Жидкие кристаллы
Информация - Физика
Другие материалы по предмету Физика
сполагаются родственными группами. Тогда при включении поля произойдёт вполне очевидная вещь: отрицательные ионы будут двигаться к аноду, а положительные - к катоду. А поскольку ионы не бестелесны, то произойдёт перенос массы жидкости, т.е. поток. Поток замыкается, образуя конвективные вихри. Движение этих вихрей будет поддерживаться неограниченно долго, если прибывающие к аноду и катоду ионы будут там разряжаться, а в объёме на прежних местах будут рождаться новые заряды. Конвективные вихри приведут к искажению молекулярной ориентации. Значит, возникнет ориентационный орнамент, приводящий к системе чередующихся чёрных и белых полос, хорошо различимых в поляризационный микроскоп.
Такие полосы (вихри-рулончики) впервые в 1961 г. наблюдал советский учёный А. Капустин, а более подробно исследовал американский физик Р. Вильямс. На них можно наблюдать дифракцию монохроматического света, т.к. тут имеем дело с обоймой цилиндрических линз, образующих дифракционную решётку. Такие решётки, управляемые полем можно использовать в лазерной технике для отклонения или расщепления световых пучков.
Теперь необходимо рассмотреть, почему получилось так, что разноимённые заряды оказались в разных местах, явно нарушив при этом электрическую нейтральность жидкости. Предположим, что у нас заранее, т.е. в отсутствие поля, есть искажение ориентаций молекул, но зато среда всюду нейтральна. В этом случае при включении поля разноимённые заряды начнут разделяться. Действительно, пусть где-то в объёме совсем рядом друг с другом находятся два разноимённых иона. При включении поля положительный ион пойдёт к катоду, а отрицательный - к аноду. Но они не свободны в выборе траектории движения. Ионы идут к электродам как бы по кривому коридору: наличие коридора приводит к тому, что положительный заряд сместиться вправо, а отрицательный - влево, т.е. наличие искажённой ориентации жидкого кристалла действительно приводит к разделению зарядов.
Здесь кажется, что рассуждения зашли в тупик. Чтобы получить искажение ориентации, нужно иметь поток, вызванный разделёнными в пространстве зарядами. И наоборот, чтобы разделить заряды, нужно иметь искажение ориентации. Пусковым механизмом являются случайные тепловые отклонения в ориентации молекул, ведь молекулы находятся в состоянии непрерывного теплового движения. В какой-то момент случается так, что из-за теплового толчка в каком-то месте ориентация молекул только чуть-чуть отклонится от исходной. Этого вполне достаточно, чтобы тут же сработал механизм обратной связи. При наличии поля цепочка событий будет выглядеть так: минимальное случайное искажение ориентации - минимальное разделение зарядов - дрейф зарядов в поле - ток жидкости - искажение ориентации молекул. Цепочка замкнулась, и направление результирующего поворота молекул совпадает с исходным малым отклонением. Произошло усиление исходного отклонения. Теперь отклонение молекул и скорость жидкости будут нарастать, пока другие процессы (например, действие упругих сил) не придержат этот рост. В результате установится процесс равномерного вращения вихрей-рулонов. Это явление называется электрогидродинамической неустойчивостью.
В зависимости от характера исходной ориентации жидкого кристалла, амплитуды и частоты приложенного поля и свойств жидкого кристалла можно наблюдать большое разнообразие ориентационных узоров, вызванных конвекцией жидкости.
Взбалтывание нематика электрическим током
Если внешнее напряжение ниже порогового, то жидкий кристалл находится в покое. Если поле увеличить, то будет достигнут порог неустойчивости, при котором возникает вихревое течение жидкого кристалла в форме правильных ячеек или рулонов. Если ещё немного увеличить напряжение, скорость циркуляции жидкости в рулонах будет увеличиваться, но форма ячеек пока не меняется. Однако так продолжается не до бесконечности. Уже при небольших превышениях внешнего напряжения над пороговым плавное течение круговых вихрей сменяется другим, более беспорядочным движением жидкости. Образуется большое число мелких воронок, водоворотов, завихрений. Чем выше напряжение, тем на более мелкие и менее упорядоченные завихрения дробится весь жидкокристаллический слой, и в конце концов возникает полный хаос. Последовательность событий напоминает закипание чайника. Такое хаотическое движение жидкого кристалла называется турбулентным.
Таким образом, получается, что электрический ток взбалтывает жидкокристаллическое вещество. При таком хаотическом движении жидкости и ориентация молекул окажется неузнаваемо искажённой - сильно неоднородной. В этом случае области более или менее однородной ориентации очень малы и имеют размеры порядка микрометра, т.е. соизмеримы с длиной волны света (именно такие размеры имеют размеры имеют мелкие вихри в жидкости). В свою очередь искажения молекулярной ориентации приводят к неоднородностям коэффициента преломления света.
Если создать в жидком кристалле оптические неоднородности (зёрна), то можно получить ситуацию, когда свет будет рассеиваться. Действительно, слой нематического жидкого кристалла, который был совершенно прозрачным до подключения к нему напряжения становится молочно-белым, совершенно мутным. Это явление впервые было обнаружено В. Фредериксом и В. Цветковым в 1935 г. Впоследствии оно получило название динамического рассеяния света. Для получения сильного рассеяния в тонком слое дост?/p>