σιδηροηλεκτρικούς υγρούς κρυστάλλους

Transcript

1 Ασκηση switching 1 ΤΙΤΛΟΣ : Φαινόµενο switching σε σιδηροηλεκτρικούς υγρούς κρυστάλλους ΣΚΟΠΟΣ: Παρατήρηση στο πολωτικό µικροσκόπιο και µελέτη της συµπεριφοράς των σιδηροηλεκτρικών υγρών κρυστάλλων κατά την εφαρµογή εξωτερικού ηλεκτρικού πεδίου (switching). ΕΙΣΑΓΩΓΗ:. Οι σιδηροηλεκτρικοί υγροί κρύσταλλοι είναι εκείνοι οι υγροί κρύσταλλοι που παρουσιάζουν αυθόρµητη ηλεκτρική πόλωση χωρίς την εφαρµογή εξωτερικού ηλεκτρικού πεδίου. Η πιο κοινή φάση που τους συναντάµε είναι η S m C η οποία αποτελείται από χειρόµορφα µόρια και την συµβολίζουµε S m C*. Όταν εφαρµόσουµε εξωτερικό ηλεκτρικό πεδίο παρατηρούµε το φαινόµενο του switching. Κατά τη διαδικασία του γίνεται αντιληπτή η αλλαγή διεύθυνσης του κατευθυντή, που έχει ως αποτέλεσµα την διαµόρφωση των οπτικών ιδιοτήτων του υγρού κρυστάλλου. Οι εφαρµογές των FLC εξαρτώνται από τις οπτικές τους ιδιότητες. Μερικές από τις εφαρµογές αυτές δίνονται παρακάτω. [ 1 ] ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ: Έχουν περίπου περάσει 15 χρόνια βιοµηχανικής ανάπτυξης πάνω στους σιδηροηλεκτρικούς υγρούς κρυστάλλους (FLC). Η χρήση των FLC έγινε αποδεκτή αρκετά νωρίς, µε την αναγνώριση των σιδηροηλεκτρικών ιδιοτήτων το Κατ αρχήν, οι FLC είχαν την δυνατότητα να κάνουν ότι καµία άλλη τεχνολογία υγρών κρυστάλλων µπορούσε να κάνει. Εκτός από τους υψηλής ταχύτητας ηλεκτροπτικούς µηχανισµούς, τους διαµορφωτές φωτός που δουλευουν σε πραγµατικό χρόνο καθώς και άλλα παρόµοια εξαρτήµατα υπολογιστών (όλες οι εφαρµογές απαιτούν υψηλή ταχύτητα στην διαδικασία των επαναλήψεων), η τεχνολογία των FLC προσφέρει την πιθανότητα δηµιουργίας οθονών υψηλής ανάλυσης χωρίς να είναι απαραίτητη η χρήση των transistors ή άλλων ενεργητικών στοιχείων. Για παράδειγµα σε δοµές παθητικής µήτρας χρησιµοποιείται απλά µόνο ένας υγρός κρύσταλλος ως στοιχείο εναλλαγής. ιάφορες τέτοιες δοµές έχουν παρουσιαστεί, οι οποίες δίνουν πολύ υψηλή ποιότητα απόδοσης

2 Ασκηση switching 2 εικόνων µε πολλά χρώµατα. Η τεχνολογία των πολυµερών FLC που έχει αναπτυχθεί είναι ικανή να χρησιµοποιηθεί τόσο για µονοχρωµατικά όσο και για πολυχρωµατικά panels. [ 2 ] To 1986 περίπου 20 Ιαπωνικές και 5 ευρωπαϊκές εταιρίες ενώθηκαν για την έρευνα των FLC, η οποία υποστηριζόταν από 10 χηµικές εταιρίες παγκοσµίως. Λόγω διάφορων δυσκολιών ορισµένες από τις εταιρίες άρχισαν να εγκαταλείπουν τις έρευνες και επικεντρώθηκαν στις STN και TFT τεχνολογίες. Μετά από την παρουσίαση του πρώτου ολοκληρωµένου προτοτύπου FLC το 1988 (ασπρόµαυρο) και το 1992 (πολύχρωµο), η εταιρία CANON στο Τόκιο κατασκεύασε το πρώτο FLC panel 37,5 cm µε 1280 x 1024 εικονοστοιχεία, όπου το κάθε εικονοστοιχείο ( µε µέγεθος 230µm x 230µm )µπορεί να επιδείξει 16 διαφορετικά χρώµατα επειδή έχει φτιαχτεί από 4 τελείες ή υποεικονοστοιχεία.αυτή η οθόνη (όπως φαίνεται στην εικόνα 1.) έχει µια αξιόλογη απόδοση απαλλαγµένη από το «τρεµόσβηµα» που εµφανιζόταν σε άλλες τεχνολογίες οθονών.[ 2 ]

