The paper presents the basic optical properties of liquid crystals. It focuses in particular on nematic and cholesteric liquid crystals, which exhibit particularly interesting and practical optical properties. The article also briefly covers the optical properties of ferroelectric smectics and liquid crystal composites, as well as the nonlinear optical properties of liquid crystals.
PL
W artykule przedstawiono podstawowe właściwości optyczne ciekłych kryształów. Spośród licznych rodzajów tych substancji szerzej omówiono nematyczne i cholesteryczne ciekłe kryształy, wykazujące szczególnie interesujące i stosowane w praktyce właściwości optyczne. Przedstawiono też pokrótce właściwości optyczne ferroelektrycznych smektyków oraz kompozytów ciekłokrystalicznych, a także nieliniowe właściwości optyczne ciekłych kryształów.
Wykorzystywanie sieci polimerowej do stabilizacji chiralnych materiałów ciekłokrystalicznych (ChCK), które mogą znaleźć zastosowanie w urządzeniach elektrooptycznych i fotonicznych, staje się coraz powszechniejsze. Ustabilizowanie struktury helikonikalnej ChCK za pomocą sieci polimerowej polega na uformowaniu przestrzennej matrycy polimerowej w medium ciekłokrystalicznym. Sieć polimerowa działa jak swoiste rusztowanie dla cząsteczek ciekłego kryształu, co powoduje usztywnienie helisy w konkretnym, pożądanym stanie. Ten sposób stabilizacji helisy był do tej pory stosowany głównie w chiralnych nematycznych ciekłych kryształach. Skuteczne ustabilizowanie polimerem helisy w chiralnych smektycznych ciekłych kryształach mogłoby pozwolić na wyeliminowanie głównej wady tych materiałów, czyli zmianę ich parametrów użytkowych w efektach elektrooptycznych bazujących na deformacji helisy, wraz ze zmianą temperatury. Głównym parametrem charakteryzującym strukturę helikonikalną jest jej skok, którego wartość zmienia się gwałtownie wraz ze zmianą temperatury w większości smektycznych ciekłych kryształów, co z kolei przekłada się na wyżej wymienione wady. Ustabilizowanie polimerem powinno przełożyć się na stabilność temperaturową soku helisy i reszty parametrów materiałowych. W tej pracy przedstawione są wyniki zależności skoku helisy od temperatury przed procesem i po procesie polimeryzacji materiału ciekłokrystalicznego z fazą antyferroelektryczną. Do badań użyto czterofunkcyjnego monomeru strukturalnie kompatybilnego ze składnikami mieszaniny antyferroelektrycznej oraz, dla porównania, monomeru komercyjnie dostępnego o odmiennej budowie strukturalnej. Wyniki badań wskazują, że ustabilizowanie struktury helikonikalnej jest łatwiejsze po użyciu monomeru bardziej kompatybilnego strukturalnie z bazowym materiałem ciekłokrystalicznym, przy jednoczesnym zachowaniu jednorodności uporządkowania struktury helikonikalnej i szerokiego zakresu temperaturowego występowania fazy antyferroelektrycznej.
EN
The use of polymer networks to stabilise chiral liquid crystalline materials (ChLC), which can find applications in electro-optical and photonic devices, is becoming increasingly common. Stabilising the heliconical structure of a ChLC using a polymer network involves forming a spatial polymer matrix in a liquid crystal medium. The polymer network acts as a kind of scaffold for the liquid crystal molecules, resulting in the helix being stiffened in a particular desired state. This method of helix stabilisation has been mainly used in chiral nematic liquid crystals so far. Effective stabilising the helix with a polymer in chiral smectic liquid crystals could eliminate the main drawback of these materials, i.e., the change in their performance, in electro-optical effects based on the deformation of the helix, with a change in temperature. The main parameter characterising the heliconical structure is its pitch, whose value changes rapidly with temperature change, in most smectic liquid crystals, which in turn translates into the above-mentioned drawbacks. Stabilisation with the polymer should translate into temperature stability of the helical pitch and the rest of the material parameters. This paper presents the results of the temperature dependence of the helical pitch before and after polymerisation of a liquid crystal material with an antiferroelectric phase. A tetrafunctional monomer structurally compatible to the components of the antiferroelectric mixture and, for comparison, a commercially available monomer with a different structure were used in the study. The results relevant that stabilisation of the heliconical structure is easier after the use of a monomer more structurally compatible to the components of parent liquid crystal material, while maintaining homogeneity of the heliconical structure ordering and a wide temperature range of the antiferroelectric phase occurrence.
