Шепов В. Н., Дрокін Н. А. Інститут Фізики ім. Л.В. Киренського СО РАН, Академмістечко, Красноярськ, 660036, Росія Красноярський державний технічний університет, Красноярськ, 660074, Росія тел.: (3912) 494591, e-mail: shepov@kirensky.ru Берлінський А. С. Новосибірський державний технічний університет, Новосибірськ, Росія тел.: (3832) 460875, e-mail: a.berdinsky @ ref.nstu.ru FinkD. Hahn-Meitner-lnstitut Berlin, Glienicker Str. 100, D-14109 Berlin, Germany тел.: 030-8062-3029, Fax: 030-8062-2293, e-mail: fink (3) _hmi.de

Анотація Досліджено температурна залежність діелектричної проникності рідкого кристала 5СВ, капсульованої в пористу матрицю поліетилентерефталату, на частоті 400 МГц. При Т <40 ° С виявлено відмінності від температурної залежності діелектричної проникності масивного 5СВ. Передбачається, що такі відмінності пов’язані з впливом капсулювання на високочастотну дисперсію паралельної компоненти діелектричної проникності.

I. Вступ

Інтерес до фізичних властивостей гетерогенних систем нанопористого матриця рідкий кристал (РК) проявляється досить давно. Різним аспектам взаємодії РК з обмежуючими стінками нанопористих матриць присвячено безліч Російських і зарубіжних робіт. Проте останнім часом посилюється інтерес до дослідження динаміки молекулярних рухів полярних ЖК, капсульованих в нанопористого матриці, в широкому діапазоні частот, включаючи надвисокі частоти (НВЧ) [1,2]. Це обумовлено перспективністю застосування нанокомпозитних рідкокристалічних матеріалів у системах відображення інформації і НВЧ пристроях (Фільтри, фазообертачі, тощо).

Недавні дослідження частотної залежності діелектричної проникності масивного 5СВ [3] дозволили провести найбільш достовірну апроксимацію діелектричних спектрів і виявити другу, більш високочастотну, область дисперсії паралельної компоненти дійсної частини діелектричної проникності (е’ц). Вплив капсулювання на дану дисперсійну область ще не досліджено, однак це може бути важливо для опису діелектричної проникності гетерогенних систем пориста матриця РК на надвисоких частотах.

В даній роботі проведені дослідження температурної залежності е’ц ЖК 5СВ, капсульованої в матрицю поліетилентерефталату поблизу високочастотної області дисперсії е’ц на частоті 400 МГц.

II. Основна частина

Дослідження температурної залежності е’ц ЖК 5СВ, капсульованої в матрицю поліетилентерефталату (PTF), проводилися на вимірювальних мікрополоскових резонаторах (Імпров) [4]. Досліджуваний зразок містився в вимірювальну комірку, що складається з двох плоскопаралельних металевих пластин 5 х 5 мм з зазором 100 ЦТ. Для калібрування Імпров використовувалися калібрувальні рідини бензол і октан, повністю заповнювали вимірювальну комірку. Наявність наскрізних отворів в лавсановій матриці, а так же повітряних прошарків між матрицею і обкладками вимірювальної комірки враховувалося при калібруванні введенням коефіцієнта часткового заповнення комірки вимірюваним речовиною. Вимірювання дійсної частини паралельної компоненти діелектричної проникності ЖК 5СВ здійснювалося шляхом реєстрації різниці резонансних частот датчика з порожньою поровое матрицею і датчика з матрицею, в пори якої капсульованих ЖК 5СВ. При проведенні температурних вимірювань враховувалася температурна залежність порожнього Імпров.

Пористі матриці представляли собою плівки поліетилентерефталату завтовшки 30 ЦТ. Наскрізні отвори по товщині плівок були отримані мето-

з 84., 14 +

будинок опромінення важкими іонами криптону Кг з енергією 300 МеВ з наступним травленням в розчині КОН (4 – ^ 5 моль / л) [5]. Площа для визначення дози опромінення показана на рис. 1. Опромінення проводилося в Ханн-Мейтнер-Інституті, Німеччина. Доза опромінення становила 1-106 іон / см2.

