Електромеханічні перетворення та параметричні ефекти в сегнетоелектричних рідких кристалах

У вступі обґрунтовано актуальність теми дисертації, сформульовано мету та завдання дослідження, вказано наукову новизну та практичну значимість роботи. Пояснюється структура дисертації.

У першому розділі представлено літературний огляд з експериментального дослідження електромеханічного ефекту та існуючих теорій даного явища, розглянуті принципи Кюрі для п'єзоелектричного ефекту в СЕРК.

У другому розділі описано методики дослідження, використані в роботі. Для вирішення поставлених у дисертації завдань необхідно було створити ряд модельних СЕРК, що мають необхідний набір діелектричних і в'язкопружних властивостей. Також ці матеріали повинні були мати різні послідовності фазових переходів та різні типи фазового переходу з параелектричної у сегнетоелектричну фазу. Як модельні об'єкти дослідження використовувалися СЕРК композити, що складаються з оптично неактивної мартиці, що має SmC фазу, та хіральної домішки (ХД) -- компоненти, що індукує в матриці гелікоїдальну структуру та спонтанну поляризацію. Використання таких композитів дозволяє розширити діапазон параметрів речовин, що досліджуються, оскільки різні макроскопічні характеристики формуються окремими компонентами суміші. Описано особливості створення вимірювальних комірок та приготування однорідної СЕРК текстури.

Третій розділ присвячено дослідженню релаксаційних процесів у різних фазах СЕРК. На рис.1 наведено частотні залежності та , отримані при 54.5°С та 90.8°С. Видно, що для SmC*-фази (54.5°С) спостерігаються дві області дисперсії, тоді як в I фазі (90.8°С) тільки одна.

Для I* та N* фаз СЕРК низькочастотна дисперсія описується рівнянням Дебая з одним часом релаксації ₁. Для низькочастотної області дисперсії характерні більші значення е' та е'' (рис.1), що пояснюється наявністю дипольної поляризації.

Молекули РК мають великі значення дипольних моментів, однак в електрооптичних ефектах переорієнтація молекул відбувається внаслідок анізотропії електронної складової поляризовності молекул. Це зумовлено тим, що в рівноважному стані утворюються димери, і загальний дипольний момент дорівнює нулю. Під дією великих електричних полів димери можуть розпадатися. В приелектродному шарі такий процес можливий через нерівномірність розподілу електричного поля в зразку. За оцінками, напруженість електричного поля в приелектродному шарі достатня для повороту диполів молекул, принаймні, на невеликий кут. Дебаївський механізм релаксації диполів молекул можна розглядати як основну складову, що визначає діелектричну дисперсію у фазах I і N*. У фазі N* відновлення рівноважного стану супроводжується також пружною деформацією директора.

Рис.1. Частотні залежності ` (1,2) і ``(3,4) при 90.8°С (1,3) та 54.5°С (2, 4) планарно орієнтованого СЕРК.

Рис.2. Температурна залежність часу релаксації _l, що характеризує низькочастотну область релаксації в планарно орієнтованому СЕРК.

Можливо, в ізотропній фазі релаксаційний процес зумовлений впорядкуванням молекул у вузькій приелектродній області, на що вказують багато експериментальних даних.

Низькочастотна область релаксації в смектичних фазах не описується формулами Дебая. Аналіз експериментальних даних за допомогою формули Коул-Коула показав, що смектичні фази мають кілька часів релаксації. Це пояснюється тим, що вони залежать не тільки від релаксації дипольних моментів, але й від флуктуацій трансляційного впорядкування в приелектродному шарі.

Температурна залежність ₁ показана на рис. 2. Графік демонструє, що закон Арреніуса виконується для кожної фази. Найбільша енергія активації відповідає SmА* фазі, а найменша - N*-фазі.