3 Ασκηση switching 3 Εικόνα 1.

4 Ασκηση switching 4 Μία άλλη εφαρµογή παρουσίασε η εταιρία Displaytech στα microdisplays. Αυτά είναι ελαφρώς µεγαλύτερα από 5 mm µε VGA ανάλυση (640 x 480 ), όπου κάθε τελεία µπορεί να αποδώσει 512 χρώµατα. (εικόνα 2.). Εικόνα 2. ΘΕΩΡΙΑ: Οι υγροί κρύσταλλοι διαχωρίζονται σε διάφορες φάσεις ανάλογα µε την τάξη, δοµή και το είδος των µορίων τους. Κάποιες από αυτές καθώς και τα χαρακτηριστικά τους δίνονται παρακάτω. Οι πιο συνήθεις φάσεις είναι οι εξής: Νηµατική Φάση (Ν): Αταξία θέσης των κρυστάλλων ως προς το κέντρο µάζας. Τα µόρια προσανατολίζουν τους µεγάλους άξονες τους παράλληλα µεταξύ τους σε µία διεύθυνση η οποία περιγράφεται από το µοναδιαίο διάνυσµα n που ονοµάζεται κατευθυντής. Είναι φάση απολική. εν υπάρχει η διαµόρφωση στρωµάτων.

5 Ασκηση switching 5 Ο δείκτης διάθλασης είναι ίδιος σε όλες τις κάθετες διευθύνσεις, είναι όµως διαφορετικός κατά µήκος του κατευθυντή. Το ιξώδες είναι χαµηλό.[ 3,4 ] Στο παρακάτω σχήµα παρουσιάζεται η νηµατική φάση: Σχήµα 1. Σµηκτική φάση (Sm ): Τάξη ως προς τη θέση των µορίων. Τάξη ως προς τον άξονα Z (κατά µήκος του υπάρχει περιοδικότητα θέσεων των µορίων) και αταξία ως προς τους άξονες X, Y. Τα µόρια είναι τοποθετηµένα σε στρώµατα.[ 3,4 ] H σµηγµατική φάση ανάλογα µε τον ξεχωριστό τρόπο διευθέτησης των µορίων µέσα στα στρώµατα διακρίνεται στους εξής διαφορετικούς τύπους: S m A, S m Β, S m C. Εστιάζοντας περισσότερο στις S m A και S m C ισχύουν τα παρακάτω: Στη S m A φάση ισχύει: Κατά µήκος του άξονα Z υπάρχει περιοδικότητα θέσεων των µορίων καθώς και προσανατολισµός των µοριακών αξόνων.

6 Ασκηση switching 6 Η διεύθυνση του κατευθυντή ταυτίζεται µε την διεύθυνση του άξονα Z, που είναι κάθετος στα σµηγµατικά στρώµατα. Η φάση είναι µονοαξονική. Με περιστροφή των µορίων γύρω από τον κατευθυντή δεν αλλάζει καµία ιδιότητα,υπάρχει πλήρης κυλινδρική συµµετρία.. [ 4,5 ] Στο παρακάτω σχήµα παρουσιάζεται η S m A φάση: Σχήµα 2. Στη S m C έχουµε: Τάξη ως προς τη θέση των µορίων στον άξονα Z,όπως συµβαίνει και στη S m A. Αταξία θέσεων ως προς τους άξονες X,Y. Η διεύθυνση του κατευθυντή δεν ταυτίζεται µε αυτή του άξονα Z, ο οποίος είναι κάθετος στα σµηγµατικά στρώµατα.σχηµατίζει όµως

