|
Реферат
Сторінок — 54.
Рисунків — 14.
Використаних джерел — 12.
В дипломній роботі описано структуру, фізичні і оптичні властивості рідких кристалів. Розроблено метод дослідження поля випромінювання розсіяного рідкими кристалами в момент фазового переходу рідина — рідкий кристал для різних товщин. Проведено вимірювання флуктуацій інтенсивності.
Описано експериментальна установка та методика вимірювань, зроблено висновки із отриманих результатів.
Зміст
Вступ………….......................................................................................................5
1. Властивості рідких кристалів……………………….................7
1.1 Історія рідких кристалів..............................................................................7
1.2 Структура рідких кристалів ………………..............................................11
1.3 Загальні властивості рідких кристалів ……...........................................14
1.4 Фізичні властивості ……….........................................................................16
1.4.1 Теплові властивості……................................................................................16
1.4.2 Електричні властивості……..........................................................................20
1.4.3 Магнітні властивості……..............................................................................22
1.5 Оптичні властивості……............................................................................23
1.5.1 Загальні оптичні властивості…….................................................................23
1.5.2 Оптика нематиків……....................................................................................25
1.5.3 Оптика смектиків ……...................................................................................28
1.5.4 Оптика холестериків…...................................................................................29
1.6 Основні напрямки дослідження рідких кристалів..........................…...30
2. Стохастичні та хаотичні коливання …….............................33
2.1 Історія………..................................................................................................33
2.2 Визначення хаосу...........................................................................................34
2.3 Різновиди хаосу..............................................................................................34
2.3.1 Класичний динамічний хаос..........................................................................34
2.3.2 Статистичний опис. Дисипативнй хаос........................................................37
2.4 Розмірність…….............................................................................................38
2.5 Процедура Пакарда-Такенса для обчислення розмірності…….……..41
3. Експериментальна частина .................................................…...43
3.1 Мета експерименту.......................................................................................43
3.2 Схема експерименту.....................................................................................44
3.3 Будова кювети................................................................................................45
3.4 Пристрій для охолодження та прикладання напруги...........................46
3.5 Методика експерименту..............................................................................47
3.6 Результати експерименту............................................................................47
Висновки...............................................................................................................54
Список використаної літератури ........................................................55
|
|
Вступ
На даний час використання рідких кристалів в техніці базується на їх оптичних властивостях. До особливостей оптичних властивостей рідких кристалів можна віднести - сильна анізотропія, специфічна урівноваженість молекулярної структури, чутливість до зовнішніх дій, наявність складних закручених структур, селективно діючих на світло з певною частотою і поляризацією і т. д. Ці властивості роблять їх досить перспективними середовищами для практичних використань в оптичних приладах. В цей час найбільш широко використовується дія статичних полів на структури рідких кристалів, яка приводить до зміни властивостей світла, що проходить: різні індикатори, датчики, детектори, прилади відображення, керуючі світлофільтри, затвори і модулятори як амплітудної так і поляризованої дії.
Особливо перспективним є створення нелінійно-оптичних приладів на рідких кристалах. Перед усім тут треба відмітити область використання, уже освоєну в статистичних полях - це нелінійні дзеркала, затвори, фільтри, світло індуковані часові і просторові модулятори. Так, в роботі (2) була здійснена перенастройка частоти в лазері на барвнику з Брегівським дзеркалом на основі холестеричних рідких кристалів. В (1) досліджувалась термооптична фазова модуляція світла фототропним рідкокристалічним середовищем під дією імпульсного лазерного випромінювання, густина енергії в яких, необхідна для перемикання рідкокристалічного затвору, може бути знижена до 0.001 дж/см2, а час включення до декількох мікросекунд.
Специфіка нелінійних оптичних взаємодій в рідкому кристалі дає основу надіятись на можливість їх нових використань в таких технічних приладах , як перетворювачі частот, генератори світла, управляючі елементи, системи адаптивної оптики. Перспективною є можливість отримання тонкошарових (втому числі планарних ) малоенергоємких (як наслідок рухомості структури під дією світла і великих ангармонізмів середовища) елементів для управління лазерним випромінюванням і для його зміни .
Рідкі кристали — це рідини, у яких має місце визначений порядок розташування молекул і, як наслідок цього, анізотропія механічних, електричних, магнітних і оптичних властивостей. І хоча рідкі кристали (мезофази) підсумовують у собі властивості твердого тіла й ізотропної рідини, електро- і магнітооптичні явища в них дуже специфічні і, як правило, не мають відповідних аналогів у твердій і ізотропно-рідкій фазах.
Особливо часто в техніці використовують фазовий перехід рідина - рідкий кристал, чи рідкий кристал - рідина, за рахунок того, що в процесі переходу змінюються оптичні властивості речовини. Цей процес має певну тривалість і відноситься до класу перехідних процесів, що описуються теорією хаотичних та стохастичних коливань. Тому дослідження цього процесу досить актуальні.
Метою дипломної роботи було дослідження хаосу та складності в полі випромінювання, розсіяного рідким кристалом під час фазового переходу.