Температурні залежності показують, що на відміну від , товщина приелектродного шару майже не залежить від температури (0.17 мкм для I-фази та 0.18 мкм для SmС*). При цьому важливо відзначити, що ці величини збігаються з одержаними раніше для нематиків у роботах [. Ковальчук А.В. Низькочастотна та інфранизькочастотна діелектрична спектроскопія межі поділу рідкий кристал - тверде тіло. Шари ковзання./ Ковальчук А.В. // Украпнський физичний журнал. - 1996. - Т.41. - С.991-995.-. Ковальчук А.В. Поверхностный динамический эффект Фредерикса / Ковальчук А.В.// Письма в Журнал технической физики. - 2000. -Т.26, №13. - С.41-45.. Ковальчук А.В. Поверхностный динамический эффект Фредерикса / Ковальчук А.В.// Письма в Журнал технической физики. - 2001. -Т.27, №5. - С.61-65.].

З рис.1. видно, що в SmА* та SmС* фазах з'являється нова високочастотна область дисперсії, яка відсутня в інших фазах. Аналіз залежності () для високочастотної області показує, що її можна описати рівнянням Дебая. При цьому час релаксації _h становить ~ 0.2 мкс при 54.5 °С та 0.81 при 40.2 °С. Враховуючи малі зміни _h від температури, можно припустити, що більш високочастотна область дисперсії в SmС*-фазі зумовлена голдстоунівською модою. На рис. 3. представлено температурну залежність _h. З рисунка видно, що як і у випадку ₁, спостерігається арреніусовська залежність, однак сама зміна _h значно менша, ніж ₁.

Час релаксації для неї [. Блинов Л.М. Cегнетоэлектрические жидкие кристаллы / Блинов Л.М., Береснев Л.А. // Успехи физических наук. - 1984. - Т.134, №3. - С.391-428.]:

(1)

де _h -- обертальна в'язкість, K_h -- модуль пружності, q₀ -- довжина рівноважного кроку спіралі. Для дослідженого нами СЕРК _h=0.2 П, K_h=10-¹⁰ Н, q₀ =10⁶ м-¹.

Розрахункова частота голдстоунівської моди дорівнює 210⁴ c-¹, що за порядком збігається з величиною, одержаною в експерименті.

Рис.3. Температурна залежність часу релаксації _h, що характеризує високочастотну область релаксації в планарно орієнтованому СЕРК.

Четвертий розділ присвячений дослідженню електромеханічного зв'язку в рідких кристалах. Оскільки електромеханічний зв'язок у СЕРК визначається як обома флексоефектами, так і п'єзоелектричним ефектом, виникає завдання виділення внеску кожного з цих компонентів.

Для виділення флексоефекту, зумовленого локальними деформаціями, необхідно впливати на зразок із частотою більшою, ніж частота релаксації голдстоунівської моди, щоб гелікоїд не встигав реагувати на зовнішнє поле.

Із рис. 4. видно, що електромеханічний зв'язок з ростом частоти збільшується. На частоті голдстоунівської моди експериментальні дані мають низьку відтворюваність, але в той же час помітно, що на частоті 1000 Гц, коли внесок в електромеханічний зв'язок від великомасштабних деформацій виключено, електромеханічний зв'язок продовжує збільшуватися. Поза сумнівом, внесок в електромеханічний зв'язок від великомасштабних деформацій незначний. Отже, електромеханічний зв'язок ефективніше здійснюється за допомогою локальних деформацій, принаймні, у досліджених нами СЕРК. Збільшуючи частоту механічних коливань, ми збільшуємо градієнт швидкостей уздовж товщини зразка. Чим більший цей градієнт, тим більший коефіцієнт електромеханічного зв'язку, що узгоджується з теорією Ебера [. Eber N. Continuum Theory of Uniformly Layered Chiral Smectic C* in an Electromagnetic Field / Eber N., Bata L., Jakli A. // Molecular Crystals Liquid Crystals. - 1987. - V.142. - C.15 - 40.].

Рис. 4. Залежність амплітуди електричного відгуку зразка від амплітуди механічного зсуву верхнього скла при різних частотах.

Проведено дослідження залежності електричного відгуку зразка від амплітуди механічного зсуву уздовж смектичних шарів (прямий п'єзоелектричний ефект) та залежності амплітуди механічного зсуву від напруги електричного поля (зворотний п'єзоелектричний ефект). Результати досліджень для прямого п'єзоелектричного ефекту показали, що він лінійний (рис.5). Лінійним є також і зворотний п'єзоелектричний ефект.

