Изобретение относится к физикохимич еским измерениям и может быть использовано в приборостроении, в xи шчecкoй, электронной, часовой про(«шЛенности/ а также в научных экспериментальных исследованиях жидкокристаллического состояния веществаi
Известен способ определения коэффициента вращательной вязкости жидких кристаллов, включающий вращение магнита относительно камес«л с исследуемым жидким кристаллом.
При частоте вргицения магнита
в меньшей критической олтГ (синхронный режиму на жидкий кристалл действует вращающий момент М, опредеяяеколй по величине угла закручивания кварцевой нити, на которой подвешена камера. Значение коэффициента вращательной вязкости TV определяется по следующей формуле.
jft.
W W
.где С - постоянная кручения KBai ieвой нити;
о1о угол закручивания нити в отсутствии магнитного поля;
oL - угол закручивания нити при
вращении магнита; W - угловая скорость вращения - магнита.
. Данный способ :связан с необходимостью поддерясания синхронного режима вргицения дире-ктора единичного вектора преимущественной ориенIQ тации мoлeкyJШ .
Однако этот режим реад1изуется только при угловой скорости вращения магнита меньшей г критической
:
таким образом, требуется стабильная низшая угловая скорость врап1ения магнита и использование сильного мапштHOfo поля. В окрестности фазового . .перехода нематический жидкий кристалл смектический жидкий кристалл указанный способ неприменим, поскольку коэффициент вращательной вязкости резко возрастает и критическая угловая скорость стремится .к нулю. Синхронный режим нельзя реализовать. Кроме того, вследствие малого объема. ;жидкого кристалла на результаты измерений оказывают влияние граничные эффекты. Необходимость определения
постоянной кручения нити, трудности с подвесом камеры и с термостатированием ухудшают чувствительность и затрудняют процесс измерений. При ио f 0,8 U/o нарушается однородная ориентация х идкого кристалла.
Известен способ определения коэф фициента вращательной вязкости жидких кристаллов, включающий вращение магнита относительно камеры с находящимся в ней жидким кристаллом и опре делении фазового сдвига между вектором магнитной индукции и директором жидкого кристалла. Последний определяется путем регистрации экстремальных значений амплитуд ультразвуковых импульсов, связанных с анизотропией коэффициента поглощение ультразвука, проходящего через исследуемый жидкий кристалл ,
Однако этот способ характеризуется невысокой точностью измерений и невозможностью определения больших значений коэффициента вргицательной вязкости жидких кристаллов.
В (м способе определения коэф фициента вращательной вязкости на жикий кристалл воздействуют вращающимся магнитным полем Н, т.е. магнитным полем, вектор напряженности которого вращается с постоянной углово скоростью С . При достаточно медленном вращении П9ля( о) гдесиь у-критическая частота,дх Х анизотропия диамагнитной воспримичи- вости; -измеряемый коэффициент вращательной вязкости) реализуется синхронный режим, т.е. имеет место однородная ориентация и вращение директора с частотой U вращения магнитного поля и постоянным отставанием по фазе tf , величина которого определяет значение коэффициента вращательной вязкости.При частоте вращ ния магнитного , Jтpeвышaющeй кри(Тическую (Я) -7 (J) о ,реализуется асинхрону ный режим (директор не успевает следовать за магнитным полем и совершае сложное апериЬдическое движение. При этом однородная ориентация жидкого кристалла нарушается и данный способ не позволяет определить коэффициент вращательной вязкости. Таким образом, основной недостаток известного способа связан с тем, что для его использования необходимо выполнение условия| Р данном значении измеряемого коэффициента вращательной вязкости удов летворить этому условию можно либо уменьшая частоту вращения, либо увеличивая напряженность магнитного поля. При уменьшении частоты вращения, трудно обеспечить ее стабильность и значительно возрастает погрешность измерения коэффициента вращательной
вязкости. Увеличение напряженности магнитного поля ограничено И--10 и делает устройство громоздким и дорогостоящим. Таким образом, при больших значениях коэффициента вращательной вязкости3,2, известный способ не , позволяет, его определить.
Цель изобретения - повышение точности определения и расширения диапазона измерения вращательной вязкости жидких кристаллов.
Цель достигается тем, что сигласно способу определения коэффициента вращательной вязкости жидких кристаллов, заключающемуся в воздействий на жидкий кристалл вращающегося магнитного поляи 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 пост тоянного магнитного поля перпендикулярен плоскости вращения вращающегося магнитного поля.
Зависимость директора и Сиосо5Рц ifj,vi«,)oT времени в магнитном поле указанной выше конфигурации определяется системой двух гидродинамических уравнений
dH%
С11оПоС05Ф-.,,,И%)tft5M,C05V-4i5ho)OCl)
|;p-+2cibtioS ntf(tiocos4 - ii.,)-oy,
(г)
AV U
где критическая угловая
скорость во вращающемся магнитном поле, (f - азимутальный угол повог
рота директора,
4-urt-%- напряженность магнитно го поля
H0iocosu)t,i,oeimu-t,{i,); Vi-HlH
,ДХ-Х,-Х .