W artykule omówiono właściwości sprężyste ciekłych kryształów, koncentrując się na fazie nematycznej. Przedstawiono zarys rozwoju teorii opisujących te właściwości. sformułowano model ciekłego kryształu jako ośrodka ciągłego. szczegółowo omówiono krzywiznową teorię sprężystości nematycznych ciekłych kryształów opartą na podejściu Zochera - Oseena - Franka. w tym ujęciu opisano podstawowe deformacje sprężyste nematyków oraz charakteryzujące je parametry materiałowe.
EN
The paper presents elastic properties of liquid crystals, especially their nematic phase. An outline of a development of theories describing these properties is given. The model describing liquid crystal as continuous medium is formulated. The curvature theory of elasticity of nematic liquid crystals based on Zocher - Oseen - Frank’s approach is discussed in details. in this way, essential elastic properties of nematics as well their relative material parameters are described.
W artykule omówiono właściwości dielektryczne ciekłych kryształów, koncentrując się na fazie nematycznej. Przedstawiono zarys rozwoju teorii opisujących te właściwości. Sformułowano model ciekłego kryształu jako ciągłego ośrodka dielektrycznego. szczegółowo omówiono teorię statycznej przenikalności elektrycznej anizotropowych nematycznych ciekłych kryształów opartą na podejściu L. Onsagera, W. Maiera i G. Meiera. w tym ujęciu opisano anizotropowe właściwości przenikalności elektrycznej nematyków oraz opisujące je parametry materiałowe.
EN
In the paper, dielectric properties of liquid crystals, especially the nematic phase, are discussed. an outline of the development of theories describing these properties is presented. The static theory of dielectric permittivity of anisotropic nematic liquid crystals on Onsager, Maier and Meier approach is discussed in details. in this view, anisotropic properties of dielectric permittivity of nematics as well parameters describing these properties are presented.
W artykule omówiono teorie średniego pola molekularnego opracowane dla nematycznych ciekłych kryształów, a także podkreślono ich zalety i ograniczenia. Przedstawiono rolę parametru uporządkowania w opisie fazy ciekłokrystalicznej. Zaznaczono rolę molekularnych momentów dipolowych.
EN
Theories of a mean molecular field developed for nematic liquid crystals are discussed. Their advantages and disadvantages are highlighted. The role of the order parameter in the description of a liquid crystalline phase is shown. The role of molecular dipole moments is underlined.
W artykule omówiono podstawowe rodzaje faz ciekłokrystalicznych, biorąc pod uwagę sposób ich otrzymywania oraz uporządkowanie nadmolekularne wewnątrz fazy. Przedyskutowano charakterystyczne cechy budowy molekularnej substancji mogących występować w fazie ciekłokrystalicznej oraz ich wpływ na właściwości ciekłokrystaliczne. Podano przykłady wpływu oddziaływań międzymolekularnych na sytuację fazową ciekłego kryształu.
EN
The paper presents basic types of liquid-crystalline phases obtained in different ways and supermolecular arrangement in those phases. characteristic features of molecular structure of mesogens are discussed, moreover their influence on liquid-crystalline properties are described too. Examples of the effect of intermolecular interactions on the phase situation of a liquid crystal are given.