Рис. 5. Залежність амплітуди електричного відгуку зразка від амплітуди механічного зсуву вздовж нормалі до смектичних шарів.

Результати досліджень зворотного флексоелектричного ефекту у СЕРК для сумішей, які мають різне значення кута и, представлено на рис. 6. Можна побачити, що чим вище кут нахилу у смектичних шарах, тим сильніше виражена нелінійність цього ефекту. Для прямого флексоелектричного ефекта також знайдено нелінійний зв'язок між амплітудою механічної деформації та електричним відгуком зразка.

Рис.6. Залежність амплітуди (А) механічних коливань від напруженості (E) електричного поля для різних композитів.

Оскільки при деформації зразка рідкого кристала вздовж нормалі до смектичних шарів спостерігався тільки п'єзоелектричний ефект, то, очевидно, теорія флексоелектричного ефекту неадекватно описує деформацію такого типу. Ближче до реальності, на наш погляд, теорія Накагави [. Nakagawa M. On the dynamics of ferro- and antiferro-electric liquid crystals / Nakagawa M. // Liquid Crystals. - 1993. - V.14. - C.1763-1784.], яка враховує диполь-дипольні взаємодії між шарами, що не допускають виникнення флексоелектричного ефекту в цій геометрії.

Досліджено зв'язок флексоелектричного ефекту і спонтанної поляризації (рис. 7). З рисунка видно, що температурна залежність коефіцієнта електромеханічного зв'язку визначається, головним чином, температурною залежністю спонтанної поляризації.

Рис.7. Температурна залежність електричного відгуку для зсувної деформації СЕРК вздовж смектичних шарів зразка (f = 3.95 кГц) і спонтанної поляризації

Ми спробували одержати електромеханічне перетворення за допомогою п'єзоелектричного ефекту, максимально виключивши внесок від флексоелектричного ефекту. У цих експериментах зразок піддавали згиновій деформації. Передбачалось, що така деформація супроводжується зміною кута нахилу молекул у смектичному шарі без спотворення поля в площині шару.

На рис.8. представлені результати цих досліджень. З рисунка видно, що зв'язок має слабковиражений нелінійний характер. Очевидно, при такій геометрії деформації внесок від флексоелектричного ефекту залишається істотним. електромеханічний рідкий кристал релаксаційний

Як показали попередні дослідження прямого електромеханічного ефекту, в температурному інтервалі конденсації м'якої моди електромеханічний зв'язок підсилюється [8*]. На рис.9. представлено результати дослідження впливу м'якої моди на зворотний електромеханічний зв'язок. Як видно з графіка, поблизу фазового переходу крива залежності електричного відгуку від температури симетрична відносно температури фазового переходу. Оскільки у фазі SmA* гелікоїдальна спіраль відсутня, а у фазі SmC* вона є, то із симетрії кривої випливає, що флексоелектричний внесок від деформації спіралі нехтовно малий. Таким чином, м'яка мода посилює прямий п'єзоелектричний ефект. У СЕРК із фазовим переходом першого роду, де відсутній електроклінний ефект, електромеханічний зв'язок монотонно зростає зі зниженням температури.

Рис 8. Залежність амплітуди електричного відгуку зразка від напруги, що генерує деформацію зразка при дослідженні локальної деформації (f = 4 кГц).

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис.9.Температурна залежність електричного відгуку зразка для зсувної деформації (1 - СЕРК з фазовим переходом в SmC* фазу другого роду, f= 3.95 kHz, 2 - з фазовим переходом першого роду f= 4 kHz).

П'ятий розділ присвячено дослідженню параметризованих резонансних систем, робочим середовищем яких є рідкий кристал. Параметризація можлива в незамкнутих коливальних системах, які можна описати рівнянням Лагранжа, де коефіцієнти Лагранжа залежать від часу внаслідок параметризації системи. В роботі створено відкриту резонансну систему, параметри якої визначає активне середовище, яким був рідкий кристал. У параграфі 5.1 розглянута можливість параметризації модуля пружності шевронної структури. Енергія шевронів визначається полем директора в областях, що знаходяться під та над середньою лінією шевронів, та енергією деформації кута нахилу молекул у смектичних шарах. Положення середньої лінії шевронів, поверхні з великою енергією, визначається балансом цих сил. На рис.10 зображена деформація шевронів при зміні товщини зразка. Як правило, у теорії ця деформація описується деяким ефективним модулем, що, у свою чергу, є комбінацією з модуля деформації спіральної структури, модуля пружності середньої лінії та модуля пружності нахилу директора в смектичних шарах.

