Жидкокристаллический оптический затвор для витражей и окон

Жидкокристаллический оптический затвор для витражей и окон

Автор: Денисова Ольга Аркадьевна

Журнал: Нанотехнологии в строительстве: научный интернет-журнал @nanobuild

Рубрика: Результаты исследований ученых и специалистов

Статья в выпуске: 5 т.14, 2022 года.

Бесплатный доступ

Введение. Жидкий кристалл как наноматериал нашел применение в науке, технике и технологиях. Уникальные физические свойства жидких кристаллов делают их чувствительными к внешним воздействиям. В статье представлены результаты экспериментального исследования флексоэлектрического эффекта в жидком кристалле при возникновении сдвиговых деформаций, тонкие слои которых могут служить оптическим затвором для витражных окон зданий. Материалы и методы. Использовались нематические жидкие кристаллы с гомеотропной ориентацией молекул толщиной 10÷100 мкм методом двойного лучепреломления. Частота сдвигового воздействия 1 кГц. Методы. Экспериментальная ячейка собиралась из двух стеклянных пластин в виде плоского конденсатора, между стеклами помещались прокладки, которые и задавали толщину образца. Сбоку от предметного столика микроскопа располагался источник сдвиговых колебаний, который соединялся с ЖК-ячейкой при помощи тонкого волновода. Результаты и обсуждение. Согласно геометрии задачи, директор направлен вертикально параллельно оси Z, вектор скорости колебаний пластины - горизонтально по оси X. Ориентация молекул жидкого кристалла в объеме характеризуется углом θ. Между подвижной и неподвижной подложками ЖК-ячейки распространяется упруго-вязкая волна, которая приводит к возмущению начальной гомеотропной ориентации поля директора. Получены зависимости первой и второй гармоник ЭДС, индуцируемой сдвигом, а также оптического сигнала от скорости колебания пластины. Они имеют пороговый характер возникновения при критической скорости Uс~8 мм/с, при этом молекулы жидкого кристалла ориентируются под углом θc. Температурные зависимости гармоник ЭДС вдали от фазового перехода нематик - изотропная жидкость показали, что при приближении к фазовому переходу регрессия сигнала U1ω прекращается, а затем его значение возрастает вплоть до температурного перехода нематик - изотропное состояние TNI. Величина оптического сигнала I2ω/Io(T), приближаясь к фазовому переходу, возрастает, что объясняется ростом амплитуды колебания директора Θd. Заключение. В статье рассмотрен флексоэлектрический эффект, наблюдаемый в тонких слоях нематических жидких кристаллов с гомеотропной ориентацией молекул, помещенных между двумя стеклянными пластинами. Возникновение эффекта имеет пороговый характер, критическая скорость деформации около 8 мм/с. Рассмотрены условия и параметры воздействия (амплитуда сдвига, температура образца) на ячейку-конденсатор для различных жидких кристаллов. Предлагается использовать полученные результаты для создания оптического затвора (шторка) для витражей или окон зданий и сооружений.

Еще

Жидкие кристаллы, флексоэлектрический эффект, акустооптический эффект, флексоэлектрическая поляризация, ориентационный переход