Induction of the orthogonal smectic a phase occurs in mixtures of nematic compounds with positive and negative dielectric anisotropy. The aim of this work is to determine influence of a molecular structure of compounds on the induction strength of this phase. cyclohexyl tolanes with the terminal group -OCF₃, differing with a lateral substitution of a rigid core with fluorine atoms, were mixed with tolanes with two fluorine atoms in a lateral position and different lengths of a terminal alkoxy chain. Based on phase diagrams, obtained with the use of a polarising optical microscope, the influence of a structure of both types of compounds on the induction of the SmA phase is presented. Both, an increase in a number of fluorine atoms in a rigid core and a decrease in an alkoxy chain length cause a decrease in the strength of the SmA phase induction in the investigated systems.
PL
W mieszaninach związków ciekłokrystalicznych o dodatniej i ujemnej anizotropii dielektrycznej zaobserwowano indukcję fazy smektycznej A. celem pracy jest określenie wpływu struktury związków na temperaturowo-stężeniowy zakres występowania tej fazy. Cykloheksylotolany z terminalną grupą - OCF₃ różniące się lateralnym podstawieniem rdzenia atomami fluoru badano w układach z tolanami podstawionymi lateralnie dwoma atomami fluoru i różniącymi się długością terminalnego łańcucha alkoksylowego. na podstawie wykresów równowagi fazowej skonstruowanych z użyciem mikroskopu polaryzacyjnego określono wpływ obu grup związków na indukcję fazy smektycznej A. Zarówno zwiększenie liczby lateralnych atomów fluoru, jak i skrócenie łańcucha alkoksylowego powoduje zmniejszenie się indukcji fazy smektycznej A w badanych układach.
Przedstawiono rys historyczny badań nad ciekłymi kryształami z uwzględnieniem zastosowań tych substancji. szczególną uwagę poświęcono badaniom prowadzonym w polskich ośrodkach naukowych od lat trzydziestych ubiegłego wieku do dziś.
EN
A historical view of studies on liquid crystals is presented. application of those materials are also taken into account. special attention is paid to the studies conducted at Polish scientific centres since the thirties of the last century till now.
9
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
In our paper, the simulation of the ray propagation through the solid-state matrix-liquid crystal structure is described. The rays propagate at a considerable angle to the investigated structure surface. And as a result, it leads to a sharp decreasing of the efficiency coefficient of the structure and, as a consequence, a decreasing of the signal-to-noise ratio. By adjustment of the refraction coefficient and the cholesteric liquid crystal pitch can be possible to change the reflection coefficient, the bandwidth selectively reflection, thereby affecting the parameters of the primary convectors of optical sensors.
PL
W pracy opisano symulację rozchodzenia się promieni przez strukturę matryca półprzewodnikową – ciekły kryształ. Promienie te rozprzestrzeniają się pod znacznym kątem do powierzchni badanej struktury. W rezultacie prowadzi to do gwałtownego spadku współczynnika sprawności struktury, a w konsekwencji do zmniejszenia stosunku sygnału do szumu. Współczynnik załamania światła i skok cholesterycznego ciekłego kryształu, może zmieniać współczynnik odbicia, szerokość pasma selektywnie odbitego, wpływając tym samym na parametry pierwotnego przetwarzania czujników optycznych.
In the work, after preliminary discussion of the complexity of the phenomenon of melting chemical compounds, two basic research methods are presented: calorimetric methods and thermooptical method. The physical basis of the five main calorimetry techniques is now detailed (adiabatic calorimetry, differential thermal analysis – DTA, differential scanning calorimetry with heat compensation – DSC heat compensated, differential scanning calorimetry with heat flow – DSC heat flux and differential scanning calorimetry with temperature modulation – MDSC) and thermo-optical techniques used in phase transitions investigations. The advantages and disadvantages of these methods are shown in numerous examples and the accuracy attainable by the individual measuring techniques is compared.
