Дрокин Н А, Тимашов В А Інститут фізики ім Л В Киренського СО РАН м Красноярськ, Академмістечко, 660036, Росія тел: (3912) 494591, e-mail: drokin@iphkrasnru

Анотація – Наведено методику вимірювань діелектричної проникності (ДП) полярних рідких кристалів (РК), поміщених в макропористі полікапіллярние матриці в дециметровому діапазоні довжин хвиль Визначено ефективні значення ДП пористої матриці і обчислені істинні значення ДП рідкого кристала в порах

I                                       Введення

Вимоги, що предявляються до сучасних рідкокристалічним пристроїв відображення інформації, мікроелектроніки та СВЧ-техніки стимулюють продовження досліджень з розробки та реалізації різних композитних структур, в яких РК закпючен в тверду матрицю До таких структур, зокрема, відносяться краплинні ансамблі ЖК, дисперговані в полімерні матриці, а також пористі стекпообразние або регулярні середовища [1] Для дослідження ДП ЖК в нано-порових полімерних матрицях була запропонована методика визначення нормованих значень дійсної компоненти ДП, застосовна до спеціально розробленої конструкції вимірювального микрополосковой резонатора [2] У даній роботі описуються особливості методики визначення абсолютних значень ДП рідкого кристала (суміш ЛН 396), поміщеного в полікапіллярние макропористі матриці, застосовувані в рентгенівської оптики (лінзи Кумахова)

II                              Основна частина

до теперішнього часу діелектричні характеристики РК вивчалися в пористих стеклах, а також у матрицях з паралельними циліндричними порами Серед таких матриць найбільш широке поширення мають (Апароге membranes), одержувані методом електрохімічного анодування, і пористі полімерні плівки, пори в яких створюються методом опромінення важкими іонами (Nucle-розі membranes, ядерні пори) У даний роботі використаний новий тип пористої матриці на основі скло-капілярів, зібраних в монолітну систему (рентгенівський хвилевід) Технологія отримання таких хвилеводних структур надзвичайно складна і дозволяє сформувати в одному квадратному сантиметрі перетину хвилеводу сотні тисяч і десятки мільйонів каналів з діаметром від часток міліметра і до субмікронних розмірів (полі-капілярна технологія) [3]

Для даної роботи з рентгенівського хвилеводи діаметром -10 мм були виготовлені дві матриці у формі дисків з діаметром пір 100 і 5 мкм і товщиною дисків 0975 і 0996 мм відповідно Відносна концентрація пір визначається прямим підрахунком відносини порових отворів до загальної площі матриці і становить величину ν = 02 ±

0 02 (20%) для матриці з порами 100 мкм Визначення відповідної концентрації 5мкм пір ускладнене тим, що між стільниковими осередками, в яких знаходяться капіляри, є неоднорідні прошарку (рісЗ) У межах одного осередку-стільники відносна концентрація пір визначена і становить величину v = 052 ± 002 Різні способи оцінки концентрації пір по всій матриці дають лише орієнтовні значення v = 045 ± 01

Рис 1 Стільниковий структура матриці і капіляри діаметром 5 мкм

Fig 1 Honeycomb structure ofthe matrix and the capillary with 5 μm diameter

У даній роботі використовуються досить великі розміри пір 100 і 5 мкм в яких РК істотно не змінюють свої морфологічні та діелектричні властивості Це дозволяє найбільш просто відпрацьовувати методику діелектричних вимірювань таких середовищ за допомогою високочутливих мікрополоскових резонансних датчиків дециметрового діапазону довжин хвиль [2] У таких пристроях зразок поміщається в вимірювальну комірку (Зосереджену ємність, рис2), розташовану в пучності СВЧ-електричного поля резонатора

Рис 2 Вимірювальна осередок

Fig 2 Measuring cell

Так як поверхня плівки паралельна обкпад-кам конденсатора, вимірювальну комірку можна представити як регулярну двошарову систему Один шар, завтовшки (Λι) – повітряний 8i = l, другий – шар пориста матриця товщиною (Лг) з діелектричної проникністю матеріалу (sm) У описуваної методикою величина Sm вважається невідомою і підлягає визначенню Діелектрична проникність речовини, що заповнює пори позначена як (бр) Для порожніх пір Вр = 1

Ефективну діелектричну проникність вимірювальної комірки (seff) можна визначити, як:

де h = / 7i + / 2-товщина осередку рівна 11 мм У відповідність з адитивною моделлю ДП матриці з порами сумарна величина (ег) представляється у вигляді:

Зауважимо, що якщо пори відсутні v = 0 то вг = Sm, тобто 82 відповідає діелектричної проникності суцільного матеріалу Це покладено в основу калібрування микрополосковой резонансного датчика, при якій величина еегг вимірювальної комірки визначається за допомогою суцільних калібрувальних речовин з відомими значеннями ДП (фторопласт, кварц, поликор та ін) Калібрувальна крива являє собою залежність Se / r від різниці резонансних частот порожнього резонатора (Fo = 4869 МГц) і з калібрувальними зразками (6F = Fo-Fo6p) ·

