ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Домены в полимерных жидких кристаллах из "Жидкокристаллическое состояние полимеров" Слово домен в научной литературе обычно применяется для обозначения части целого, обладающей отличными от других частей структурой (или ориентацией), а во многих случаях и свойствами. Такова общая расщифровка этого термина, и именно в этом смысле он употребляется в области жидких кристаллов. Однако в начале века понятие домен прочно укоренилось в физике твердого тела (главным образом в области сег-нетоэлектричества и ферромагнетизма). Рамки доменов в этом случае сужены и конкретизированы для ферромагнетиков домены — области спонтанной намагниченности, направление которой в соседних доменах взаимно противоположно. Расчленение тела на отдельные домены объясняют [72, с. 197] с позиций термодинамики равновесных состояний, предсказывающей возможность существования двух соприкасающихся фаз, в которых напряженность одинакова, а намагниченность (и индукция) различна. При таком строении магнитные моменты доменов замкнуты на себя, и ферромагнетик не проявляет макроскопических магнитных свойств. Пользуясь здесь более щироким определением доменов, будем иметь в виду и домены в ферромагнетиках, поскольку жидкие кристаллы чувствительны к воздействию электрического и магнитного полей (см. соответствующий раздел главы). [c.188] По грубой оценке, число молекул в домене составляет 103 105 [24, 77]. [c.189] Поскольку у низкомолекулярных и полимерных жидких кристаллов гораздо больше общего, нежели специфического, как должно быть ясно из предыдущего изложения, рассмотрим вначале причины появления и морфологию доменов на некоторых примерах для низкомолекулярных веществ. Для них ограничения высокой вязкости и полидисперсности несущественны, поэтому зачастую при воздействии силовых полей, а в некоторых случаях вблизи точек фазовых переходов, где структура одной фазы расшатана, а порядок (или беспорядок при переходе в изотропное состояние) другой еще не образовался, домены имеют форму правильных геометрических фигур. В некоторых случаях такие фигуры называют периодическими искажениями, в других же (чаще) — доменами. [c.189] Заметим, что строгое объяснение структуры доменов требует сложных кристаллооптических построений, которые в этой книге, по-видимому, неуместны, но желающие могут найти их, например, в работах [125, 135, с. 261]. Поэтому в данном разделе мы ограничиваемся общей картиной возникновения доменов и ориентировочным описанием их строения. Прежде всего — о доменах вблизи точек перехода. [c.189] Р — шаг доменной структуры. [c.190] СЯ на определенную глубину А, но не захватывают всей толщи образца. Характерно, что поверхностные дисинклинации внизу и вверху пленки чередуются. [c.191] Более широко представлены в литературе вопросы образования доменов в электромагнитных и гидродинамических полях, что объясняется практическим использованием этого эффекта. Причиной возникновения периодических картин считают упорядоченное изменение направления оптической оси молекул под влиянием внешнего поля. В терминологии низкомолекулярных жидких кристаллов для элементов рисунков, возникающих в препарате, помещенном в электрическое поле, также укоренилось название домены , хотя иногда их называют полосками Вильямса , вихревыми ячейками , трубка.ми и т. п. Для многих жидких кристаллов при изменении напряженности и частоты поля наблюдается возникновение ряда оптических эффектов, последовательно сменяющих друг друга [128]. [c.191] В случае холестерических мезофаз с большим шагом в клиновых слоях включение и последующее отключение низкочастотного электрического поля генерируют так называемые пузырьковые домены, представляющие собой замкнутые а себя ленточные домены [131]. Стоит рассмотреть условия возникновения таких структур. В клиновом зазоре при воздействии поля в толстой части образуются ленточные домены, а в тонкой — гомеотропная текстура. Доведение напряженности до эффекта динамического рассеяния и последующее снятие поля приводит к появлению в области раздела двух текстур пузырьковых доменов. [c.192] О доменах в растворах ПБГ и ПБА, появляющихся в магнитном поле, уже говорилось ранее. Сейчас же имеет смысл вернуться к периодическим картинам, возникающим в растворах ПБА в гидродинамическом поле, а именно при замедлении потока. Оцененная в таких экспериментах вязкость (по перепаду давления на входе и выходе в кювету и средней скорости движения метки при фиксированном зазоре) достигает 10 Па-с. Сказанное означает, что в этих условиях деформирование осуществляется вблизи предела текучести, т. е. в области проявления раствором значительной упругости. По-видимому, при этом в растворах могут реализоваться эффекты, аналогичные пьезоэлектрическим или маг-нитострикционным. [c.193] Касаясь морфологии таких доменов, следует упомянуть простейший эксперимент с поляризационным микроскопом при наклоне препарата вдоль и поперек доменов [41]. В первом случае (рис. 4.42, а) ребра доменов— темные полосы — последовательно входят в фокальную