Рис.10. Зміна кута перегину смектичних шарів під впливом деформації шевронної структури, що супроводжується зміною товщини зразка.

Зсув середньої лінії (рис.11) спричиняє зміну енергії деформації шевронів. Якщо деформація зсуву відбувається періодично із частотою то модуль пружності деформації шевронів можна параметризувати:

(2)

де c₀ - незалежний від часу модуль пружності шевронної структури.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис.11. Зсув середньої лінії для деформації зсуву.

Нами запропоновано схему змішувача [2*, 4*], де змішуються коливання накачки, що становлять собою зсув пластин комірки і коливання інформаційного сигналу -- зміни товщини комірки. В ньому було одержане параметричне підсилення інформаційного сигналу (рис.12). У відповідності до теорії, коефіцієнт підсилення залежав від параметрів сигналу накачки.

а) б)

Рис.12. Спектри відгуку зразка при подачі початкового інформаційного сигналу (а), при подачі інформаційного сигналу і сигналу накачки (б).

Параметризація коливальної системи за допомогою сигналу накачки спричиняє збільшення коливань інформаційного сигналу, частота якого знаходиться у частотній області резонансу системи. Безпосереднім підсиленням механічних коливань системи «рухома пластина зразка -- РК» можна значно підвищити чутливість акустичних пристроїв.

Наступним етапом досліджень було параметричне перетворення та одержання підсилення за багаточастотною схемою, де реалізовано параметричне перетворення. Для цього необхідно було створити двоконтурний параметричний підсилювач. Необхідною умовою для його створення є наявність двох резонансних коливальних систем. Одна з них -- на вході інформаційного сигналу, а інша -- для сигналу накачки. Загальним елементом для цих резонаторів повинен бути зразок рідкого кристала. Для цього необхідно використовувати СЕРК із нелінійним флексоелектричним ефектом. Для параметричного підсилювача резонатором може бути мембрана, що має власний механічний резонанс. Геометричні розміри мембрани підбираються відповідно з вимогами до частоти сигналу, що досліджується. Резонатор сигналу накачки повинен мати якомога більшу резонансну частоту та добротність. Однак добротність звужує смугу частот, що підсилюються. Таким чином, джерело накачки повинне задовольняти обом взаємовиключним умовам, інакше сигнали накачки та комбінаційної частоти не розмістяться в межах смуги пропускання коливальної системи.

Нами досліджені різні схеми акустичних змішувачів, але параметричне перетворення одержане тільки за схемою, де сигнал накачки і інформаційний сигнал були коливаннями з однією модою [1*, 2*]. Параметричне перетворення було одержане на шевронній і конфокальній текстурах.

На рис. 13 наведено спектр одержаного нами параметричного перетворення звуку. На спектрі, крім ліній накачки та інформаційного сигналу, спостерігаються також комбінаційні частоти, що відповідають різниці та сумі початкових частот. Варіюючи параметри коливань накачки, ми одержали вихідний сигнал, що містить у своєму спектрі комбінаційну частоту, яка відповідає різниці початкових частот (рис.13б), їхній сумі або обидві комбінаційні частоти одночасно (рис.13а). Лінії різницевої та сумарної частот відрізняються по амплітуді, що характерно для параметричного перетворення, а не для модуляції. Спостерігається також залежність амплітуди (A) коливань комбінаційних частот від інтенсивності коливань накачки (рис.14), що також підтверджує наявність параметричного перетворення.

а) б)

Рис. 13. Спектри вихідного сигналу, який вміщує комбінаційні частоти, що відповідають: (а) різниці та сумі вихідних частот; (б) тільки комбінаційній частоті, що відповідає різниці початкових частот.

Рис.14. Залежність амплітуди (А) різницевої частоти від напруги, що збуджує (U_d) сигнал накачки.

