Управление электрическим полем – путь к получению тонкопленочных оптических материалов.
Используя электрические (или магнитные) поля, традиционно применяемые для ориентации низкомолекулярных жидких кристаллов, можно (уже нетрадиционно!) управлять структурой ЖК полимеров в мезофазе, заставляя его мезогенные группы ориентироваться в нужном направлении. Tип ориентации мезогенных групп в этом случае определяется знаком величины анизотропии диэлектрической проницаемости ∆ɛ|| = ɛ || - ɛ^, где ɛ || и ɛ ^ - диэлектрические постоянные измеренные при параллельной (||) и перпендикулярной (^) ориентации длинных осей мезогенных групп. При ∆ɛ > 0 длинные оси мезогенов ориентируются вдоль электрического поля, при ∆ɛ < 0 перпендикулярно ему.
Схема на рис. 4 демонстрирует процесс ориентации нематического гребнеобразного полимера (при∆ɛ > 0), помещенного между двумя токопроводящими прозрачными стеклянными пластинами под действием электрического поля. Наблюдая за кинетикой процесса ориентации мезогенных групп по изменению интенсивности поляризованного света I, прошедшего через полимерную пленку (см. рис. 4), можно видеть, как мутный, сильно рассеивающий свет образец постепенно превращается в прозрачную пленку, структура которой может быть заморожена при охлаждении полимера и отключении электрического поля. Изображенная на рис. 4 структура, при которой мезогенные группы ориентируются перпендикулярно поверхности ячейки, называется гомеотропной. Используя ЖК полимеры с отрицательной анизотропией диэлектрической постоянной (∆ɛ < 0) получают иной характер ориентации мезогенных групп - их длинные оси располагаются вдоль поверхности стекол-электродов, это так называемая планарная структура. Такие высокоориентированные пленки по существу представляют собой твердые оптические элементы, характеризующиеся высокой оптической анизотропией (двойное лучепреломление, ∆n = 0,2-0,3), которые могут быть использованы для получения оптических материалов, таких, как фазовые пластинки, фазовые линзы, поляроиды и другие интересные тонкопленочные оптические материалы.
|
|
|
Холестерические ЖК полимеры - спектрозональные фильтры и циркулярные поляризаторы.
Среди ЖК полимеров особый интерес представляют холестерические пленки, образуемые холестерическими гребнеобразными сополимерами, которые обычно получают сополимеризацией мезогенных мономеров и хиральных (оптически активных), но необязательно мезогенных мономеров. Термин "хиральный" (от греч. хирос - рука) используется для описания структур, которые не могут быть совмещены со своим зеркальным изображением путем наложения друг на друга. Такие структуры асимметричны и вращают плоскость поляризации поляризованного света.
|
|
|
Наличие оптически активных звеньев в составе макромолекул стимулирует закручивание мезогенных групп и формирование надмолекулярной спиральной структуры, селективно отражающей свет определенного диапазона длин волн, λmax в соответствии с шагом спирали P (рис. 3, в). Варьируя состав сополимера можно менять шаг спиральной структуры и область селективного отражения света, поскольку (где - показатель преломления холестерика). Чем больше концентрация хиральных звеньев в сополимере, тем сильнее закручена спираль, тем меньше шаг спирали P. Таким образом, меняя концентрацию хиральных звеньев можно в широких пределах варьировать λmax (от 300 до 10˄4 нм), получая спектрозональные оптические фильтры и отражатели для ИК-, видимой и УФ-областей спектра. Причем направление поляризации прошедшего через пленку света противоположно закрутке спирали, что делает такие пленки эффективными циркулярными поляризаторами.
Существенным преимуществом полимерных ЖК соединений перед низкомолекулярными жидкими кристаллами является возможность получения многослойных тонкопленочных материалов с необычными оптическими свойствами.
|
|
|
ЖК полимеры как управляемые оптически активные среды для записи информации.
Наряду с использованием ЖК полимеров в качестве материалов для пассивных оптических элементов, когда в основном эксплуатируются оптические свойства этих материалов, заданные внешними полями единожды на этапе их изготовления, ЖК полимеры могут применяться и в активных управляемых элементах. Проиллюстрируем это на примере термооптической записи информации на гомеотропно ориентированной пленке гребнеобразного смектического ЖК полимера (рис. 5, а); основные цепи на рисунке для упрощения не показаны.
Исходная прозрачная пленка ЖК полимера с гомеотропной ориентацией мезогенных групп (созданной, как указано выше, воздействием электрического поля) (рис. 5, а) подвергается воздействию лазерного луча, который создает места локального перегрева полимера выше его Tпр . В этих местах ЖК полимер плавится, переходя в изотропный расплав, при этом, естественно, нарушается гомеотропная ориентация мезогенных групп (рис. 5, б ). Охлаждение пленки (например, за счет перемещения лазерного луча) приводит к самопроизвольному формированию ЖК фазы, сильно рассеивающей свет на фоне прозрачной пленки, что равносильно записи определенного объема информации (рис. 5, в). Освещение такой пленки расфокусированным лучом лазера позволяет спроектировать записанное изображение на экран. На рис. 5, г показаны примеры записи геометрических фигур на пленке ЖК полимера. Возможно также использование для этих целей и холестерических полимерных пленок, которые в комбинации с циркулярными правыми и левыми поляризаторами дают возможность менять цвет записанных символов и цвет фона, на котором ведется запись.
|
|
|
Несмотря на то что быстродействие ЖК полимерных пленок невелико (секунды, десятые доли секунд), они представляют интерес для записи и долговременного (архивного) хранения информации, получения микрофиш, картографирования и использования в системах микрографии.
Дата добавления: 2018-09-22; просмотров: 1196; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!