Влияние электропроводности на низкочастотную диэлектрическую поляризацию жидкого кристалла 4–цианофениловый эфир 4’–н–октилокси-бензойной кислоты

Злыгостев Антон Викторович — Mon, 15 Jun 2015 14:01:00 +0000

Изучение механизма диэлектрической поляризации жидких кристаллов (ЖК) в низкочастотном диапазоне имеет большой научный и практический интерес в связи с широким применением их в различных областях науки и техники. Диэлектрические параметры жидких кристаллов, связанные с дебаевскими релаксационными процессами, довольно подробно исследованы. Что касается потерь, связанных с электропроводностью при низких частотах электрического поля, то его влияние на низкочастотную диэлектрическую поляризацию требует специального анализа и изучения.
При низких частотах, когда мы имеем дело с собственной электропроводностью образца. С понижением частоты электрического поля, начиная с некоторой частоты, эффективные значения действительной и мнимой частей диэлектрических проницаемостей возрастают. Диэлектрические потери при этом становятся равными потерям за счет собственной проводимости. Поэтому удельная электропроводность является основным параметром, характеризующим диэлектрические свойства ЖК. Для измерения собственной электропроводности мезоморфных веществ в ориентированном и неориентированном состояниях существуют несколько методов. Эти методы основаны на измерении тока, проходящего через вещество, с помощью интегрирующего электрометрического усилителя, а также мостовые методы [1, с. 66]. Измерение в ориентированном состоянии производится с помощью металлической ячейки, выполненной в виде плоского конденсатора с обкладками из коррозионностойкого материала. Расстояние между электродами не может быть слишком малым, так как при электродных областях образуются двойные электрические слои, которые искажают истинные значения . Объем ячейки выбирают исходя из соображений экономии изучаемого жидкого кристалла. Разработанная нами методика и сконструированная измерительная ячейка, которые описаны [2, с. 99], вполне отвечают вышеуказанным требованиям для измерения электропроводности жидких кристаллов.
В настоящей работе изучены низкочастотные дисперсии и для положительно анизотропного ЖК в диапазоне частот 10¹10⁵Гц в мезофазе и изотропно-жидкой фазе. По данным вычислялась собственная электропроводность ЖК, как функция частоты электрического поля (табл. 1).
, (Омсм)^–1.

Таблица 1. Химическое название, температуры фазового перехода и электропроводность в направлении параллельной оптической оси исследованного ЖК

Химическое название	t, C фаз. пер. Кр.- Нем.- Из.	t_, С	, См/м	t_, С	,См/м
4–цианофениловый эфир 4’–н–октилокси-бензойной кислоты	72,0 – 85,5	74,0	4,110^–9	80,0	8,2510^–9

Из табл.1 видно, что электропроводность изученного ЖК в зависимости от температуры изменяется. Диапазон изменения значений собственной электропроводности определяется степенью чистоты вещества, так как в зависимости от способа химического синтеза ЖК содержат в себе следы – остатки органических веществ.

В общем случае диэлектрические потери   складываются из потерь, связанных с собственной электропроводностью образца
, и потерь при дипольной релаксации  .
На рис. 1 и 2 представлены зависимости  и  от частоты при двух температурах существования мезофазы и изотропной фазы для исследованного ЖК. Из приведенных кривых видно, что диэлектрическая проницаемость ЖК, когда , имеет равновесные значения. Далее с понижением частоты электрического поля обнаружен рост составляющей диэлектрических проницаемостей и  в мезофазе (в качестве примера на рис.1 приведено для  и ), а также  в изотропной фазе (рис.2). Приведенные кривые показывают, что рост и  при низких температурах начинается при более низких частотах. С увеличением температуры мезоморфного образца частота, при которой начинается рост  и , смещается в область более высоких частот. Это связано с тем, что при низких температурах значение электропроводности мало и поэтому его влияние на частотный ход кривой  и  значительно меньше, чем при высоких температурах. При этом рост ,  и  сопровождается потерями проводимости ,  и , значение которых также зависят от собственной электропроводности ЖК.
Таким образом, результаты исследования показывают, что ширина интервала равновесных значений диэлектрической проницаемости жидких кристаллов в переменном электрическом поле непосредственно зависит от величины собственной электропроводности [3, с. 37].

Рис. 1. Зависимости e_эфф и tgδ от частоты в мезофазе при температуре 1-74°C; 2-83°C.

Рис. 2. Зависимости e_эфф и tgδ от частоты в изотропной фазе при температуре – 86°C

Метод, предложенный в работе [4, с.45] позволяет исключить влияние сквозной проводимости на диэлектрическую проницаемость. Согласно этому методу построение зависимости действительной части диэлектрической проницаемости от показывает, что рост связан только с влиянием сквозной проводимости, и позволяет определить равновесное значение диэлектрической проницаемости в мезофазе и изотропно жидкой фазе.

Рис. 3. Зависимости e_эфф от в мезофазе и изотропной фазе при температурах t_, °С: 1,1′ – 74,0; 2,2′ – 83,0; 3 – 86,0.

В качестве примера на рис. 3 представлена зависимость от для ЖК в нематической ( и ) и изотропно-жидкой () фазах. Точка, где пересекается прямая с осью ординаты дает равновесное значение диэлектрической проницаемости. Равновесные значения , полученные согласно методу [4, с. 57], достаточно хорошо совпадают со значениями, полученными при средних частотах электрического поля.

Электронный научно-практический журнал «Современные научные исследования и инновации» » intrinsic conductivity

Влияние электропроводности на низкочастотную диэлектрическую поляризацию жидкого кристалла 4–цианофениловый эфир 4’–н–октилокси-бензойной кислоты