Було зроблено спробу одержати параметричне підсилення за двоконтурною схемою, але вона завершилася невдачею. Аналіз результатів експерименту показав, що обмін енергіями між інформаційним сигналом та сигналом накачки недостатній для підсилення. Ефективність же електромеханічного перетворення була високою, на що вказує величина електричного відгуку як на механічні коливання інформаційного сигналу, так і на коливання накачки. Електричний сигнал комбінаційних частот менший, ніж інформаційний, що вказує на дуже малий коефіцієнт параметризації. Цілком очевидно, що для параметричного підсилення нелінійність флексоелектричного ефекту була недостатньою.

ОСНОВНІ РЕЗУЛЬТАТИ ТА ВИСНОВКИ

У роботі представлені системні дослідженя електромеханічних перетвореннь у різних фазах сегнетоелектричних рідких кристалів, виявлено низку нових ефектів. Основними результатами та висновками дисертаційної роботи є:

1. Виділено вклади від п'єзоелектричного та флексоелектричних ефектів в електромеханічний зв'язок. Виявлено, що нелінійні властивості зразка сегнетоелектричного рідкого кристала пов'язані з локальним флексоелектричним ефектом.

2. Дослідження сегнетоелектричних рідких кристалів з різними параелектричними фазами (фаза індукованого холестерика, смектична А фаза) виявили, що в SmC* фазі вони мають п'єзоелектричні властивості, незалежно від типу параелекричної фази.

3. З'ясовано, що низькочастотна область дисперсії та визначається релаксаційними процесами, зумовленими локальними змінами орієнтації диполів молекул у приелектродній області, а високочастотна -- м'якою та голдстоунівською модами.

4. Показана наявність декількох механізмів діелектричної релаксації, яка пояснює, чому експериментально одержаний у смектичних фазах низькочастотний релаксаційний процес добре описується рівнянням Коул-Коула.

5. Експериментально показано, що у точці Кюрі, де спостерігається мінімум частоти м'якої моди, ефективність електромеханічного перетворення досягає свого максимального значення.

6. Показано, що в СЕРК можливі параметричні ефекти (параметричне підсилення та перетворення електромеханічних коливань).

РЕЗУЛЬТАТИ ТА ОСНОВНИЙ ЗМІСТ ДИСЕРТАЦІЇ ОПУБЛІКОВАНО В НАСТУПНИХ РОБОТАХ

1*. Nonlinear electromechanical transformations in ferroelectric liquid crystals. / A.P. Fedoryako, E.V. Popova, L.A. Kutulya, A.V. Palamar, P.P. Shtifanyuk, V.P. Seminozhenko. // Functional materials - 2005. - V.12. - P. 487 - 490.

2*. Nonlinear electromechanical transformations and amplification acoustical signal in ferroelectric liquid crystals / A.P. Fedoryako, L.A. Kutulya, E.V. Popova, V.V. Vashchenko // Liquid Crystals. - 2008. - Vol.35. - P.1367 -1372,

3*. Photoinduced Effects in Liquid Crystal Systems Containing Chiral a,b-Unsaturated Ketones. / L. Kutulya,A. Krivoshey, E. Popova, N. Shkolnikova, A. Fedoryako N. Pivnenko, L. Chepeleva, A. Doroshenko. // Molecular Crystals Liquid Crystals. - 2005. - Vol. 426. - P. 99 - 107.

4*. Parametric interection of acoustic signal in ferroelectric liquid crystals. / A.P. Fedoryako, E.V. Popova, A.V. Palamar, E.Yu. Kopeychenko. // Ferroelectrics - 2006. - Vol. 344. - P. 233 - 238.

5*. Особенности электромеханического преобразования в разных фазах жидкого кристалла. / Е.В.Попова, А.П. Федоряко, Л.А.Кутуля, В.П.Семиноженко // Кристалография. - 2005. - Т. 50. - С. 180-183.

6*. Низкочастотные релаксационные процессы в планарно ориентрированном сегнетоэлектрическом жидком кристалле. / А.В. Ковальчук, Л.А. Кутуля, А.П. Федоряко, Е.В. Попова. // Журнал физической химии. - 2002. - Т. 76.- С. 1972 - 1975.

