Микрополосковые резонаторы и их применение для исследований диэлектрических свойств жидких кристаллов

Обнаружено, что для ЖК из группы алкилцианобифенилов в нематическом и в изотропном состоянии на высокочастотном склоне ориентационной части диэлектрического спектра вблизи 300 МГц наблюдается дополнительная дисперсионная область, обусловленная диэлектрическими резонансами. Установлены характерные частоты резонансов (f 160, 280, 360, 450, 550, 650 МГц), которые не зависят от типа мезогенов. Показано, что эти резонансы приводят к изменению не только величины, но и знака диэлектрической анизотропии ЖК 5СВ. Обнаруженные резонансы связываются с конформационными переходами ближайших к жесткому остову молекулы секторов алкильной цепи, которые, в соответствии с данными ЯМР имеют времена для 1 и 2 сектора 310-9 с, для 3 и 4 1,610-9 с.

Проведены экспериментальные исследования влияния длины алкильных цепей и изменений молекулярной структуры ароматического остова циансодеpжащих молекул некоторых жидких кристаллов на их диэлектрические оптические и релаксационные свойства. Показано, что наблюдаемые изменения характерных времен релаксации связаны с изменением коэффициента молекулярной упаковки мезофаз. Установлено, что в ЖК с короткими «хвостовыми» группами n = 3 перпендикулярная компонента ДП может быть описана тремя дискретными временами релаксации. Для жидкокристаллических соединений с более длинными алкильными группами установлено, что диэлектрический спектр может быть описан с помощью ФРВР, максимумы которой указывают на характерные времена релаксации вращения молекул и вклад от внутримолекулярных движений алкильных групп.

Разработаны два численных алгоритма для восстановления ФРВР из измеренных диэлектрических спектров действительной и мнимой компонент ДП жидких кристаллов. Оба метода апробированы с использованием ЖК 5СВ, 7СВ, 7ОСВ и МББА. Показано, что предложенный метод получения информации о диэлектрических характеристиках и временах релаксации ЖК дает качественно и количественно правильные результаты.

Показано, что измерительные датчики на основе микрополосковых резонаторов могут быть с успехом использованы для изучения таких сложных объектов, как полимеры биологического происхожения и капсулированные в поровые матрицы жидкие кристаллы. Проведены частотные и температурные исследования полимера-полиоксибутирата и некоторых сополимеров, находящихся в твердом состоянии и в виде их растворов в хлороформе. Диэлектрическая проницаемость измеренных образцов имеет величину 2,23 2,28. Результаты проведенных экспериментальных исследований позволяют утверждать, что достаточно высокие значения диэлектрических инкрементов растворов, а также обнаруженная их сильная зависимость от средневесовой молекулярной массы обусловлены изгибными механизмами поляризации полимерных цепей.

Получен и исследован композит жидкого кристалла 7СВ с биополимером. Выявлен факт существования диэлектрической анизотропии этого композита.

Предложена простая методика диэлектрических измерений пористых матриц с цилиндрическими порами и способ вычисления диэлектрической проницаемости матрицы и образца ЖК, введенного в поры.

ЦИТИРУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА

Беляев Б.А.,Журавлев В.А., Кириченко В.И. и др. Исследование диэлектрических свойств солевых растворов на СВЧ с помощью микрополоскового резонатора. - Красноярск: ИФ. 1989. - 55 с. (Препринт №547 Ф АН СССР. Сиб. отд-ние, Ин-т физики им. Л.В. Киренского).

Беляев Б.А., Тюрнев В.В.Способ измерения диэлектрической проницаемости подложки // Авт. Свидетельство СССР №1800335. 1993. - БИ № 9.

Фрелих Г. Теория диэлектриков. - М.: Издательство иностранной литературы, 1960. - 251 c.

Maier W., Meier. G.Eine eimache theorie der dielektrischen eigenschanen homogen orientierter kristallinfiussiger phases desnematisches typs // Naturforsch. 1961. V.16a. P. 262267.

Nordio P.L., Rigatti G., Serge U. Dielectric relaxation theory in nematic liquids // Mol.Phys.-1073.-V.25.-N.1.P.129136.

Cole R.N. Theories dielectric polarization and relaxation. В кн. “Progress in dielectric” vol.3. London: 1961,- 246 p.

Alvarez F., Alegria A., Colmenero J. A new method for obtaining distribution of relaxation times from frequency relaxation spectra // J.Chem.Phys. 1995. V.103. No.2. P. 798806.

Ктиторов С.А. Об определении функции распределения времен релаксации по диэлектрическим потерям // Письма в ЖТФ. 2003.Т. 29. №22. C. 7479.

Makimoto M.,. Yamashita S. Compact Bandpass Filters Using Stepped Impedance Resonators // IEEE Trans. On Microwave Theory and Techniques. 1979 vol. MTT-67. №1. p. 1619.

Bose T.K., Campbell B., Yagihara S., Thoen.J. Dielectric relaxation study of alkylcyanobiphenyl liquid crystals using time-domain spectroscopy // Phys.Rev. A 1987. V.16.No. 12. P. 5767

Ferrarini A., Nordio P.L. Molecular motion of 4-n-alkyl-4`-cyanobiphenyls in liquid crystal phases // Mol.Cryst.Liq.Cryst. 1991V.198. P. 159???.