7 Ασκηση switching 7 γωνία απόκλισης θ (ονοµάζεται για αυτό και κεκλιµένη φάση). Αυτή δεν είναι απαραίτητο να είναι σταθερή σε όλα τα επίπεδα. Με περιστροφή γύρω από τον κατευθυντή χάνεται η κυλινδρική συµµετρία,λόγω ύπαρξης της γωνίας αυτής. Εποµένως είναι διαξονική φάση. Το Y-Z επίπεδο είναι επίπεδο συµµετρίας. Η κάθετος σε αυτό αποτελεί τον C 2 άξονα περιστροφής. Το σηµείο τοµής του επιπέδου Y-Z και του C 2 άξονα είναι το σηµείο αναστροφής (i).[ 3,4 ] Στο παρακάτω σχήµα παρουσιάζεται η S m C φάση: Σχήµα 3. Στην S m C* έχουµε τα εξής: Η S m C* λόγω της περιστροφής του κατευθυντή γύρω από τον άξονα Ζ παρουσιάζει ελικοειδής δοµή η οποία φαίνεται στο σχήµα 4α,4β. Καθώς µειώνουµε τη θερµοκρασία παρατηρείται µείωση του βήµατος της έλικας. Σε κάθε στρώµα ο κατευθυντής κλίνει από τον άξονα Ζ προς συνεχώς µεταβαλλόµενη διεύθυνση σε σχέση µε το προηγούµενο στρώµα διατηρώντας την ίδια γωνία απόκλισης και διαγράφοντας έλικα βήµατος µερικών εκατοντάδων ή και χιλιάδων στοιβάδων. Λόγω της παραπάνω ιδιότητας, το Y-Z επίπεδο παύει να είναι επίπεδο συµµετρίας, ο C 2 άξονας γίνεται πολικός (αφού οι δύο

8 Ασκηση switching 8 διευθύνσεις του δεν είναι πλέον ισοδύναµες) και συνεπώς εµφανίζεται ηλεκτρική πόλωση. Αποτελείται από χειρόµορφα µόρια.. [ 3,4 ] Στα παρακάτω σχήµατα παρουσιάζεται η Sm C* φάση: Σχήµα 4,α Παρουσιάζεται η περιστροφή του κατευθυντή κατά µήκος του άξονα Ζ. Όπου d η απόσταση δυο στρωµάτων (10 εως 30 Å )και p/2 το µισό βήµα της έλικας. [ 4 ] Σχήµα 4,β Αριστερά παρουσιάζεται η περιστροφή του κατευθυντή (ροζ βέλη) σε κάθε στρώµα και δεξιά η κάτοψη µε τις προβολές των διανυσµάτων του. [ 2 ]

9 Ασκηση switching 9 Σχήµα 4,γ Σχηµατική παρουσίαση της δοµής χειρόµορφης σιδηροηλεκτρικής S m C* φάσης. Τα µικρά λαδί βέλη δείχνουν την αυθόρµητη ηλεκτρική πόλωση σε κάθε στρώµα.για λόγους ευκολίας της γραφικής αναπαράστασης η έλικα στο σχήµα αυτό καθώς και στο σχήµα 5. φαίνεται να είναι πολύ «κλειστή», δηλαδή να έχει βήµα µερικών στοι βάδων. Στην πραγµατική S m C* η έλικα είναι πολύ µεγαλύτερου βήµατος.. εξιά η εικόνα δείχνει την κατεύθυνση της γωνίας και την διεύθυνση της αυθόρµητης πόλωσης. N.B.: Το σχήµα 4,α,όπως και το σχήµα 5,δεν είναι χαρακτηριστικό της S m C*. Αποτελεί µια απλή προσοµοίωση του µισού βήµατος της έλικας, χωρίς να σηµαίνει ότι αυτό ισούται µε 4*d. [ 4 ] Η S m C* φάση είναι σιδηροηλεκτρική λόγω της γωνίας απόκλισης του κατευθυντή σε συνδυασµό µε τη χειροµορφία των µορίων της. Το µοναδικό στοιχείο συµµετρίας της είναι ο άξονας περιστροφής C 2.Όπως ήδη έχουµε προαναφέρει, ο άξονας αυτός γίνεται πολικός εµφανίζοντας κατά µήκος του διπολική ροπή, η οποία προκαλεί την αυθόρµητη ηλεκτρική

