CC BY
57
ВЕСТНИК БУРЯТСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО УНИВЕРСИТЕТА
3/2015
УДК 539.8
НАНЕСЕНИЕ ПОЛИМЕРНО-ДИСПЕРСНЫХ ЖИДКОКРИСТАЛЛИЧЕСКИХ ПЛЕНОК В ПОЛЕ ЦЕНТРОБЕЖНЫХ СИЛ
© Романов Николай Александрович, аспирант кафедры экспериментальной и теоретической физики Бурятского государственного университета
Россия, 670000, г. Улан-Удэ, ул. Смолина, 24а, e-mail: nromanovv@mail.ru
© Номоев Андрей Валерьевич, доктор физико-математических наук, лаборатория физики нано-систем Бурятского государственного университета, заведующий лабораторией физики композитных материалов, Институт физического материаловедения СО РАН
Россия, 670000, г. Улан-Удэ, ул. Смолина, 24а; 670047, г. Улан-Удэ, ул. Сахьяновой, 6, e-mail: nomoevav@mail.ru
© Калашников Сергей Васильевич, аспирант кафедры экспериментальной и теоретической физики Бурятского государственного университета
Россия, 670000, г. Улан-Удэ, ул. Смолина, 24а, e-mail: betch_kail@mail.ru
Статья посвящена применению метода центрифугирования для изготовления полимерно-дисперсных жидкокристаллических пленок с необходимой толщиной. Приведены результаты экспериментальных исследований образцов пленок с добавлением наночастиц.
Ключевые слова: метод центрифугирования, жидкие кристаллы, наночастицы, полимерные пленки, допирование, поляризационная микроскопия.
THE APPLICATION OF POLYMER-DISPERSED LIQUID CRYSTAL-MATRIX LEADS IN THE FIELD OF CENTRIFUGAL FORCE
Romanov Nikolay Al., postgraduate, Department of Experimental and Theoretical Physics, Buryat State University
24a, Smolina, Ulan-Ude, 670000, Russia
Nomoev Andrey V., Doctor of Physics and Mathematics, Chief Researcher of Nanosystems Laboratory, Buryat State University
24a, Smolina, Ulan-Ude, 670000, Russia; 6, Sakhyanovoy, Ulan-Ude, 670047, Russia
Kalashnikov Sergey V., postgraduate, Department of Experimental and Theoretical Physics, Buryat State
University
24a, Smolina, Ulan-Ude, 670000, Russia
The use of centrifugal method for producing polymer dispersed liquid crystal-matrix leads with the required thickness was considered in the article. The results of experimental studies of samples of the films with the addition of nanoparticles were given.
Keywords: centrifugation method, liquid crystals, nanoparticles, polymer film, doping, polarizing microscopy.
Актуальность исследования определяется широким использованием жидких кристаллов в практических целях и проблемой создания жидкокристаллических пленок с заданными параметрами. Использование жидких кристаллов возможно, как правило, только в виде тонких пленок, от качества и воспроизводимости результатов которых зависят характеристики получаемого оптического затвора.
Целью работы являлось изучение метода центрифугирования и применение его при создании жидкокристаллических пленок с необходимой толщиной. Описание метода
Метод нанесения пленок жидких кристаллов в поле центробежных сил позволяет регулировать толщину наносимого на стеклянные подложки слоя полимерно-дисперсных жидкокристаллических (ПДЖК) пленок, а также получать более тонкие пленки, чем при использовании метода полива.
Эксперименты проведены с помощью центрифуги «Прогресс», изготовленной в лаборатории (рис. 1). Наибольшая частота вращения ротора центрифуги - 12000 мин"1, при этом наибольшее центробежное ускорение - около 8000 g. Прибор позволяет регулировать частоту вращения бесступенчато. Текущая частота отображается на дисплее и измеряется оптическим методом.
Рис. 1. Внешний вид центрифуги «Прогресс»
Хотелось бы отметить, что на малых скоростях центрифугирования слой полученной пленки неоднороден по толщине. Краевое утолщение занимает небольшую часть площади стеклянной пластины. С увеличением скорости краевое утолщение уменьшается по ширине и смещается все ближе к периферии пластины. Слой становится более однородным по толщине, которая также уменьшается. Для наносимой смеси имеется определенная критическая скорость, превышение которой не вызывает дальнейшего уменьшения толщины слоя. Этот момент соответствует равновесию когезионных и центробежных сил [1].
В табл. 1 представлена зависимость толщины полученных слоев ПДЖК-пленок от частоты вращения ротора центрифуги. Толщина изучаемых образцов измерялась с помощью поляризационного микроскопа ЛОМО «Микмед 5».