Захаров А.В., Миранцев Л.В. Динамические и диэлектрические свойства жидких кристаллов // ФТТ.2003. Т.45. №1. С. 174179.

Смирнов В.И. Курс высшей математики М: Государственное изд. Технико теоретической литературы, 1951.- Т.4. 803 с.

Основные публикации по теме диссертации

Беляев Б.А., Дрокин Н.А., Шепов В.Н. Применение микрополосковых резонаторов для исследования диэлектрических свойств жидких кристаллов на СВЧ // ЖТФ.1995. T. 65. Вып. 2 С. 189197.

Беляев Б.А., Дрокин Н.А., Тюрнев В.В., Шепов В.Н. СВЧ ячейка для измерения диэлектрической проницаемости жидкости // Авт. свидетельство на полезную модель РФ №3829. 1997. Б.И. №10.

Беляев Б.А., Дрокин Н.А., Шепов В.Н., Шабанов В.Ф. Особенности диэлектрических спектров жидкого кристалла 5СВ в дециметровом диапазоне длин волн // Письма в ЖЭТФ 1997T. 66. Вып. 4. с. 251253.

Беляев Б.А., Дрокин Н.А., Шепов В.Н., Шабанов В.Ф. Исследование СВЧ-диэлектрической проницаемости жидких кристаллов в электрических и магнитных полях // ЖТФ.1998.Т. 68. Вып. 1 С. 117121.

Беляев Б.А., Волова Т.Г, Дрокин Н.А., Шепов В.Н. СВЧ-диэлектрическая проницаемость полиоксибутирата-деградируемого полимера// Докл. АН. - 2000. Т. 370. В. 6. С. 828831.

Беляев Б.А., Дрокин Н.А., Шабанов В.Ф., Шепов В.Н. Диэлектрическая анизотропия жидкого кристалла 5ЦБ в дециметровом диапазоне длин волн // ФТТ. - 2000 Т. 42.№ 3. С. 564556.

Беляев Б.А., Дрокин Н.А., Шабанов В.Ф., Шепов В.Н. Диэлектрическая проницаемость жидких кристаллов группы алкилцианобифенилов в дециметровом диапазоне длин волн // ФТТ. - 2000 Т. 42.№ 5. С. 956958.

Беляев Б.А., Волова Т.Г, Дрокин Н.А., Шепов В.Н. Исследование диэлектрической проницаемости в диапазоне сверхвысоких частот деградируемого биополимера полиоксибутирата// Биофизика.2000. T. 45. B. 4. C. 636640.

Belyaev B.A., Drokin N.A., Shabanov V.F., Shepov V.N. Dielectric Anisotropy of Nematic 4Pentil4Cyanobiphenyl // Mol. Cryst. Liq. Cryst. 2001.V. 366. p. 21572164.

Шепов В.Н., Дрокин Н.А. Каскадное соединение микрополосковых фильтров кондуктивно-индуктивной связью // Электронная техника. Сер. 1. СВЧ- техника. 2002.В. 1 С. 3236

Беляев Б.А., Дрокин Н.А., Шабанов В.Ф., Шепов В.Н., Исследование высокочастотных диэлектрических спектров жидких кристаллов серий nCB, nOCB// ЖТФ. - 2002 Т. 72.№ 4. С. 99102.

Беляев Б.А., Дрокин Н.А., Волова Т.Г. Шепов В.Н. Диэлектрическая проницаемость растворов биополимеров-полиоксиалканоатов // Изв. вузов. Физика.2002. №4. C. 6368.

Беляев Б.А., Дрокин Н.А., Шепов В.Н., Шабанов В.Ф. Особенности аппроксимации диэлектрических спектров жидких кристаллов группы алкилцианобифенилов // ФТТ 2002.Т. 45.В. 3.С. 567571.

Беляев Б.А., Дрокин Н.А., Шабанов В.Ф. Диэлектрические и оптические свойства жидких кристаллов 5-пропил-(2n-цианфенил) пиридин //ФТТ. 2002 Т. 45. В. 4. С. 756760.

Беляев Б.А., Дрокин Н.А., Шабанов В.Ф., Шепов В.Н. Особенности аппроксимации диэлектрических спектров жидких кристаллов группы алкилцианобифенилов // ФТТ. - 2003 Т. 45.№ 3. С. 567571.

Беляев Б.А., Дрокин Н.А., Шабанов В.Ф. Диэлектрические и оптические свойства жидкого кристалла 5-пропил-2-(n-цианфенил)-пиридин // ФТТ. - 2003 Т. 45.№ 4. С. 756760.

Belyaev B.A., Drokin N.A. Dielectric dispertion of liquid crystals with cyclohexane and bicyclooctane rings in the core // Proc.SPIE of XV Conference on Liq. Cryst. Zakopane, Poland. 2003. V. 4759. P. 282285.

Размещено на Allbest.ru