Короткий адрес: https://sciup.org/142236267

IDR: 142236267   |   DOI: 10.15828/2075-8545-2022-14-5-419-429

Список литературы Жидкокристаллический оптический затвор для витражей и окон

  • Yakovkin I., Lesiuk A. Director orientational instability in a planar flexoelectric nematic cell with easy axis gliding. Journal of Molecular Liquids. 2022; 363: 119888. Available from: https://doi.org/10.1016/j.molliq.2022.119888
  • Denisova O.A. Nonlinear dynamics of liquid crystal: ultrasonic light modulator. In the collection: IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 16. In collection “Dynamics of Technical Systems, DTS 2020”. 2020. 012026. Available from: https://doi.org/10.1088/1757-899X/1029/1/012026
  • Petrov A.G. Flexoelectricity and Mechanotransduction. Current Topics in Membranes. 2007; 58: 121–150. Available from: https://doi.org/10.1016/S1063-5823(06)58005-6
  • Denisova O.A. One of the scenarios of transition to the turbulent mode of the flow of liquid crystals. In the collection: Journal of Physics: Conference Series. II International Scientific Conference on Metrological Support of Innovative Technologies (ICMSIT II-2021). 2021. 22020. Available from: https://doi.org/10.1088/1742-6596/1889/2/022020
  • Sukigara C., Mino Y. Measurement of oxygen concentrations and oxygen consumption rates using an optical oxygen sensor, and its application in hypoxia-related research in highly eutrophic coastal regions. Continental Shelf Research. 2021; 229: 104551. Available from: https://doi.org/10.1016/j.csr.2021.104551
  • Denisova O.A. Factors influencing flexoelectric polarization in liquid crystals. В сборнике: Journal of Physics: Conference Series. In the collection: “International Scientific Conference Energy Management of Municipal Facilities and Sustainable Energy Technologies”. 2020. 012104. Available from: https://doi.org/10.1088/1742-6596/1614/1/012104
  • Itoh T., Izu N. Effect of Pt electrodes in cerium oxide semiconductor-type oxygen sensors evaluated using alternating current. Sensors and Actuators B: Chemical. 2021; 345: 130396. Available from: https://doi.org/10.1016/j.snb.2021.130396
  • Denisova O.A. Application of the flexoelectric effect in liquid crystals to create acousto-optic transducers. In the collection: Journal of Physics: Conference Series. International Conference “Information Technologies in Business and Industry”. 2019. 062004. Available from: https://doi.org/10.1088/1742-6596/1333/6/062004
  • Hossain F., Cracken S. Electrochemical laser induced graphene-based oxygen sensor. Journal of Electroanalytical Chemistry. 2021; 899: 115690. https://doi.org/10.1016/j.jelechem.2021.115690
  • Dong Y., Liu Z. A limiting current oxygen sensor with 8YSZ solid electrolyte and (8YSZ)0.9(CeO2)0.1 dense diffusion barrier. Journal of Alloys and Compounds. 2021; 885: 160903 Available from: https://doi.org/10.1016/J.JALLCOM.2021.160903
  • Vanderlaan M., Brumm T. Oxygen sensor errors in helium-air mixtures. Cryogenics. 2021; 116: 103297. Available from: https://doi.org/10.1016/j.cryogenics.2021.103297
  • Eberhart M., Loehle S. Transient response of amperometric solid electrolyte oxygen sensors under high vacuum. Sensors and Actuators B: Chemical. 2020; 323: 128639. Available from: https://doi.org/10.1016/j.snb.2020.128639
  • Shan K., Yi Z. Mixed conductivity evaluation and sensing characteristics of limiting current oxygen sensors. Surfaces and Interfaces. 2020; 21: 100762. Available from: https://doi.org/10.1016/j.surfin.2020.100762
  • Denisova O.A., Abramishvili R.L. Nonlinear orientational effect in liquid crystals to create a linear displacement sensor. In the collection: MATEC Web of Conferences. 2017. 02008. Available from: https://doi.org/10.1051/matecconf/201713202008
  • Luo M., Wang Q. A reflective optical fiber SPR sensor with surface modified hemoglobin for dissolved oxygen detection. Alexandria Engineering Journal. 2021; 60(4): 4115–4120. Available from: https://doi.org/10.1016/J.AEJ.2020.12.041
  • Luo N., Wang C. Ultralow detection limit MEMS hydrogen sensor based on SnO2 with oxygen vacancies. Sensors and Actuators B: Chemical. 2022; 354: 130982. Available from: https://doi.org/10.1016/J.SNB.2022.09.184
  • Denisova O.A. Application of nonlinear processes in liquid crystals in technical systems. In the collection: AIP Conference Proceedings. XV International Scientific-Technical Conference “Dynamics of Technical Systems”, DTS 2019. 2019. 030003. Available from: https://doi.org/10.1063/1.5138396
  • Marland J., Gray M. Real-time measurement of tumour hypoxia using an implantable microfabricated oxygen sensor. Sensing and Bio-Sensing Research. 2020; 30: 100375. Available from: https://doi.org/10.1016/j.sbsr.2020.100375
  • Weltin A., Kieninger J. Standard cochlear implants as electrochemical sensors: Intracochlear oxygen measurements in vivo. Biosensors and Bioelectronics. 2022; 199: 113859. Available from: https://doi.org/10.1016/j.bios.2021.113859
  • Denisova O.A. Measuring system for liquid level determination based on linear electro-optical effect of liquid crystal. In the collection: XIV International Scientific-Technical Conference “Dynamics of Technical Systems”, DTS 2018. MATEC Web of Conferences. 2018. 02005. Available from: https://doi.org/10.1051/matecconf/201822602005
  • Akasaka S., Amamoto Y. Limiting current type yttria-stabilized zirconia thin-film oxygen sensor with spiral Ta2O5 gas diffusion layer. Sensors and Actuators B: Chemical. 2021; 327: 128932. Available from: https://doi.org/10.1016/j.snb.2020.128932
  • Phan T.T., Tosa T., Majima Y. 20-nm-Nanogap oxygen gas sensor with solution-processed cerium oxide. Sensors and Actuators B: Chemical. 2021; 343: 130098. Available from: https://doi.org/10.1016/j.snb.2021.130098
  • Grigoriev V.A., Zhelkobaev Zh.I., Kaznacheev A.V. Investigation of flexoelectric effect in MBBA in strong electric fields. Phys. solid. bodies. 1982; 24(10): 3174–3176. Available from: https://doi.org/10.1002/J.2168-0159.2014.TB00084.X
  • Bahadur B. Handbook of liquid crystals. Liquid crystals: Applications and Uses. 2014: 1. Available from: https://doi.org/10.1142/1013
  • Marcerou J.P., Prost J. Flexoelectricity in isotropic phases. Physics Lett. 1978; 66A (3): 218–220. Available from: https://doi.org/10.1016/0375-9601(78)90662-X
  • Blinov L.M. Structure and properties of liquid crystals. Springer: 2011. Available from: https://doi.org/10.1007/978-90-481-8829-1
Еще
Статья научная
QR-код для установки приложения SciUp Наведите камеру и скачайте бесплатное приложение SciUp