Нанесение полимерно-дисперсных жидкокристаллических пленок в поле центробежных сил

Актуальность исследования определяется широким использованием жидких кристаллов в практических целях и проблемой создания жидкокристаллических пленок с заданными параметрами. Использование жидких кристаллов возможно, как правило, только в виде тонких пленок, от качества и воспроизводимости результатов которых зависят характеристики получаемого оптического затвора.

Целью работы являлось изучение метода центрифугирования и применение его при создании жидкокристаллических пленок с необходимой толщиной.

Описание метода

Метод нанесения пленок жидких кристаллов в поле центробежных сил позволяет регулировать толщину наносимого на стеклянные подложки слоя полимерно-дисперсных жидкокристаллических (ПДЖК) пленок, а также получать более тонкие пленки, чем при использовании метода полива.

Эксперименты проведены с помощью центрифуги «Прогресс», изготовленной в лаборатории (рис. 1). Наибольшая частота вращения ротора центрифуги – 12000 мин-1, при этом наибольшее центробежное ускорение – около 8000 g. Прибор позволяет регулировать частоту вращения бесступенча-то. Текущая частота отображается на дисплее и измеряется оптическим методом.

Рис. 1. Внешний вид центрифуги «Прогресс»

Хотелось бы отметить, что на малых скоростях центрифугирования слой полученной пленки неоднороден по толщине. Краевое утолщение занимает небольшую часть площади стеклянной пластины. С увеличением скорости краевое утолщение уменьшается по ширине и смещается все ближе к периферии пластины. Слой становится более однородным по толщине, которая также уменьшается. Для наносимой смеси имеется определенная критическая скорость, превышение которой не вызывает дальнейшего уменьшения толщины слоя. Этот момент соответствует равновесию когезионных и центробежных сил [1].

В табл. 1 представлена зависимость толщины полученных слоев ПДЖК-пленок от частоты вращения ротора центрифуги. Толщина изучаемых образцов измерялась с помощью поляризационного микроскопа ЛОМО «Микмед 5».

Таблица 1

Зависимость толщины получаемых ПДЖК-пленок от частоты вращения ротора

Зависимость толщины получаемых пленок от частоты вращения ротора приведена на рис. 2. Методом поляризационной микроскопии изучена текстура сформированных пленок, содержащих композитные наночастицы. Частицы получены методом газофазного синтеза [2]. Введенное количество наночастиц составляло 1 % от общего веса. На рис. 3 приведены полученные оптическим микроскопом изображения пленок с модификаторами.

Таблица 2

Зависимость времени открытия и закрытия ячейки ПДЖК-пленок от подаваемой частоты тока и частоты вращения при центрифугировании

Рис. 2. Зависимость толщины полученных ПДЖК-слоев от частоты вращения ротора центрифуги

Рис. 3. Фотографии текстур пленок с различными добавками, полученные оптическим микроскопом

В зависимости от частоты вращения центрифуги меняется толщина ПДЖК-пленок, чем больше частота оборотов при центрифугировании, тем тоньше слой наносимых ЖК-пленок. Вследствие этого изменяются оптико-временные характеристики ЖК-пленок (табл. 2), где T on и T off – времена включения и выключения жидких кристаллов). Из таблицы видно, что чем больше толщина пленки, тем больше временные характеристики. Так, при нанесении пленки на частоте 2000 мин^-1 времена отклика ЖК, допированных 2 масс. % AgSi при частоте подаваемого тока 10 Гц, составляют суммарно 10,2 мс, при частоте вращения 3000 мин^-1 – 5,2 мс, при 4000 мин^-1 – 4,2 мс. При частоте вращения 2000 мин^-1 времена отклика ЖК, допированных 2 масс. % TaSi при частоте подаваемого тока 10 Гц, составляют суммарно 50,4 мс, при частоте вращения 3000 мин^-1 – 40,4 мс, при 4000 мин^-1 – 30,4 мс.

Выводы

• 1.    Разработана методика нанесения ПДЖК-пленок методом центрифугирования.

• 2.    Описаны принципы метода, выведены закономерности частоты вращения и толщины получаемых пленок.

• 2.    С помощью установки проведены эксперименты по получению образцов ЖК, выявлены зависимости их оптовременных характеристик от толщины пленки.