плоскость микроскопа, что может свидетельствовать об их чередовании у верхнего и нижнего стекол ячейки. Другими словами, вверху (или внизу) картинки видны только ребра у верхнего (или нижнего) стекла, а в середине — совокупность тех и других. При поперечном наклоне происходит смещение четных полос относительно нечетных (рис. 4.42, б). При этом суммарная ширина полос остается постоянной, а доля, скажем, четной полосы все время уменьшается. [c.193] Такое поведение при наклоне препарата может соответствовать системе трехгранных призм, соприкасающихся гранями, с ребрами, выходящими на поверхность стекол. Угол при вершине призмы (с учетом пристенного слоя) оценивается в 60° и, по-видимому, не изменяется при варьировании толщины и условий образования доменов. По этой причине их ширина с увеличением толщины слоя линейно возрастает. Определенную информацию о морфологии доменов можно получить из анализа оптических свойств твердых пленок, полученных из полосатых растворов. При соблюдении некоторых мер предосторожности в процессе удаления растворителя домены при тякпй пперации удается сохранить. [c.193] Вид доменной структуры ПБА в поляризованном свете (при скрещенных поляроидах) при продольном (а) и поперечном (б) наклоне препарата. Цифры означают угол наклона. [c.194] Последние наблюдения позволяют перейти к рассуждениям о молекулярном строении таких доменов. Поскольку ранее достаточно подробно описывались магнитные домены в растворах ПБА, проявляющиеся под влиянием магнитного поля, а в настоящем разделе указывалось на возможность пьезоэлектрических и магнитных эффектов в жидких кристаллах, попытаемся объяснить образование доменов в механическом поле упорядочением дипольных моментов молекул под воздействием упругой деформации. [c.195] Известно [72], что в ферромагнетиках (или сегнето-электриках) энергетически выгодной является структура с антипараллельным расположением протяженных участков одинаковой намагниченности. В переходных слоях направление магнитных (электрических) моментов непрерывно изменяется от прямого к обратному (зона соприкосновения соседних доменов). Исходя из сказанного, для доменов ПБА в поле механических напряжений можно предположить структуру, изображенную на рис. 4.45, причем стрелки отражают направление дипольных моментов, которое может и несколько отличаться от большой оси молекул. О том, что такое положение возможно, свидетельствуют данные о снижении дихроичного отношения полосы 805 см при образовании доменов. [c.195] Другой причиной характерного изменения молекулярно-оптических свойств может быть достаточно большая ширина переходных слоев, в которых направление молекулярной ориентации меняется на обратное. Кстати, именно напряженным состоянием молекул в стенках доменов можно объяснить неравномерность усадки при подсыхании объема раствора (см. рис. 4.44) и затем-ненность ребер доменов. [c.195] Предлагаемая структура доменов позволяет связать в единое целое те структурно-ориентационные процессы, которые протекают в анизотропных растворах ПБА по прекращении установившегося сдвигового течения. В этих условиях резкое замедление потока способствует переходу в область упругого деформирования анизотропного раствора, по смыслу являющегося ориентиру ющим. При этом же начинается формирование продоль ных доменов, что в совокупности с предыдущим процессом приводит к высоким значениям дихроичного отношения (до 30—50), отражающим стадию предельной молекулярной ориентации раствора. В дальнейшем формирование переходных слоев и выстраивание магнитных (или электрических) моментов вдоль направления предварительного течения приводят к образованию доменных структур и некоторому снижению фактора молеку лярной ориентации. [c.197] Наиболее необычным в гипотезе о структуре доменов ПБА является большая роль, придаваемая электрическим (или магнитным) характеристикам по сравнению с чисто гидродинамическими причинами. Это основано на предположении о специфичности электромагнитных свойств полимерных жидких кристаллов (по отношению к электромагнитным свойствам низкомолекулярных аналогов). Действительно, суммирование дипольных моментов мономерных единиц в макромолекуле и молекулярных — в агрегате может привести к гигантским брутто-величинам. Более того, полимерные жидкие кристаллы чувствуют положительный и отрицательный электроды при ориентации в электрическом поле [48], т. е. имеют разноименные заряды на концах молекул (агрегатов). Таким образом, большая длина молекул, с одной стороны, приводит к повышению вязкости и замедленности релаксационных процессов, но, с другой, способствует выявлению уникальных электромагнитных свойств. Несомненно, что в экспериментальных и теоретических исследованиях этих эффектов сделан лишь первый шаг. Поэтому в какой-то мере некоторые возможные причины появления регулярных доменов в полимерных жидких кристаллах могут быть преувеличены, а другие (в частности, анизотропия вязкости и микроупругости) преуменьшены. Дальнейшие исследования в этой области помогут уточнить эти вопросы. [c.198] Вернуться к основной статье