Стационарное решение автономной системы уравнений (1) и (2) имеет вид
- ъ 0 -Hocos f ,
Согласно формуле (4 коэффициент вргццательной вязкости раве
ГХ (Hocos4-t- ), 15)
где Н,., - вращающаяся,
Hj - постоянная компоненты магнитного поля С ось вращения совпадает с направлением постоянной компонентц);
(f - сдвиг фазы между вращающейся компонентой магнитного поля и директором. Для определения .фазового сдвига можно использовать измерение jftbeoго анизотропного параметра жидкого кристалла, например коэффициента поглощения скорости распространения ультразвука, показателя преломления, диэлектрической проницаемости и другие. В предлагаемом способе коэффицие вращательной вязкости может быть оп ределен и с помощью измерения вращающего момента (« гдеИо ( определяется форму лой (.з;. На фиг.1 и 2 изображены варианты устройства, реализующего предлагаемы способ. На фиг.1 изображено устройство для определения коэффициента вращательной вязкости жидких { ристаллов с акустической камерой. Жидкий кристалл 1 помещен в акус тическую камеру 2 из непроводящего материала, закрепленную в зазоре . .неподвижного 3 и вращающегося 4 магниг тов. Радиоимпульсы задающего гене|ратора 5 подаются.на пьезойзлучател ;6. Пропускамг е через исследуемый жидкий кристалл 1 ультразвуковые импульсы принимаются и преобразовываются в электрические импульсы пье зообразователем 7, проходят через усилитель 8 и вместе с временгагми отметками вращающегося магнита 4 подаются иа самописец 9. Разность фаз между временными отметками и экстремумами амплитуды импульсов определяет величину коэффициента вр щательной вязкости.. На фиг.2 изображено устройство для определения вращательной вязкости жидких кристаллов с оптической системой. Жидкий кристалл 1 помещен в контейнер 10 из прозрачного материала, закрепленный в зазоре неподвижного 3и вращающегося 4 магнитов. Свет ис точника 11 проходит через поляризато 12, через жидкий кристалл 1, через анализатор 13 и попадает на фотодиод 14, сигнал с которого вместе с време ными отметками вращающегося магнита 4подается на самописец 9. Разность фаз между временными отметками и экс ремуиами интенсивности проходящего на фотодиод 14 света определяет величину коэффициента вращательной вяЗ кости. Повышение точности измерений (в тех случаях, когда возможны измерени способом прототипом связано с возможностью выбора оптимальных значеНИИ часто1 ыОО(без ограничения ()у соответствующих меньшей погрешности в определении коэффициента вращательной вязкости. В предлаигаемом способе на жидкий кристалл кроме вращгиошегЬся магнитного поля воздействуют постоянным магнитным полем Rj, направленным перпендикулярно вращающемуся. При этом суммарное магнитное поле H l 0p-i-Hj описывает в пространстве большую поверхность конуса. В синхроннсш 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 определяв ется коэффициент вращательной вязкости. Основным преимуществом предлагаемого способа является отсутствие ся-раничения W для реализации синхронного режима. Так как при Hj l/3Hi синхронный режим с однородной ориентацией дирек -ора реализуется при любой частоте вращения (V, поэтсниу можно использовать любые частоты относительно слабые магнитные поля If и измерять большие значения коэффициента вращательной вязкости. / , (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 К1дасталлы и др.) обладают большим коэффициентом вращательной вязкости, то предлагаемый способ может быть широко применим в химической, электронной, часовой промьшшенности и в научных экспериментальных Исследованиях. Формула изобретения Способ определения коэффициента вращательной вязкости жидких кристаллов, заключающийся в воздействии на жидкий кристалл вращающегося Viarнитиого поля и определении фазового . сдвига между вектором магнитной индукции и директором жидкого кристал- ла, отличающийся тем, что, с целью повышения точности определения и расширения диапазона измерения вргицательной вязкости жидких кристаллов в сторону больших значений вязкости, на жидкий кристалл в течение всего времени испытания дополнительно воздействуют постоянным магнитным полем, причем вектор магнитной индукции постоянного -маг нитного поля перпендикулярен плоскости вращения вращающегося магнитного поля.
Источники информации, принятие во внимание при экспертизе
1. Prost I.Gasparoux Н, Determination of bwist viscosity ot coef:ficient in the neroatic meso)hasis. Phys.Lett 36 A,N 3, p.245-246.
2. Авторское свидетельство СССР 731355, кл. QOIN 11/00, 1978 (прототип).
