вязкости жидких кристаллов.

Цель достигается тем, что сигласно способу определения коэффициента вращательной вязкости жидких кристаллов, заключающемуся в воздействии на жидкий кристалл врацающегося магнитного поля и определении фазового сдвига между вектором магнитной индукции и директором жидкого кристалла, на жидкий кристалл в течение всего времени испытания дополнительно воздействуют постоянным магнитным полем, причем вектор магнитной индукции пос; тоянного магнитного поля перпендикулярен плоскости вращения вращающегося магчитного поля.

Зависимость директора И =(НОСОВ Pq>

«ИоМиФ И )от времени в магнитном поле указанной выше конфигурации определяется системой двух гидродинамических уравнений

ЙИз я — 2ЮО 010иОСОВФ+ ъиь) Ь И СОя+ь о) р(<) фЧ

Н ЗЙЬЬОМие(ьосом+йь% ) =сю (2) иь где а * — - критическая угловая скорость во врацающемся магнитном поле,"

Щ,„ - азимутальный угол повот". рота директора, Ч=цуЕ Q — напряженность магнитного поля

H(ocos,4

Стационарйое решение автономной системы уравнений (1) и (2) имеет вид (3) но %рсоа

I ф-= 2чиЧ(@всат| -+ — ) (4)

Согласно формуле (4) коэффициент вращательной вязкости раве

„ ;-- - — SO/ (Носо Ч+, ), (5) где Н - вращающаяся, H> - постоянная компоненты магнитного поля (ось вращения совпадает с направлением постоянной компонентьф; - сдвиг Фазы между вращающейся компонентой магнитного поля и директором.

989381

Для определения .фазового сдвига можно использовать. измерение любого анизотропного параметра жидкого кристалла, например коэффициента поглощения или скорости распространения ультразвука, показателя преломления, диэлектрической проницаемости и другие.

В предлагаемом способе коэффициент вращательной вязкости может быть определен и с помощью измерения вращающего момента

1 (6)

1 Ч Ио где Йо = (1=И ) определяется форму- 15

-Я3 фй лой (3).

На фкг,1 и 2 изображены варианты устройства, реализующего предлагаемый способ.

На фиг.1 изображено устройство 2р для определения коэффициента вращательной вязкости жидких кристаллов с акустической камерой.

Жидкий кристалл 1 помещен в акустическую камеру 2 из непроводящего 25 материала, закрепленную в зазоре .,неподвижного Зи вращающегося 4магни-, тов. Радиоимпульсы задающего гене ратора 5 подаются. на пьезоизлучатель

;6. Пропускамйе через исследуемый ЗО жидкий кристалл 1 ультразвуковые ! импульсы принимаются и преобразовываются в электрические импульсы пье. зообразователем 7, проходят через усилитель 8 и вместе с временными отметками вращающегося магнита 4 подаются на самописец 9. Разность ,фаз между временцыми отметками и экстремумами амплитуды импульсов определяет величину коэффицкента вра- 4О щательной вязкости.

На фиг.2 изображено устройство для определения вращательной вязкости жидких кристаллов с оптической

-системой. .45

Жидкий кристалл 1 помещен в контейнер 10 из прозрачного материала, закрепленный в зазоре неподвижного

3 и вращающегося 4 магнитов. Свет источника 11 проходит через поляризатор 5О

12, через жидкий кристалл 1, через: анализатор 13 и попадает на фотодиод

14, сигнал с которого вместе с временными отметками вращающегося магнита

4 подается на самописец 9. Разность фаз между временныки отметками и экстремумами интенсивности проходящего на фотодиод 14 света определяет величину коэффициента вращательной вязкости.

Повышение точности измерений (в ® тех случаях, когда возможны измерения способом прототипом) связано с возможностью выбора оптимальных значений частоты(ф(без ограничения М<Юо соответствующих меньшей погрешности 65 в определении коэффициента вращательной вязкости.

В предлагаемом способе на жидкий кристалл кроме вращакшегося магнитного поля воздействуют постоянным магнитным нолем Í, направленным пер ен« дикулярно вращающемуся Í H этом суммарное магнитное по Я=Нир+Н а опи вает в пространстве большую поверх» ность 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 преимущебтвом предлагаемого способа является отсутствие ограничения си < о для реализации синхронного режима. Так как при

Нь <1/ЗН синхронный режим с однородной ориентацией дирекropa реализуется при любой частоте вращения (И, поэтому можно использовать любые частоты относительно слабые магнитные поля и измерять большие значения коэффициента вращательной вяз;кости.Я, {ограничения на эти параметры были связаны с условием

Так .как коэффициент вращательной вязкости 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 изобретения

Способ 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, отличающийся 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 магнктной индукции постоянного магнитного поля перпендикулярен плоскости вращения вращающегося магнитного поля.

989381

Составитель В. Филатова

Редактор Н. Киштулинец Техред A.À÷ Корректор Г. Решетина

Заказ 3 60 Тираж 87 одписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб.; д. 4/5.

Филиал ППП атент, г. Ужгород, ул. Проектная, f

Источники информации, принятие во внимание при экспертизе

1. Prost 1. G asparoux Н. Determination of bwist viscesity oi coef .ficient in the nematie mesoPhasis.

Phys. Lett 3á А,N 3, р.245-246.

2. Авторское свидетельство СССР

9 731355, кл. G 01 N 11/00, 1978 .(прототип)..