7*. Photoinduced ferroelectric parameter changes in liquid crystal systems containing chiral б,в-unsaturated ketones. / E.V. Popova, A.P. Fedoryako, N.S. Pivnenko, L.A. Kutulya. // Journal of SID - 2006. - V. 14, No 7. - P. 589 - 593.

8*. Fedoryako A. The oscillation processes in ferroelectric liquid crystals. / A.Fedoryako, E. Popova. // 16th International Liquid Crystal Conference. Kent State University, Kent, Ohio, USA, Program and Abstract Book. June. - 1996. - P-180.

9*. Photoinduced effects in liquid crystal systems containting chiral ,-unsaturated ketones / L.A.Kutulya, A.I. Krivoshey, E.V.Popova, N.I.Shkolnikova, A.P.Fedoryako, N.S.Pivnenko, L.V. Chepeleva, A.O.Doroshenko. // 5^th International Conference Electronic Processes in Organic Materials. Kiev. Conference Abstracts. May 24 - 29. - 2004. - P. 90.

10*. Fedoryako A.P. Synchronization of zig-zag defect vibrations in ferroelectric liquid crystals. / Fedoryako A.P., Popova E.V. //19^th Liquid Crystal Conference 2002. Edinburgh, UK, July . Book of Abstracts. - 2002.- P. 28

11*. Parametric interaction of acoustic signals in ferroelectric liquid crystals. / Fedoryako A.P., Popova E.V., Palamar A.V., Kopeychenko E.Yu. //10^th Conference on Ferroelectric Liquid Crystals. Stare Jablonki, Poland September. 12 - 17. - 2005. - P. 181.

12*. Influence of chiral dopant molecular structure of ferroelectric liquid crystals parameters / Popova E.V., Fedoryako A.P., Drushlyak T.G., Vashchenko V.V. Kutulya L.A. // 10^th Conference on Ferroelectric Liquid Crystals. Stare Jablonki, Poland September. 12 - 17. - 2005. - P. 119.

13*. Nonlinear Phenomenon in Ferroelectric Liquid Crystals. / A.P. Fedoryako, E. Popova, L. Kutulya. // 20^th International Liquid Crystal Conference. Slovenia. Book of Abstracts. Yuly 4 - 9. - 2004. - P. 523.

14*. Photoinduced parameter changes of ferroelectric LC systems containting chiral unsaturated ketones / L.Kutulya, E. Popova, A.Krivoshey, N.Pivnenko, D.Grygorev, A. Fedoryako, // 20^th International Liquid Crystal Conference. Slovenia. Book of Abstracts. Yuly 4 - 9. - 2004. - P. 501.

15*. Acoustic emisson in liquid crystal. / A.P. Fedoryako, E.V. Popova // Proceedings of the XVI International School-Seminar “Spectroscopy of Molecules and Crystals”. 2003. - P. 274.

АНОТАЦІЯ

Попова К.В. Електромеханічні перетворення та параметричні ефекти в сегнетоелектричних рідких кристалах. - Рукопис. Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата фізико-математичних наук за спеціальністю 01.04.15 - фізика молекулярних та рідких кристалів - Інститут фізики НАН України, Київ, 2011.

В дисертації представлено результати дослідження електромеханічних перетворень у різних фазах сегнетоелектричних рідких кристалів (СЕРК). В ній вперше виділено вклади від п'єзоелектричного та флексоелектричних ефектів в електромеханічний зв'язок. При дослідженні релаксаційних процесів у різних фазах СЕРК виявлено, що в смектичній С-фазі існує дві області дисперсії. Показано, що в низькочастотній області дисперсії і визначаються релаксаційними процесами, які зумовлені малими відхиленнями молекул в приелектродній області, а високочастотна - м'якою та голдстоунівською модами. Виявлено, що сегнетоєлектричні рідкі кристали у смектичній С-фазі завжди мають п'єзоелектричні властивості, незалежно від типу параелектричної фази. Експериментально показано, що м'яка мода збільшує ефективність електромеханічного перетворення в SmC* фазі поблизу фазового переходу. Показано, що в СЕРК можливі параметричні ефекти. Вперше отримано підсилення механічних коливань у параметричному підсилювачі із СЕРК в якості робочого середовища.