Методика вимірювань абсолютних значень ДП ЖК в порах зводиться до наступного: вимірюються резонансні частоти вимірювальної комірки з порожньою пористої матрицею (Fm) і з матрицею, в пори якої поміщений РК (Flc) З різниці резонансних частот Fa-Fm по калібрувальної залежності спочатку визначається ефективна діелектрична проникність матриці з порами і з рівняння (3) розраховується діелектрична проникність матеріалу матриці 8т

Для обох зразків матриць з порами 100 і 5 мкм ця величина вийшла однаковою і рівною бт = 565

Далі поровая матриця заповнювалася ЖК при температурі f = 60 ° C і витримують протягом

6 годин Після цього звичайно треба процедура очищення поверхні матриці за допомогою всмоктуючих фільтрів Як виявилася, для даних порових матриць така процедура призводить до неконтрольованого видаленню ЖК з капілярів У звязку з цим в даній методиці вироблялося повне одночасне заповнення, як пір, так і зазору (Λι ~ 100 мкм) між матрицею і стінками вимірювальної комірки рідким кристалом

Аналогічно попередньому проводиться вимірювання різниці частот резонансів між порожній і заповненої РК осередком Fo-Flc, визначається ефективна ДП і з рівняння (4) з урахуванням (3) розраховується ДП рідкого кристала (slc) в порах

Враховуючи особливість методики в (4) необхідно використовувати величину ει = 2,64, відповідаю [1 ^ ю ДП масивного ЖК на частоті 480 МГц при f = 30 С Застосовувана апаратура для вимірювання частоти і амплітуди резонансу дозволяє досягти абсолютної точності визначення elc ~ (2 н-3) +0,02 Для 100 мікронних пір з урахуванням похибки визначення відносної концентрації пір отримано значення 6LC -26 +0,05, що відповідає масивному ЖК Для 5 мкм пір через велику похибки визначення концентрації пір обчислені значення ДП знаходяться в межах 8lc ~ 25 н-3,5

III                                     Висновок

Таким чином, у цій роботі отримані вирази для розрахунку ДП ЖК в порах Полікопа-лярних матриць і запропонована методика повного заповнення вимірювальної комірки і пор ЖК Виміряні абсолютні значення ДП на частоті 480 МГц при Т = 30С Показано, що для коректного визначення ДП в порах потрібно знання відносної концентрації пір з точністю не гірше 2%

IV                          Список літератури

[1] Crawford G Р, Steele L М, Ondhs-Crawford R etal

//J Chem Phys 1992, vol 96, pp7788-7796

[2] Шепое В Η, Дрокин Η А Діелькометрія полярних жщ-яких кристалів в порах полімерних плівок на надвисоких частотах – В кн 14-я Міжнародна Кримська конференція «СВЧ техніка і телекомунікаційні технології » Матеріали конференції [Севастополь,

13 – 17 вересня 2004]

[3]  http://wwwiropticru/rentopticshtm

METHOD FOR MEASURING THE PERMITTIVITY OF LIQUID CRYSTALS CONFINED IN POLY-CAPILLARY MATRIX

Drokin N A, TimashovV A

L V Kirensky Institute of Physics Krasnoyarsk – 660036, Russia

Tei: (3912) 494591 e-mail: drokin@iphkrasnru

Abstract – Microwave technique and method for measuring the permittivity of polar liquid crystals (LC) confined in polycapillary matrix are described The effective permittivity of porous matrix and permittivity ofiiquid crystals in pores are determined

I                                        Introduction

The requirements producible to modern liquid crystal display systems, microelectronics and microwave engineering stimulate search and realization of various composed structures with LC filled in a solid matrix In this paper method for definition the permittivity of LC-filled in poly-capillary matrix (Kumakhov’s lens) was presented

II                                       Main Part

Previous applications of microwave technique for measuring the confined LC were focused mainly on the investigation of porous glass or porous matrix with parallel cylindrical pores (Anapore or Nuclepore membranes) [1, 2] In this paper we used a new type glass-capillary porous matrix (poly-capillary technologies [3]) with pore sizes of 100 and 5 ЦТ The permittivity of LC confined in pore is calculated from equations (1 – 4) using calibration dates

III                                      Conclusion

The permittivity of LC confined in poly-capillary pore with diameter 100 ЦТ and 5 ЦТ is investigated The accuracy in determining the dielectric constants were within Aslc = 005 for 100 and Ablc = 01 for 5 ЦТ pore It depends on the correct definition of relative pore concentration

Джерело: Матеріали Міжнародної Кримської конференції «СВЧ-техніка і телекомунікаційні технології», 2006р