Homologous series 1.m.7(HH) of liquid crystalline compounds, varying in the chiral chain length m (m=4-9), were studied. These compounds are characterized by a long helical pitch in an antiferroelectric phase, which is higher than the measuring range of the available instruments. The temperature dependence of the helical pitch of these compounds was determined by the extrapolation of the results obtained for the mixtures of 1.m.7(HH) compounds with 1.4.7(HF) compound of a known helical pitch value. The helical pitch measurements were made by spectrophotometry and phase transition temperatures were measured by polarizing thermomicroscopy. Extrapolation of the results let established that the investigated liquid crystals are characterized by the helical pitch increasing and then decreasing upon heating, which is accompanied by the helical twist sense inversion from the right-handed structure to the left-handed one.
PL
Przedmiotem badań był szereg homologiczny związków ciekłokrystalicznych 1.m.7(HH) różniących się długością łańcucha chiralnego m (m = 4-9). Związki te charakteryzują się długim skokiem helisy w fazie antyferroelektrycznej, większym niż zakres pomiarowy dostępnej aparatury. Zależność skoku helisy od temperatury wyznaczono, ekstrapolując wyniki pomiarów skoku helisy otrzymane dla mieszanin związków 1.m.7(HH) ze związkiem 1.4.7(HF) o znanym skoku. Pomiary skoku helisy wykonano metodą spektrofotometryczną, natomiast temperatury przemian fazowych zmierzono za pomocą polaryzacyjnego mikroskopu optycznego. Ekstrapolacja wyników pozwoliła ustalić, że badane ciekłe kryształy charakteryzują się skokiem helisy zwiększającym się, a następnie zmniejszającym ze wzrostem temperatury, czemu towarzyszy inwersja skrętności helisy z prawoskrętnej na lewoskrętną.
In this research study on liquid crystalline materials mixed with other compounds, specifically with monomers, is presented. Research covers measurements of the refractive indices and the attenuation constant of the polymer stabilized liquid crystals (PSLCs). The latter are specific type of mixture, containing liquid crystal together with less than 10% weight concentration of the monomer and UV-sensitive activator. In this sense, the variety of available liquid crystals and monomers, gives a huge number of different mixtures that can be potentially obtained [1]. Each combination of particular compounds and their weight ratios, results in different physical properties of the mixture, so knowledge about, how each of these factors influences the final product, is fundamental. PSLCs, thanks to their tunable properties, provide wide range of potential applications in integrated optics as e.g. varifocal lenses, sensors, waveguiding layers, etc., but first their optical parameters have to be examined in detail [2, 3].
PL
W niniejszym artykule przedstawiono badania nad ciekłymi kryształami połączonymi z innymi materiałami, w szczególności z monomerami. Badania obejmują pomiary współczynników załamania oraz współczynnika tłumienia w ciekłych kryształach stabilizowanych polimerem (ang. PSLC). PSLC to rodzaj mieszaniny, w której skład, oprócz ciekłego kryształu, wchodzi mniej niż 10% wagowego stężenia monomeru oraz śladowe ilości aktywatora optycznego. Biorąc pod uwagę różnorodność związków ciekłokrystalicznych i monomerów, można uzyskać ogromną liczbę mieszanin o różnych właściwościach fizycznych [1]. Znajomość tychże właściwości jest kluczowa w kontekście praktycznego zastosowania mieszanin PSLC. Mieszaniny tego typu, dzięki możliwości uzyskania związku o konkretnych właściwościach fizycznych i chemicznych, można zastosować w optyce zintegrowanej, np. do zmiennoogniskowych soczewek, czujników, jako warstwy falowodowe itp., jednak zanim to nastąpi, należy szczegółowo zbadać i wyznaczyć ich parametry optyczne [2, 3].
