CC BY
4А „ Soflb^iS НОВЫЕ МАТЕРИАЛЫ АКТИВНЫЕ СРЕДЫ И НАНОСТРУКТУРЫ
-ПРОХОРОвСКИЕ НЕДЕЛИ-
Вязкоупругое поведение холестерических жидких кристаллов с наночастицами малослойных графитовых фрагментов
Кучеров Р.Н.
Институт общей физики им. Прохорова Российской академии наук, Москва Е-mail: rn. kucherov@gmail. com
DOI: 10.24412/cl-35673-2023-1-90-92
Были получены абсолютные значения реологических параметров холестерического жидкого кристалла (ХЖК) Х-20 с наночастицами малослойных графитовых фрагментов (МГФ) в режимах нагрева и охлаждения. Результаты исследования демонстрируют эффект упорядочивания молекул Х-20 при добавлении наночастиц МГФ, вследствие встраивания чешуек наночастиц между слоями ХЖК, что оказывает влияние на вязкоупругие параметры исследуемых композиций.
Задача улучшения реологических и трибологических свойств материалов для снижения вязкости системы и повышения её износостойкости имеет важное значение в механических, наноэлектрических и электрооптических приложениях. Особую роль в этом занимают холестерические жидкие кристаллы, которые применяются и как самостоятельные материалы, и как добавки к иным материалам. Эффективным способом улучшения физических и механических свойств жидкокристаллических систем является добавление наноматериалов в ЖК-матрицу [1]. С этой целью было изучено влияние малослойных графитовых наночастиц (МГФ) на реологические свойства тридецилата холестерола (Х-20) в концентрациях 0,005 и 0,02 масс.%.
МГФ имеют прямоугольную форму и состоят из нескольких графитовых слоев (от 4 до 8), размер частиц не превышает 20 нм. Равномерность распределения наночастиц и стабильность дисперсий достигалась методом ультразвукового диспергирования в изотропной фазе Х-20 с последующим медленным охлаждением в мезофазе [2].
Исследования реологических параметров производили на динамическом реометре сдвига SmartPave 102e Anton Paar в сдвиговом (разрушающем) и осцилляционном (неразрушающем) режимах с контролем температуры ± 0,01 К.
А „ 24-26 октября 2023 г.
^ А -ПРОХОРОвОСИЕ НЕДЕЛИ-
Установлено, что в результате диполь-дипольного взаимодействия между молекулами вещества жидкого кристалла и наночастицами происходит стабилизирование значений вязкости хиральной нематической фазы до 100 рад/с в режиме охлаждения во всём диапазоне скоростей сдвига, в то время как в чистом Х-20 при тех же условиях наблюдалось резкое падение вязкости. При этом добавление наночастиц МГФ смещает температуры фазовых переходов в сторону больших значений, при этом происходит изменение величины вязкости в хиральной нематической фазе таким образом, что значение вязкости становится ограничено в определённых пределах, характерных только для данной фазы (рис. 1).
О Нагревание □ Охлаждение
втА 14* ]«0 $тА № 1яо ЭтА № Ьо
345 350 355 360 345 350 355 360 345 350 355 360 365
Г, к
Рис. 1. Температурные зависимости сдвиговой вязкости композиций Х-20/МГФ, полученные в осцилляционном режиме при ш = 11 рад/с, при концентрациях МГФ: 0 (а), 0,005 (Ь) и 0,02 масс.% (с).
Полученные данные могут быть использованы для управления реологическими свойствами мезогенов в условиях температурного воздействия при их использовании в электро-механических системах.
Добавление МГФ в жидкокристаллическую матрицу оказывает влияние на температурные зависимости поведения вязкости системы, что отражается как в смещении температуры фазовых переходов в сторону больших значений и изменении энтальпии фазовых переходов, так и в изменении значений вязкости для хиральной нематической фазы. Установлено, что наличие МГФ в матрице Х-20 воздействует на надмолекулярную организацию молекул ХЖК, расширяя рабочий диапазон материала до частоты внешнего воздействия 100 рад/с.
А . ÄSSKSKXX НОВЫЕ МАТЕРИАЛЫ АКТИВНЫЕ СРЕДЫ И НАНОСТРУКТУРЫ
-ПРОХОРОвОСИЕ НЕДЕЛИ-
Автор выражает благодарность научному руководителю д.ф.-м.н. Чаусову Д.Н. Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ в рамках научного проекта № 20-57-04003 Бел_мол_а.
1. Chausov D.N., Kurilov A.D., Kazak A.V., et al. J. Mol. Cryst. 2019. 291.111259.
2. Chausov D.N, Kurilov A.D., Smirnova A.I., et al. J. Mol. Cryst. 2023. 374.121139.
