Πειραματικός προσδιορισμός της τάσης κατωφλίου της ηλεκτροϋδροδυναμικής αστάθειας σε μια νηματική μεσοφάση δια της μέτρησης του χρόνου αποκατάστασης

• Main Author: Ράμου, Ευθυμία
• Other Authors: Ζεγκίνογλου, Χαράλαμπος
• Language: gr
• Published: 2011
• Subjects: Υγροί κρύσταλλοι; Ηλεκτροϋδροδυναμικές αστάθειες; 548.85; Liquid crystals; Electrohydrodynamic instability
• Online Access: http://nemertes.lis.upatras.gr/jspui/handle/10889/4510

Όταν ένα εναλλασσόμενο ηλεκτρικό πεδίο, χαμηλής συχνότητας, εφαρμόζεται κάθετα σε ένα στρώμα νηματικού υγρού κρυστάλλου, με πάχος της τάξης από 10 μm έως 100 μm, παρατηρείται ένας αναπροσανατολισμός του πεδίου του κατευθυντή. Πρόκειται για την περίπτωση της μονοδιάστατης μετάβασης Freedericsz, όπως επίσης και για τη δισδιάστατη ή τρισδιάστατη περίπτωση της ηλεκτροϋδροδυναμικής αστάθειας. Λόγω της διπλοθλαστικότητας των νηματικών υγρών κρυστάλλων, η έναρξη της αστάθειας, και στις δύο περιπτώσεις, προκαλεί σε μονοχρωματική φωτεινή δέσμη, που προσπίπτει στο νηματικό στρώμα, αλλαγή στην ένταση ή/και στη φάση της, με επακόλουθο ιδιαίτερα οπτικά αποτελέσματα. Οι αστάθειες παρατηρούνται όταν η εξωτερικά εφαρμοζόμενη εναλλασσόμενη τάση είναι υψηλότερη από μία τιμή κατωφλίου, ο προσδιορισμός της οποίας έχει ιδιαίτερη σημασία σε πιθανές ηλεκτροοπτικές εφαρμογές των νηματικών υγρών κρυστάλλων. Το κατώφλι της αστάθειας καθορίζεται μέσω της παρατήρησης του οπτικού αποτελέσματος, καθώς η φωτεινή δέσμη προσπίπτει στο νηματικό στρώμα. Όταν η εξωτερικά εφαρμοζόμενη τάση είναι χαμηλότερη ή ίση με την τιμή κατωφλίου, το οπτικό αποτέλεσμα είναι μηδενικό. Καθώς η τιμή της τάσης αυξάνει, σταδιακά εμφανίζεται, όλο και πιο έντονα, το ιδιαίτερο οπτικό αποτέλεσμα της αστάθειας. Έχοντας υπόψη την παραπάνω πειραματική συμπεριφορά, μπορεί κανείς να υπολογίσει την τάση κατωφλίου αρκεί να καθορίσει, μέσω οπτικής παρατήρησης, το σημείο έναρξης της αστάθειας. Στην παρούσα εργασία παρουσιάζεται μία αντικειμενική μέθοδος πειραματικού προσδιορισμού της ηλεκτροϋδροδυναμικής αστάθειας, βασισμένη στην εξάρτηση του χρόνου αποκατάστασης του κατευθυντή, Τ, από την τιμή του εξωτερικά εφαρμοζόμενου ηλεκτρικού πεδίου. Όταν η εφαρμοζόμενη τάση τείνει στην τιμή κατωφλίου, ο ρυθμός εξασθένισης, 1/Τ, του πεδίου του κατευθυντή τείνει στο μηδέν. Επομένως, η γραφική παράσταση του 1/Τ σε συνάρτηση με την εξωτερικά εφαρμοζόμενη τάση καθιστά δυνατό τον προσδιορισμό της τάσης κατωφλίου της αστάθειας. === When an AC electric field in the acoustic frequency range is applied perpendicularly to a nematic liquid crystal layer, with a thickness of the order of 10μm to 100μm, a reorientation of the director of the nematic layer is observed. This is the case of the one dimensional Freedericsz instability, as well as of the two or three dimensional electrohydrodynamic instability. Due to the birefringence of any nematic material, the onset of the instability in both cases causes a monochromatic light beam illuminating the nematic layer, to change its intensity and/or its phase, resulting in spectacular optical effects. On the other hand, the instabilities are observed when the applied AC voltage is larger than a threshold value, the determination of which is of major importance for the potential electro-optical applications of nematic liquid crystals. As a rule, the instability threshold is determined by observing its optical effect on the incident of the monochromatic light beam : When the applied voltage is lower than or equal to its threshold value, the optical effect is zero. Upon further increasing of the applied voltage, the optical effect increases gradually. The measurement of the threshold voltage, based on the above experimental behavior, leads to a subjective estimation of the experimental result. One has to decide which optical result has to be considered to mark the onset of the instability. In what follows, we present a completely objective method for the experimental determination of the instability threshold, based on the dependence of the decay time, T, of the director field on the value of the electric field applied across the nematic layer. When the applied voltage tends to its threshold value, the decay rate, 1/T, of the director field tends to zero. Thus, plotting 1/T as a function of the applied voltage, enables us to graphically determine the threshold value of the latter.