Таблица 1
Зависимость толщины получаемых ПДЖК-пленок от частоты вращения ротора
Частота вращения ротора центрифуги (мин-1) Толщина ПДЖК-пленок (мкм)
500 55
1500 40
2500 27
3500 20
4500 15
5500 13
6500 10
7500 10
8500 10
9500 10
Зависимость толщины получаемых пленок от частоты вращения ротора приведена на рис. 2. Методом поляризационной микроскопии изучена текстура сформированных пленок, содержащих композитные наночастицы. Частицы получены методом газофазного синтеза [2]. Введенное количество наночастиц составляло 1 % от общего веса. На рис. 3 приведены полученные оптическим микроскопом изображения пленок с модификаторами.
ВЕСТНИК БУРЯТСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО УНИВЕРСИТЕТА
3/2015
Таблица 2
Зависимость времени открытия и закрытия ячейки ПДЖК-пленок от подаваемой частоты тока и частоты вращения при центрифугировании
Образец Частота вращения, мин-1 Напряжение, В Частота, Гц Топ, МС То® мс
5СВ+ПВА (без доб.) 1500 150 10 0,2 10
150 50 0,2 10
Та81 2 % 2000 150 10 0,4 50
150 50 0,4 10
Та81 2 % 3000 150 10 0,4 40
150 50 0,4 10
Та81 2 % 4000 150 10 0,4 30
150 50 0.4 10
AgSi 5тА 2 % 2000 150 10 0,2 10
150 50 0,4 2,5
AgSi 5тА 2 % 3000 150 10 0,2 5
150 50 0,4 2
AgSi 5тА 2 % 4000 150 10 0,2 4
150 50 0,2 2
Рис. 2. Зависимость толщины полученных ПДЖК-слоев от частоты вращения ротора центрифуги
ПДЖК с добавлением А» ПДЖК с добавлением
Рис. 3. Фотографии текстур пленок с различными добавками, полученные оптическим микроскопом
В зависимости от частоты вращения центрифуги меняется толщина ПДЖК-пленок, чем больше частота оборотов при центрифугировании, тем тоньше слой наносимых ЖК-пленок. Вследствие этого изменяются оптико-временные характеристики ЖК-пленок (табл. 2), где Ton и Toff - времена включения и выключения жидких кристаллов). Из таблицы видно, что чем больше толщина пленки, тем больше временные характеристики. Так, при нанесении пленки на частоте 2000 мин-1 времена отклика ЖК, допированных 2 масс. % AgSi при частоте подаваемого тока 10 Гц, составляют суммарно 10,2 мс, при частоте вращения 3000 мин"1 - 5,2 мс, при 4000 мин"1 - 4,2 мс. При частоте вращения 2000 мин-1 времена отклика ЖК, допированных 2 масс. % TaSi при частоте подаваемого тока 10 Гц, составляют суммарно 50,4 мс, при частоте вращения 3000 мин-1 - 40,4 мс, при 4000 мин-1 - 30,4 мс.
Выводы
1. Разработана методика нанесения ПДЖК-пленок методом центрифугирования.
2. Описаны принципы метода, выведены закономерности частоты вращения и толщины получаемых пленок.
2. С помощью установки проведены эксперименты по получению образцов ЖК, выявлены зависимости их оптовременных характеристик от толщины пленки.
Литература
1. Пресс Ф. П. Фотолитографические методы в технологии полупроводниковых приборов и интегральных микросхем. -М.: Советское радио, 1978. - 96 с.
2. Получение нанопорошков различных материалов испарением исходных материалов на ускорителе электронов / С. П. Бардаханов [и др.] // Нанотехнологии и наноматериалы. - Улан-Удэ: Изд-во Бурят. гос. ун-та, 2007. - С. 3-10.
References
1. Press F. P. Fotolitograficheskie metody v tekhnologii poluprovodnikovykh priborov i integral'nykh mikroskhem [Photolithographic techniques in technology of semiconductor devices and integrated microcircuits]. Moscow: Sovetskoe radio, 1978. 96 p.
2. Bardakhanov S. P., Korchagin A. I., Kuksanov N. K. et al. Poluchenie nanoporoshkov razlichnykh materialov ispareniem iskhodnykh materialov na uskoritele elektronov [Receipt of nanopowders from various materials by evaporation of source materials on electron accelerator]. Nanotekhnologii i nanomaterialy - Nanotechnology andnanomaterials. Ulan-Ude. 2007. Pp. 3-10.