Przedmiotem badań były trójpierścieniowe chiralne związki ciekłokrystaliczne tworzące fazę antyferroelektryczną, różniące się budową łańcucha alkilowego oraz podstawieniem pierścienia benzenowego atomami fluoru. Wykonano pomiary skoku helisy metodą opartą na zjawisku selektywnego odbicia światła oraz zarejestrowano widma 1H i 13C NMR w temperaturze 25°C. Zaobserwowano wpływ budowy molekularnej na przesunięcie chemiczne sygnałów pochodzących od centrum chiralnego.
EN
Three-ring chiral liquid crystalline compounds, forming antiferroelectric phase, differing in the structure of alkyl chain and in the substitution of benzene ring by fluorine atoms were studied. The measurements of helical pitch, based on the selective light reflection phenomenon, were performed as well as 1H and 13C NMR spectra at room temperature were registered. The influence of molecular structure as well as the type of helicoidal structure on the chemical shift of signals coming from chiral center was observed.
Dla szeregu trójpierścieniowych estrów ciekłokrystalicznych różniących się budową łańcucha alkilowego, podstawieniem pierścienia benzenowego atomami fluoru, a także typem struktury helikoidalnej w chiralnej fazie smektycznej CA o właściwościach antyferroelektrycznych zarejestrowano widma w podczerwieni. Zaobserwowano wpływ budowy molekularnej na przesunięcie pasm pochodzących od grupy karbonylowej w sztywnym rdzeniu.
EN
The infrared spectra were registered for series of three-ring liquid crystalline esters, differing in the structure of alkyl chain, in the substitution of benzene ring by fluorine atoms and in the type of helicoidal structure in the chiral smectic CA phase with antiferroelectric properties. The influence of molecular structure on the shift of signals coming from carbonyl group, located in the rigid core, was observed.
Trzy trójpierścieniowe związki chiralne tworzące fazę ferroelektryczną były domieszkowane niechiralnym difluoropodstawionym węglanem o rdzeniu terfenylowym. Zbadano wpływ struktury i ilości węglanu na stabilność iskok helisy fazy ferroelektrycznej w mieszaninach dwuskładnikowych. Stwierdzono, że stabilność termiczna fazy SmC* związków chiralnych ulega zwiększeniu. Dodawanie węglanu z rdzeniem terfenylowym w dwóch przypadkach nieznacznie zwiększa skok helisy, a w jednym nieznacznie go zmniejsza.
EN
Three chiral compounds, containing three aromatic rings in a rigid core, forming ferroelectric phase were doped with non chiral difluorosubstituted terphenyl carbonate compound. The influence of the structure and the amount of terphenyl carbonate compound on the stability and helical pitch of the ferroelectric phase in binary mixtures was examined. It was found that thermal stability of the SmC* phase of chiral compounds has increased. Addition of terphenyl carbonate compound slightly increases the helical pitch (except for one of the binary mixture).
W ostatnich latach obserwuje się dynamiczny rozwój technologii dostarczenia widzom zobrazowania przestrzennego, tzw. zobrazowania 3D. Obecnie na rynku możemy wyróżnić dwie podstawowe grupy metod pozwalających uzyskać zobrazowanie 3D. Pierwszą z nich jest stereoskopia, do której zalicza się metody wykorzystujące specjalne okulary. Druga to autostereoskopia, skupiająca techniki bezokularowe. Metoda uzyskania zobrazowania 3D, oparta na wykorzystaniu okularów aktywnych jest technologią dominującą dla będących obecnie w sprzedaży odbiorników telewizyjnych wspierających technologię 3D. Ma ona jednak wiele wad wynikających z zastosowanych w okularach aktywnych przetworników ciekłokrystalicznych i efektów elektrooptycznych, na których one bazują (efekt TN). Dzięki zastosowaniu nowych materiałów ciekłokrystalicznych do obecnie stosowanych efektów elektrooptycznych możliwa jest poprawa parametrów okularów aktywnych i ograniczenie niektórych ich wad. Jako ciekawa alternatywa dla klasycznych efektów elektrooptycznych, stosowanych w okularach aktywnych 3D, przejawia się efekt rozpraszający oparty na wymuszonym za pomocą pola elektrycznego przejściu fazowym cholesteryk– nematyk.