На рис. 1 наведена фотографія поверхні лавсановій плівки, виконана за допомогою оптичного мікроскопа Axioskop 20 (Carl Zeiss) на просвіт.

Рис. 1. Фотографія поверхні плівки лавсану Fig. 1. The surface of PTF film

Видно наскрізні отвори діаметром 1.5 ЦТ. Пористість плівки 1.3%.

Перед капсулювання плівки поліетилентерефталату прогрівалися у вакуумі протягом 2 год при температурі 80 ° С. Капсулювання здійснювалося з ізотропної фази РК при температурі 60 ° С протягом 1 ч. Після заповнення пір лавсану залишки РК з поверхні плівки віддалялися за допомогою паперових фільтрів. ЯМР вимірювання [1] показують, що в таких необроблених nuclepore membranes директор 5СВ впорядкований паралельно поровое осі.

На рис. 2 приведені температурні залежності нормованих значень діелектричної проникності ЖК 5СВ, що знаходиться в масивному стані (темні трикутники е’ц, темні кружки ізотропна фаза) і капсульованої в матрицю лавсану (світлі кружки). Видно, що при Т> 40 ° С, коли 5СВ знаходиться в ізотропної фазі, нормовані значення температурних залежностей діелектричної проникності масивного і капсульованої РК збігаються. При цьому встановлено, що частотна залежність е’ц для масивного 5СВ при Т> 40 ° С добре описується релаксаційним процесом дебаєвсьного типу з одним часом релаксації. Отже, в капсульованої 5СВ, так само як і в масивному, в ізотропної фазі високочастотна область дисперсії е’ц не проявляється.

Рис. 2. Температурна залежність нормованих значень діелектричної проникності

Fig. 2. The temperature dependence of relative permittivity

Відмінності в характері поведінки е’ц (Т) масивного і капсульованої ЖК 5СВ починають проявлятися при Т <40 ° С, що на 5 ° С вище температури фазового переходу нематик ізотропна рідина для масивного 5СВ Таке неспівпадіння температури може бути обумовлено збереженням деякої міри орієнтаційного порядку в капсульованої 5СВ за областю фазового переходу нематікізотропная рідина, який значно розмитий

[1] в порівнянні з аналогічним фазовим переходом в масивному 5СВ.

Для опису залежності е’ц (Т) масивного і капсульованої ЖК 5СВ в нематической фазі необхідно враховувати температурну залежність часу релаксації дипольної поляризації основного дебаєвсьного процесу (Тц1) і відповідної зміни статичної діелектричної проникності е’о (Т). Крім цього потрібно облік температурної залежності тцг додаткового високочастотного процесу та вагового внеску [3] двох даних процесів в результуючу е’ц.

На рис. 3 приведена частотна залежність паралельної компоненти діелектричної проникності масивного ЖК 5СВ при Т = 30 ° Сі її апроксимація (суцільна лінія) сумою двох дебаєвський процесів, що відрізняються часом релаксації, 1 і 2 апроксимації по Деба з одним, найбільшим і найменшим часом релаксації відповідно, 3 рівень пе2. Суцільний лінії відповідають наступні параметри: е’цо = 16.4, Тц1 = 24х 10-9 ns, Т | | 2 = 7.Ох 10-10 ns, ле= 1.72, g-i = 0.92 і д2= 0.08, де gi і д2

– Вагові коефіцієнти двох релаксаційних процесів [3].

Рис. 3. Частотна залежність е’ц Fig. 3. Frequency dependence е’ц

З рис. 3 видно, що штрихова лінія (1), відповідна апроксимації експериментальних результатів одним низькочастотним релаксаційним процесом дебаєвсьного типу, досить добре узгоджується з експериментом лише в низькочастотній області дисперсії. Штрихове лінія (2), що враховує тільки високочастотний процес, навпаки, досить добре узгоджується з експериментом тільки в високочастотної області дисперсії. Апроксимація ж е’ц (f) сумою двох релаксаційних процесів дає майже повний збіг з експериментальними даними у всьому дослідженому діапазоні частот. Для більш точного збігу необхідний облік дрібномасштабних областей додаткової дисперсії е’ц [3].