Ключові слова: п'єзоелектричний ефект, флексоелектричні ефекти, параметричне перетворення, параметричне підсилення, сегнетоелектричні рідкі кристали.

АННОТАЦИЯ

Попова Е.В. Электромеханические преобразования и параметрические эффекты в сегнетоэлектрических жидких кристаллах. - Рукопись. Диссертация на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук по специальности 01.04.15 - физика молекулярных и жидких кристаллов.- Институт физики НАН Украины, Киев, 2011.

В диссертации представлены результаты исследования электромеханического преобразования в различных фазах сегнето¬электрических жидких кристаллов (СЭЖК). Электромеханическое преобразование в СЭЖК осуществляется пьезоэлектрическим эффектом и флексоэлектрическими эффектами. Ранее экспериментаторы не пытались разделить вклады в электромеханическую связь от флексоэлектрических и пьезоэлектрического эффектов, что усложняло объяснение результатов экспериментов. Впервые проведено разделение этих эффектов с использованием двух основных методов. Первый метод связан с подбором геометрии эксперимента путем задания граничных условий. Второй -- разделение по временным характеристикам, которые определялись временами релаксации той или иной деформации.

При исследовании релаксационных процессов в различных фазах сегнетоэлектрических жидких кристаллов обнаружено, что существуют две области дисперсии. Показано, что низкочастотная область дисперсии и определяется релаксационными процессами, обусловленными малыми отклонениями молекул в приэлектродной области, а высокочастотная -- мягкой и голдстоуновской модами.

Обнаружено, что сегнетоэлектрические жидкие кристаллы в смектической С фазе всегда имеют пьезоэлектрические свойства независимо от типа параэлектрической фазы. Экспериментально показано, что мягкая мода увеличивает эффективность электромеханического преобразования в SmC* фазе вблизи фазового перехода. Впервые исследованы прямой и обратный пьезоэлектрическиие эффекты. Установлено, что в СЭЖК возможны параметрические эффекты.

Показано, что СЭЖК, обладающие нелинейным флексоэлектрическим эффектом, можно использовать в открытых резонансных системах в качестве активной среды для реализации параметрических эффектов. Впервые получено усиление механических колебаний в параметрическом усилителе с СЭЖК в качестве активной среды. Параметризация возникла при использовании образца СЭЖК с текстурой шевронов. Также впервые получено параметрическое преобразование акустического сигнала.

Ключевые слова: пьезоэлектический эффект, флексоэлектрический эффект, параметрическое преобразование, параметрическое усиление, сегнетоэлектрические жидкие крсталлы.

SUMMARY

Popova E.V. “Nonlinear dynamic effects in ferroelectric liquid crystals” -- Manuscript. Thesis for the degree of candidate of physical-mathematical sciences by specialty 01.04.15 - Physics of Molecular and Liquid Crystals. - Institute of Physics National Academy of Sciences of Ukraine, Kyiv, 2010.

In this work, the results of electromechanical transformation investigations for various phases of ferroelectric liquid crystals (FLC) are presented. The separation of contributions to the electromechanical conversion due to the piezoelectric effect and two types of flexoelectric effects was achieved for the first time. In the course of studies of the relaxation process in some FLC phases, the existence of two regions where dispersions occur were detected in a smectic C phase. The low-frequency dispersion regions of and was shown to be caused by relaxation processes. These processes are, in turn, caused by small declinations of molecules at the near-electrode layer. The high-frequency dispersion is described by soft and Goldstoun modes. The results of studies of piezoelectric properties have shown these properties to be inherent for the smectic C* phase of ferroelectric liquid crystal irrespectivelly of the type of the paraelectric phase. It has been shown experimentally that the soft mode enhances the efficiency of electromechanical transformation in SmC* phase in the vicinity of SmA*?SmC* phase transition. The possibility of existence of parametric effects in FLC was shown. The parametric amplification of mechanical oscillations in open resonant systems with FLC as an active medium has been obtained for the first time.

Keyword: piezoelectric effect, flexoelectric effect, parametric transformation, parametric amplifier, ferroelectric liquid crystal.

Размещено на Allbest.ru