Молекулярные механизмы диэлектрической поляризации высокополярного жидкого кристалла

Об авторах:

Маллабоев Умарджон Маллабоевич, доктор физико-математических наук, профессор кафедры электроэнергетики, Тобольский индустриальный институт, филиал Тюменского индустриального университета; umallaboev@rambler.ru

Новоселов Виктор Иванович, кандидат физико-математических наук, доцент кафедры естественнонаучных и гуманитарных дисциплин, Тобольский индустриальный институт, филиал Тюменского индустриального университета; vivnovoselov@yandex.ru

Зайцева Ольга Сергеевна, кандидат педагогических наук, доцент кафедры естественнонаучных и гуманитарных дисциплин, Тобольский индустриальный институт, филиал Тюменского индустриального университета; teacherolgaz@gmail.com

Аннотация:

Исследованы диэлектрические проницаемости нематической ε, ε, и изотропной ε_is фаз высокополярного жидкого кристалла 4-цианофенилового эфира 4′-н-октилоксибензойной кислоты в мегагерцовом диапазоне частот электрического поля (10⁵-10⁸ ) Гц, а также анизотропия диэлектрической проницаемости Δε = ε − ε. Выявлены релаксационные процессы и механизмы, отвечающие за них. Вычислены времена релаксации, энергии активации дипольной поляризации и параметры замедления в нематической фазе.

Представлена конструкция измерительной ячейки, позволяющая проводить исследования диэлектрической проницаемости ЖК при различных ориентациях директора (обеспечивается магнитным полем) относительно переменного электрического поля с небольшими объемами вещества.

Установлено, что дисперсия диэлектрической проницаемости в исследованной области частот электрического поля характеризуется двумя релаксационными процессами с τ ~ 3 ∙ 10⁻⁸ с и (τ)_в ~ 1,5 ∙ 10⁻⁹ с. Механизмы дисперсии обусловлены вращением полярных молекул относительно их коротких и длинных осей соответственно. Дисперсии диэлектрической проницаемости соответствует спектр времен релаксации. Механизмы дисперсии связаны с двумя релаксационными процессами — прецессией молекул по конусу в пределах пространственного угла, допускаемого величиной параметра порядка жидкого кристалла S < 1, и вращением молекул вокруг продольных осей. Времена релаксации, соответствующие этим механизмам, соизмеримы друг с другом. Дисперсия диэлектрической проницаемости в изотропной фазе характеризуется одним релаксационным процессом с τ_is ~ 6 ∙ 10⁻⁹ с. Механизм дисперсии обусловлен вращением молекул вокруг коротких осей.

Список литературы:

1. Беляев В. В. 14-я Европейская конференция по жидким кристаллам (ECLC-2017), 25-30 июня 2017, Москва / В. В. Беляев, Б. И. Островский, Е. С. Пикина // Жидкие кристаллы и их практическое использование. 2018. Том 18. № 1. С. 84-91.

2. Ковшик А. П. Диэлектрическая релаксация в расплавах карбоксилановых дендримеров с алкилоксицианобифенильными концевыми группами / А. П. Ковшик, Д. А. Рагимов, С. А. Ковшик, Н. И. Бойко, А. В. Лезов, Е. И. Рюмцев // Журнал физической химии. 2003. Том 77. № 6. С. 1041-1045.

3. Маллабоев У. М. Влияние сквозной проводимости на низкочастотную диэлектрическую поляризацию жидких кристаллов / У. М. Маллабоев, В. И. Новоселов // Жидкие кристаллы и их практическое использование. 2018. Том 18. № 1. С. 24-29.

4. Рюмцев Е. И. Диэлектрическая релаксация растворов жидкокристаллического α-цианстильбена в неполярном жидкокристаллическом растворителе / Е. И. Рюмцев, А. П. Ковшик, Д. А. Рагимов, А. А. Аббас-заде, В. Н. Цветков // Доклады Академии наук. 1999. Том 366. № 2. С. 213-215.

5. Рюмцев Е. И. Равновесные и динамические электрооптические свойства нематической и изотропной фаз 4-н-алкокси-4-цианобифинилов. / Е. И. Рюмцев, С. Г. Полушин, К. Н. Тарасенко, А. П. Ковшик // Журнал физической химии. 1995. Том 69, № 5, С. 940-943.

6. Сабуров Б. С. Молекулярные механизмы дипольной поляризации термотропных жидких кристаллов в радиочастотном диапазоне / Б. С. Сабуров, У. М. Маллабоев, А. П. Ковшик, Е. И. Рюмцев // Доклады Академии наук Таджикской ССР. 1987. Том 30. № 2. С. 99-102.

7. Таблицы физических величин: справочник. / Под ред. И. К. Кикоина. М.: Атомиздат, 1976. 1006 с.

8. Цветков В. Н. К теории диэлектрической анизотропии нематических жидких кристаллов / В. Н. Цветков // Вестник ЛГУ. 1970. № 4. С. 26-37.

9. Bottcher C. J. Theory of Electric Polarization. / C. J. Bottcher. Amsterdam, 1952. 490 pp.

10. Cole K. S. Dispersion and absorption in dielectrics: I. Alternating current characteristics / K. S. Cole, R. H. Cole // Journal of Chemical Physics. 1941. Vol. 9. No 4. Pp. 341-351.

11. Cole K. S. Dispersion and absorption in dielectrics: II. Direct current characteristics / K. S. Cole, R. H. Cole // Journal of Chemical Physics. 1942. Vol. 10. Pp. 98-105.

12. Cole R. H. On the Analysis of Dielectric Relaxation Measurements / R. H. Cole // Journal of Chemical Physics. 1955. Vol. 23. No 3. Pp. 493-499.

13. Cole R. H. Theories of Dielectric Polarization and Relaxation / R. H. Cole // Progress in Dielectrics. 1961. Vol. 3. Pp. 49-100.

14. Druon C. A Study of 4 Nonanoate, 4’ Cyanobiphenyl Using Dielectric Relaxation Method / C. Druon, J. M. Wacrenier // Molecular Crystals and Liquid Crystals. 1982. Vol. 88. Pp. 99-108.

15. Maier W. Eine einfache Theorie der dielektrischen Eigenschaften homogen orientierter kristallinglüssiger Phasen des nematischen Typs / W. Maier, G. Meier // Zeitschrift für Naturforschung. 1961. Vol. 16a. No. 3. Pp. 262-267.

16. Schadt M. Dielectric Properties of Some Nematic Liquid Crystals with Strong Positive Dielectric Anisotropy / M. Schadt // Journal of Chemical Physics. 1972. Vol. 56. No. 4. Pp. 1494-1497.