EN
In recent years we can observe the rapid development of technologies to provide viewers spatial imaging, so-called 3D imaging. Currently on the market we can distinguish two main groups of 3D imaging methods. The first is stereoscopy, which include methods using special glasses. The second is autostereoscopy, gathering techniques without glasses. The method for 3D imaging, based on the using of active glasses is dominant now for displays that support 3D technology. However, it has many disadvantages resulting from the using of liquid crystal active glasses transducers and electro-optical effects, on which they are based (TN effect). By using of new materials for currently used liquid crystal electro-optical effects is possible to improve the parameters of active glasses and limit some of their disadvantages. As an interesting alternative to the classical electro-optical effects applied in 3D active glasses, manifests itself dispersion effect based on forced by the electric field cholesteric– nematic phase transition.
19
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
W reakcji hydrosililowania estrów monowinylowych z azobenzenową grupą mezogeniczną, oktakis(wodorodimetylosiloksy)oktasilseskwioksanem, w obecności katalizatora Karstedta zsyntezowano dwa sferokrzemiany z grupami mezogenicznymi. Otrzymane produkty różniły się długością alifatycznych łańcuchów łączących klatkę POSS z grupami mezogenicznymi. Właściwości termiczne i przejścia fazowe uzyskanych pochodnych określano metodą termograwimetrii (TGA), skaningowej kalorymetrii różnicowej (DSC), optycznej mikroskopii polaryzacyjnej (POM) i spektroskopii dielektrycznej (DRS). Stwierdzono, że właściwości ciekłokrystaliczne zarówno w czasie grzania, jak i chłodzenia wykazuje tylko sferokrzemian z dłuższymi łańcuchami alifatycznymi (C10) pomiędzy nieorganiczną klatką POSS a grupami mezogenicznymi. Materiał ten w badaniach dielektrycznych wykazywał dodatkowy proces relaksacyjny związany z większą ruchliwością grup mezogenicznych.
EN
Two spherosilicates having mesogenic moieties were synthesized by hydrosilylation reaction between octakis(hydridodimethylsiloxy)octasilsesquioxane and monovinyl esters with azobenzene mesogenic groups using Karstedt's catalyst. The synthesized silsesquioxanes differed in the length of aliphatic chains connecting the POSS cage with mesogenic groups. The thermal properties and phase behavior of the products were studied using termogravimetric analysis (TGA), differential scanning calorimetry (DSC), polarizing optical microscopy (POM) and dielectric relaxation spectroscopy (DRS). The results show that only the spherosilicate with longer aliphatic spacers (C10) between inorganic cage and mesogenic groups exhibits stable liquid crystalline phases during both cooling and heating. This material also shows an additional relaxation process in the dielectric studies, which has been attributed to the higher mobility of mesogenic groups.
20
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
Zbadano przewodnictwo elektryczne dwóch, wykazujących właściwości ciekłokrystaliczne, poliazometin zawierających w swej budowie łańcuchy alifatyczne i grupy estrowe. Analizowano wpływ czasu na wartość przepływającego przez próbkę natężenia prądu. Obserwowano zależność przewodnictwa elektrycznego od budowy badanych poliazometin.
EN
Electrical conductivity of two polyazomethines containing aliphatic chains and ester groups in their structure and showing liquid crystalline properties has been investigated. The effect of time on the intensity of current flowing through a sample was analyzed. The dependence of electrical conductivity on the structure of polyazomethines was observed.
JavaScript jest wyłączony w Twojej przeglądarce internetowej. Włącz go, a następnie odśwież stronę, aby móc w pełni z niej korzystać.