Характеризация внутренней структуры тридецилата холестерола с добавлением углеродных наноструктур при помощи моделей сдвиговой вязкости неньютоновских жидкостей Текст научной статьи по специальности «Физика»

я a ^ggg 22-24 °ктябРя 2024 г-

Характеризация внутренней структуры тридецилата холестерола с добавлением углеродных наноструктур при помощи моделей сдвиговой вязкости неньютоновских жидкостей

Кучеров Р.Н.

Институт общей физики им. А.М. Прохорова Российской академии наук, Москва Е-mail: rn.kucherov@gmail.com

DOI: 10.24412/cl-35673-2024-1-117-119

Мезоморфные вещества такие как холестерические жидкие кристаллы (ХЖК) и их дисперсии с углеродными наноструктурами (УНС) находят всё новые области применения в электрооптических и электромеханических приложениях. В основе их применения лежит возможность перестраивания структуры ХЖК при приложении внешних воздействий. УНС, обладающие уникальными функциональными свойствами, служат в качестве модификатора для улучшения эксплуатационных свойств жидкокристаллической основы. Здесь возникает задача определения параметров, характеризующих внутреннюю структуру жидкокристаллического соединения, которые будут определять времена отклика и релаксации системы, её энергоэффективность. Мощным методом для этого является реологический метод, позволяющий определить вязкоупругий отклик системы при приложении внешнего колебательного воздействия. Однако существующие модели для неньютоновских жидкостей, таких как: дисперсные системы, эмульсии и расплавы полимеров и т.д., способные количественно описать поведение жидкокристаллической системы, могут некорректно описывать её структуру, ввиду различия механизмов вязкоупругого поведения системы. Поэтому в данной работе приводится анализ моделей сдвиговой вязкости применительно к описанию систем ХЖК/УНС для характеризации упорядочивания их внутренней структуры.

В качестве объекта исследования применимости моделей выбран холестерический жидкий кристалл тридецилат холестерола Х-20 и его дисперсии с УНС: малослойных графитовых фрагментов (МГФ) [1], шунгитового углерода (ШУ) [2] и многослойных углеродных нанотрубок (МУНТ) [3]. Типичные зависимости

ШКОЛА-КОНМРЕНЦИЯ МОЛОДЫХ УЧЁНЫХ

НОВЫЕ МАТЕРИАЛЫ, АКТИВНЫЕ СРЕДЫ И НАНОСТРУКТУРЫ

вязкоупругих свойств системы Х-20/УНС приведены на рис. 1 и описаны с использованием двух моделей сдвиговой вязкости для неньютоновских жидкостей: модели Кирсанова (дисперсных систем) [4] и модели Карро [5]. Обе модели с хорошей точностью описывают вязкоупругое поведение систем. При этом существует расхождение между данными, получаемые из эксперимента и его теоретического описания. Например, при высоких концентрациях ШУ в эксперименте наблюдается падение значений модулей сдвига, свидетельствующее о нарушении порядка в системе ввиду большого количества наночастиц в системе [2]. В рамках модели для дисперсных систем такое поведение будет являться следствием уменьшения параметра, характеризующего степень агрегации системы, что находится в расхождении с данными эксперимента.

Рис. 1. Описание вязкоупругих параметров системы Х-20/УНС [2, 3] с использованием моделей для дисперсных систем (сплошные линии) и Карро

(чёрные точки).

Таким образом, существующие модели сдвиговой вязкости неньютоновских жидкостей позволяют описать с определённой точностью внутренние структурные свойства системы Х-20/УНС.

О О Модуль накопления О П Модуль потерь

О О МГФ 0.02 мае % □ □ ШУ 0 02 мас.% Д Д МУНТ 0.02 мае.1»

Ю1

ох рад/с

10:

I ¡ÄSESSSS 22-24 октября 2024 г.

А -ПРОКОРОВСКИЕ НЕДЕЛИ-

Установлено, что для определённых моделей в данной задаче присутствуют ограничения их применимости: концентрация УНС выше критической, при превышении которой происходит сильное искривление структуры ХЖК, и высокая частота внешнего колебательного воздействия, выше которой разрушается структура жидкого кристалла, в частности Х-20, вследствие чего система переходит в текучее состояние [6].

Автор выражает благодарность научному руководителю, д.ф.-м.н. Чаусову Д.Н. за помощь в постановке задачи и анализе результатов, а также д.х.н. Усольцевой Н.В. и Столбову Д.Н. за предоставление материалов для исследований. Работа выполнена при поддержке Минобрнауки РФ, грант № FZZM-2023-0009.

1. Chausov D.N, Kurilov A.D., Smirnova A.I. et al., J. of Molec. Cryst. 2023, 374, 121139.

2. Usol'Tseva N.V, Smirnova M.V., Kazak A.V. et al., J. of Frict. Wear. 2015,36, 380-385.

3. Usol'Tseva N.V, Smirnova M.V., Sotsky V.V. et al., J. of Phys.: Conf. Ser. 2014, 558, 012003.

4. Е.А. Кирсанов, В.Н. Матвеенко. Неньютоновское поведение структурированных систем, Техносфера, Москва, 2016.

5. Carreau P.J., J. of The Trans. Socie. Rheo. 1972, 16, 99-127.

6. P.G. de Gennes. The Physics of Liquid Crystals, J. Prost, 1993.