Для досягнення даної мети вирішувалися наступні задачі:
• огляд літератури по будові та властивостях рідких кристалів, по основах теорії стохастичних і хаотичних коливань;
• розробка методу дослідження флуктуацій інтенсивності поля випромінювання розсіяного рідкими кристалами;
• розробка та виготовлення установки для дослідження світлорозсіювання на рідких кристалах;
• проведення експериментальних досліджень максимального показника Ляпунова та кореляційного експонента флуктуацій інтенсивності поля випромінювання розсіяного рідким кристалом в момент фазового переходу рідина - рідкий кристал в залежності від товщини кювети.
1.Властивості рідких кристалів
1.1. Історія рідких кристалів
Ми будемо розглядати незвичайні властивості рідких кристалів. Як же вони були виявлені? Адже, не володіючи сучасною величезною інформацією про будову матерії, дуже важко повірити, що такі, здавалося б, що взаємно виключаючі один одного властивості можуть виявлятися в однієї речовини. Тому, імовірно, дослідники вже дуже давно зіштовхувалися з рідкокристалічним станом, але не усвідомлювали цього. Проте існування рідких кристалів було встановлено дуже давно, майже сторіччя тому назад, а саме в 1888 році.
Першим, хто знайшов рідкі кристали, був австрійський учений-ботанік Рейнітцер [8]. Досліджуючи нову синтезовану ним речовину холестерилбензоат, він знайшов, що при температурі 145° С кристали цієї речовини плавляться, утворуючи рідину , що сильно розсіює світло. При продовженні нагрівання по досягненні температури 179°С рідина просвітлюється, тобто починає поводитися в оптичному відношенні, як звичайна рідина, наприклад вода. Несподівані властивості холестерилбензоат виявляв у мутній фазі Розглядаючи цю фазу під поляризаційним мікроскопом, Рейнитцер знайшов, що вона володіє двопроменезаломленням. Це означає, що показник переломлення світла, тобто швидкість світла в цій фазі, залежить від поляризації.
Нагадаємо, що лінійно поляризованим світлом, чи як часто говорять, поляризованим світлом, називають світло (електромагнітну хвилю), електричне поле якої в процесі поширення залишається лежачим у деякої незмінній у просторі площини. Цю площину прийнято називати площиною поляризації світла. А опису орієнтації в просторі цієї площини досить для опису лінійної поляризації світла. Оскільки в площині поляризації лежить і напрямок поширення хвилі, то для завдання лінійної поляризації досить одного параметра, а саме кута, що визначає орієнтацію цієї площини в просторі.
Явище двопроменезаломлення-це типово кристалічний ефект, що будується на тім, що швидкість світла в кристалі залежить від орієнтації площини поляризації світла. Істотно, що вона досягає екстремального максимального і мінімального значень для двох взаємно ортогональних орієнтацій площини поляризації. Зрозуміло, орієнтації поляризації, що відповідають екстремальним значенням швидкості світла в кристалі, визначаються анізотропією властивостей кристала й однозначно задаються орієнтацією кристалічних осей щодо напрямку поширення світла.
Тому сказане пояснює, що існування двопроменезаломлення в рідині, що повинна бути ізотропною, тобто що її властивості повинні бути незалежними від напрямку, уявлялось парадоксальним. Найбільш правдоподібним у той час могло здаватися наявність у мутній фазі малих часточок, що нерозплавилися, що і були джерелом двопроменезаломлення. Однак більш детальні дослідження, до яких Рейнітцер залучив відомого німецького фізика Лемана, показали, що мутна фаза не є двухфазной системою, тобто не містить у звичайній рідині кристалічних включень, а є новим фазовим станом речовини. Цьому фазовому стану Леман дав назву «рідкий кристал» у зв'язку з властивостями рідини і одночасно кристала. Вживається також і інший термін для назви рідких кристалів. Це — «мезофаза», що буквально означає «проміжна фаза».
У той час існування рідких кристалів представлялося якимсь курйозом, і ніхто не міг припустити, що їх очікує майже через сто років велике майбутнє в технічних додатках. Тому після деякого інтересу до рідких кристалів відразу після їхнього відкриття про них через якийсь час практично забули.
Проте уже в перші роки були з'ясовані багато інших дивних властивостей рідких кристалів. Так, деякі види рідких кристалів мали незвичайно високу оптичну активність. Оптичною активністю називають здатність деяких речовин обертати площину поляризації пройшовшого через них світла. Це означає, що лінійно поляризоване світло, поширюючи в таких середовищах, змінює орієнтацію площини поляризації. Причому кут повороту площини поляризації прямопропорційний шляху. Було дивним не тільки те, що величина обертальної здатності для рідких кристалів могла в сотні і тисячі разів перевершувати цю величину для найбільш оптично активних кристалів, таких, як, наприклад кварц, але і те, що залежність обертання площини поляризації від довжини хвилі світла в рідких кристалах була зовсім незвичайною.
Дивними були також і інші властивості, такі, як сильна температурна залежність названих характеристик, їхній дуже висока чутливість до зовнішніх магнітних і електричних полів і т д. Але перш ніж намагатися пояснити перераховані властивості, необхідно зрозуміти, як побудовані рідкі кристали, і, зокрема, ознайомитися з їх структур
|
На уровень вверх
Купить