| Περίληψη: | Αντικείμενο της παρούσας εργασίας είναι η μελέτη της διηλεκτρικής ανισοτροπίας συστημάτων που βασίζονται σε συμμετρικά υγροκρυσταλλικά διμερή, με περιττό αριθμό ατόμων άνθρακα στη συνδετική τους αλυσίδα και με κυανοδιφαινυλικούς μεσογόνους πυρήνες (CBnCB). Τα διμερή αυτά βρίσκονται στην πρώτη γραμμή της τρέχουσας επιστημονικής έρευνας στο πεδίο των υγρών κρυστάλλων, μιας και εμφανίζουν δύο νηματικές φάσεις. Συγκεκριμένα, ψύχοντας από τη μονοαξονική απολική νηματική φάση (Ν) εμφανίζουν μετατροπή σε μία νέα νηματική φάση (Nx/tb), η οποία είναι χειρόμορφη, αν και αποτελείται από μη χειρόμορφα μόρια. Η ανακάλυψή της θεωρείται βασικής σημασίας, αφού διαφαίνεται να έχει προεκτάσεις τόσο σε θεμελιώδη επιστημονικά ζητήματα, όπως η κατανόηση της εμφάνισης της χειρομορφίας στη μαλακή συμπυκνωμένη ύλη, όσο και στην πιθανότητα εφαρμογών σε υγροκρυσταλλικά συστήματα οπτικής απεικόνισης (LC Displays) με απόκριση της τάξης των μs.
Στα πλαίσια του χαρακτηρισμού των φυσικών ιδιοτήτων της νέας αυτής φάσης, ιδιαίτερο ενδιαφέρον παρουσιάζει, μεταξύ άλλων, ο ηλεκτρικός χαρακτηρισμός των παραπάνω υλικών. Η παρούσα μελέτη δεν περιορίζεται μόνο στον χαρακτηρισμό υγροκρυσταλλικών διμερών που εμφανίζουν τη νέα νηματική φάση (CBnCB), αλλά επεκτείνεται και σε διμερή παρόμοιας χημικής δομής με τα αυτά (CBOnOCB), τα οποία όμως δε την εμφανίζουν. Επίσης, μελετώνται μείγματα με το αντίστοιχο μονομερές (CBnCB-5CB) και μείγματα διμερών (CBnCB-CBOnOCB). Εκτός από τον προσδιορισμό των ηλεκτρικών χαρακτηριστικών σε συνάρτηση με τη συγκέντρωση των επιμέρους συστατικών, η μελέτη των μειγμάτων δίνει τη δυνατότητα διερεύνησης του εύρους των συγκεντρώσεων, στις οποίες οι διάφορες υγροκρυσταλλικές φάσεις είναι ευσταθείς.
Ο ηλεκτρικός χαρακτηρισμός των καθαρών υλικών και των μειγμάτων πραγματοποιήθηκε μέσω της τεχνικής της Διηλεκτρικής Φασματοσκοπίας Ευρέως Φάσματος (Broadband Dielectric Spectroscopy, BDS). Για κάθε εξεταζόμενο δείγμα ελήφθησαν ισόθερμες καμπύλες της διηλεκτρικής σταθεράς συναρτήσει της συχνότητας, σε εύρος συχνοτήτων 100 Hz - 1 MHz. Το θερμοκρασιακό εύρος για τη λήψη των μετρήσεων διαφέρει για το κάθε σύστημα και αντιστοιχεί σε θερμοκρασιακό εύρος που περιλαμβάνει όλες τις φάσεις, στις οποίες μεταβαίνει το δείγμα (από ισότροπο υγρό μέχρι και την κρυστάλλωσή του).
Στην παρούσα εργασία, ιδιαίτερη βαρύτητα δόθηκε στην ανάπτυξη μίας συστηματικής και συνεπούς μεθοδολογίας για την λήψη των ηλεκτρικών μετρήσεων. Όπως προέκυψε, προκειμένου να επιτευχθεί ο παραπάνω σκοπός αναπόσπαστο κομμάτι της πειραματικής μεθοδολογίας θα πρέπει να είναι τόσο ο οπτικός χαρακτηρισμός, όσο και η μελέτη της ηλεκτροοπτικής απόκρισης των δειγμάτων. Ο οπτικός χαρακτηρισμός γίνεται με τη χρήση Πολωτικού Μικροσκοπίου (POM), εξοπλισμένου με σύστημα θέρμανσης/ψύξης, ενώ η ηλεκτροοπτική απόκριση πραγματοποιείται επίσης κάτω από το πολωτικό μικροσκόπιο με την εφαρμογή ηλεκτρικού πεδίου στο δείγμα.
Όσο αφορά στην εξάρτηση των συνιστωσών ε|| και ε⊥ της διηλεκτρικής σταθεράς, ιδιαίτερο ενδιαφέρον παρουσιάζει η συνεχής πτώση της παράλληλης συνιστώσας της διηλεκτρικής σταθεράς, ε||, με τη μείωση της θερμοκρασίας. Η πτώση αυτή η οποία εμφανίζεται σε όλα τα διμερή ανεξάρτητα με το αν εμφανίζουν την Nx/tb φάση. Επίσης, η διηλεκτρική ανισοτροπία, Δε=ε|| - ε⊥, λαμβάνει μικρές τιμές στην περίπτωση των καθαρών διμερών και των μειγμάτων μεταξύ διμερών. Σε κάποιες περιπτώσεις μάλιστα, παρατηρείται και μηδενισμός της ποσότητας αυτής εντός της Nx/tb φάσης. Ο μηδενισμός αυτός δε συνοδεύεται από αντίστοιχο μηδενισμό της οπτικής ανισοτροπίας Δn≠0. Επίσης, είναι χαρακτηριστικό το γεγονός ότι τα υγροκρυσταλλικά διμερή και μείγματα που μελετώνται στην παρούσα εργασία εμφανίζουν φαινόμενα μνήμης κατά τη μελέτη της ηλεκτροοπτικής τους συμπεριφοράς και μετά την απομάκρυνση του ηλεκτρικού πεδίου εντός της Nx/tb φάσης.
Απώτερος στόχος της παρούσας εργασίας είναι η αξιοποίηση των πειραματικών αποτελεσμάτων και συμπερασμάτων, ώστε: (i) να συνεισφέρουν στην κατανόηση των ελάχιστων μοριακών χαρακτηριστικών που ευθύνονται για την εκδήλωση της Nx/tb φάσης, (ii) να συνεισφέρουν στη γενικότερη διερεύνηση της σχέσης δομής-ιδιοτήτων για τα συστήματα των διμερών που μελετώνται και (iii) να τροφοδοτηθούν θεωρητικές μελέτες για την Νx/tb φάση με σκοπό την ανάπτυξη νέων μοριακών μοντέλων (που θα μπορούσαν να περιλαμβάνουν και την περίπτωση των μειγμάτων), ή/και τον έλεγχο των ήδη υπαρχόντων σχετικά με τη δυνατότητά τους να ερμηνεύσουν το σύνολο των διαθέσιμων πειραματικών δεδομένων (μεσομορφική συμπεριφορά και αποτελέσματα διαφόρων τεχνικών, όπως BDS, DSC, XRD, FFTEM, AFM, NMR, μετρήσεις διπλοθλαστικότητας), ο όγκος των οποίων στην περίπτωση της Nx/tb είναι μεγάλος την τελευταία δεκαετία και συνεχίζει να αυξάνεται με αμείωτους ρυθμούς.
|
|---|
