Структура та електрооптичний відгук рідкого кристалу з неґативною діелектричною анізотропією, допованого вуглецевими нанотрубками

Abstract

Досліджено мікроструктуру та електрооптичний відгук рідкого кристалу (РК) з неґативною діелектричною анізотропією н-(n-етокси-бензиліден)n-бутиланіліну (ЕББА), допованого багатошаровими вуглецевими нанотрубками. Концентрація трубок в РК була невисокою (< 0,5 ваг.%), щоб уникнути суттєвих порушень РК-орієнтації. Прикладання електричного поля призводило до переорієнтації РК з початкового гомеотропного у планарний стан. Встановлено, що, на відміну від чистого рідкого кристалу, в допованім нанотрубками РК планарний стан, що досягається в полі, залишається після його вимкнення. Це супроводжується залишковим світлопропусканням або пам’яттю. Ефективність такої пам’яті немонотонно залежить від концентрації нанотрубок і є найбільшою для суспензій із вмістом нанотрубок в діяпазоні концентрацій 0,02—0,05 ваг.%, що відповідає перколяційному переходу із непровідного у провідний стан. Запропоновано модель електрооптичної пам’яті. Згідно з ним, нанотрубки формують у рідкім кристалі сітку аґреґатів, яка підтримує певний орієнтаційний стан. При переорієнтації рідкого кристалу в електричнім полі у планарний стан, сітка аґреґатів перебудовується і стабілізує цей стан. Формування сітчастої структури нанотрубок підтверджується додатковими експериментами.

The microstructure and electrooptical response of n-(n-ethoxybenzylidene)- n-butylaniline (EBBA) liquid crystal (LC) with negative dielectric anisotropy doped with the multiwall carbon nanotubes are investigated. The concentration of the nanotubes in LC is small enough (CCNT < 0.5 wt.%) to avoid essential disturbance of LC orientation. The electric-field application results in reorientation of LC from the initial homeotropic state to planar one. As revealed, in contrast to the pure liquid crystal, in the LC doped with nanotubes,the planar state, which is achieved under electric-field action, remains after the field is off. It is accompanied by residual light transmittance or memory. The efficiency of such memory depends non-monotonically on the nanotubes concentration with the maximum at concentrations CCNT = 0.02—0.05 wt.%, which corresponds to the percolation transition from non-conductive state to conductive one. The model of electrooptical memory is proposed. According to this model, the nanotubes form the aggregates’ network in LC, which maintains a certain orientation state. During LC reorientation in the electric field, the network of aggregates rebuilds and stabilizes the planar state. The formation of nanotubes’ network is confirmed by additional experiments.

Исследованы микроструктура и электрооптический отклик жидкого кристалла (ЖК) с отрицательной диэлектрической анизотропией н-(n-этоксибензилиден)-n-бутиланилина (ЭББА), допированного многослойными углеродными нанотрубками. Концентрация нанотрубок в ЖК была невысокой (< 0,5 вес.%), чтобы избежать существенных нарушений ЖК-ориентации. Приложение электрического поля приводило к переориентации ЖК из начального гомеотропного в планарное состояние. Установлено, что, в отличие от чистого жидкого кристалла, в допированном нанотрубками ЖК планарное состояние, которое достигается в поле, остается после его выключения. Это сопровождается остаточным светопропусканием или памятью. Эффективность такой памяти немонотонно зависит от концентрации нанотрубок и является наибольшей для суспензий с содержанием нанотрубок в диапазоне концентраций 0,02—0,05 вес.%, что соответствует перколяционному переходу из непроводящего в проводящее состояние. Предложена модель электрооптической памяти. Согласно с ней, нанотрубки формируют в жидком кристалле сетку агрегатов, которая поддерживает определенное ориентационное состояние. При переориентации жидкого кристалла в электрическом поле в планарное состояние, сетка агрегатов перестраивается и стабилизирует это состояние. Формирование сетчатой структуры нанотрубок подтверждается дополнительными экспериментами.