З рис. 3 випливає, що високочастотний релаксаційний процес хоча і має малий статичний внесок у е’ц, але в СВЧ області він стає домінуючим, оскільки має більш високу частоту релаксації. Отже, вимірювання температурної залежності е’ц на частоті 400 МГц, коли внеском від низькочастотного релаксаційного процесу можна знехтувати, і дають інформацію про високочастотному релаксаційному процесі. Спостережуване на рис. 2 зменшення е’ц капсульованої ЖК 5СВ щодо масивного при Т <40 ° С свідчить про зменшення вагового внеску високочастотного процесу в результуючу СВЧ діелектричну проникність капсульованої 5СВ в порівнянні з масивним.

Таким чином, в даній роботі показано, що при розгляді СВЧ діелектричної проникності ЖК 5СВ, капсульованої в пористі матриці поліетилентерефталату, необхідно враховувати вплив капсулювання на високочастотну дисперсію е’ц навіть при порівняно великому діаметрі пір ~ 1.5 ЦТ. Зменшення нормованих значень е’ц капсульованої ЖК 5СВ щодо масивного при Т <40 ° С говорить про зменшення вкладу високочастотного релаксаційного процесу в загальну СВЧ діелектричну проникність мезофази. При зменшенні діаметра порові матриць відмінності від масивного стану в поведінці е’ц на СВЧ повинні проявлятися ще сильніше. Зникає чи високочастотний процес повністю при капсулювання 5СВ в матрицю лавсану, належить з’ясувати найближчим часом.

Автори вдячні С. М. Жаркову і П. П. Сілкін за вимірювання на оптичному мікроскопі Axioskop 20.

Робота виконана за підтримки Міністерства освіти Росії (грант PD02-1.2-30).

I. Список літератури

[1]  Rozanski S., Snannarius R., Groothues H., KremerF.

Liq. Cryst., 1996, Vol. 20, pp. 59-66.

[2]  Sinha G. P., AlievF. M. Phys. Rev. E, 1998, Vol. 58, pp. 2001-2010.

[3] Бєляєв Б. А., Дрокін H. А., Шабанов В. Ф., Шепов В.Н. ФТТ, 2003, т. 45. Вип. 3. с. 567-571.

[4] Бєляєв Б. А., Дрокін Н. А., Шепов В. Н. микрополосковой вимірювальний резонатор. В кн. 10-я Міжнародна Кримська конференція “НВЧ техніка і телекомунікаційні технології”. Матеріали конференції [Севастополь, 11-15 вересня 2000 р.]. Севастополь: Вебер, 2000, стор 497-498. ISBN 966-572-048-1.

[5] Berdinsky A. S., FinkD., Petrov А. V., Muller М.,

Chadderton L. Т., Chubaci J. F. and Tabacniks М. H. Formation and Conductive Properties of Miniaturized Fullerite Sensors / / MRS Fall Meeting, November 26-30 in Boston, Massachusetts, Boston, USA, 2001, pp. Y.4.7.

UHF PERMITTIVITY OF LIQUID CRYSTAL 5CB ENCAPSULATED INTO POROUS MATERIALS

ShepovV. N., Drokin N. A.

L. V.Kirensky Institute of Physics Krasnoyarsk State Technical University Krasnoyarsk 660036, Russia e-mail: shepov@kirensky.ru Berdinsky A. S.

Novosibirsk State Technical University Novosibirsk, Russia e-mail: a.berdinsky@ref.nstu. ru Fink D.

Hahn-Meitner-lnstitut Berlin, Glienicker Str. 100,

D-14109 Berlin, Germany Fax: 030-8062-2293, e-mail: finkfcbhmi.de

Abstract We investigated temperature dependence of permittivity of 5CB liquid crystal, encapsulated into PTF porous matrix at 400 MHz frequency. At the temperatures below 40 З we have detected the differences between permittivity of complicated 5CB and the temperature dependence. We assume that such a difference is caused by encapsulation influence on high-frequency dispersion of permittivity parallel component.

Джерело: Матеріали Міжнародної Кримської конференції «СВЧ-техніка і телекомунікаційні технології», 2003р.