10 Ασκηση switching 10 πόλωση, P s (spotaneous polarization). H P s είναι κάθετη στο επίπεδο απόκλισης όπως δείχνει το σχήµα 5. Το πρόσηµο της λαµβάνεται θετικό όταν η διεύθυνση της συµπίπτει µε την διεύθυνση Χ και αρνητικό όταν συµπίπτει µε την διεύθυνση Χ.. [ 1 ] Σχήµα 5. ιαφορές S m C και S m C* : Στην S m C (µη χειρόµορφη) το επίπεδο ΧΖ είναι «επίπεδο καθρέφτης». Η ύπαρξη αυτού αλλάζει την πόλωση από (0,Py,0) σε (0,- Py,0). Εφόσον οι δυο αυτές εκφράσεις της πόλωσης πρέπει να είναι ταυτόσηµες, η πόλωση µηδενίζεται και δεν έχουµε παρουσία σιδηροηλεκτρισµού. Αντίθετα, στη χειρόµορφη S m C* τα µόρια δεν αποτελούν είδωλα του εαυτού τους. Συνεπώς, το ΧΖ επίπεδο δεν είναι πλέον «επίπεδο καθρέφτης», παραµένει η πόλωση κατά µήκος του Υ άξονα (σχήµα 6) σε κάθε στρώµα και παρουσιάζεται ο σιδηροηλεκτρισµός. Το συνολικό άθροισµα όµως των πολώσεων όλων των στρωµάτων είναι µηδέν.[ 1 ]

11 Ασκηση switching 11 Σχήµα 6. Μετατροπές: Ξεκινώντας από ισότροπο υγρό και ψύχοντας περνάµε στην νηµατική φάση. Ψύχοντας µε αυξανόµενο ρυθµό περνάµε στη S m A και περαιτέρω στη S m C.Αν οι αλληλεπιδράσεις είναι πολύ ισχυρές από ισότροπη πάµε κατευθείαν σε σµηκτική φάση. Η µετατροπή από την N στην S m A είναι πρώτης τάξης µετατροπή (δηλαδή έχω µία ασυνεχή αλλαγή από τη µία φάση στην άλλη) Η µετατροπή από την S m A στην S m C είναι δευτέρας τάξης (οι ιδιότητες αλλάζουν συνεχώς ) ή πολύ ασθενής πρώτης τάξης. Η S m C είναι διαξονική φάση ενώ η S m A είναι µονοαξονική φάση. [4 ] Σιδηροηλεκτρισµός: Σύµφωνα µε τον Robert Meyer (1974) κάθε κεκλιµµένη σµηγµατική φάση, αποτελούµενη από µόρια χειρόµορφα, µπορεί να εµφανίζει αυθόρµητη ηλεκτρική πόλωση χωρίς εφαρµογή ηλεκτρικού πεδίου. Τέτοιου είδους φάση παρουσιάζει σιδηροηλεκτρισµό. Η επιβεβαίωση αυτού του συµπεράσµατος πραγµατοποιήθηκε µε τη σύνθεση του πρώτου σιδηροηλεκτρικού υγρού κρυστάλλου, γνωστό ως DOBAMBC.[ 2 ]

12 Ασκηση switching 12 Κατάσταση σταθεροποιηµένης επιφάνειας (Surface Stabilized State): Κατά την περιστροφή του κατευθυντή κατά µήκος του άξονα Ζ η Ps ακολουθεί αυτή την περιστροφή. Μακροσκοπικά, η ελικοειδής δοµή που δηµιουργείται από την περιστροφή του κατευθυντή, αναιρεί την εκδήλωση της ηλεκτρικής πόλωσης την οποία επιθυµώντας να µελετήσουµε απαραίτητη προϋπόθεση είναι η αποµάκρυνση της ελικοειδούς δοµής.. Σε αυτό το σηµείο, οι Clark και Lagerwall (1980) εισήγαγαν την έννοια της SSFLC (surface stabilized ferroelectric liquid crystal) µε την οποία επιτυγχάνεται το ξετύλιγµα της έλικας στην S m C* φάση. Συγκεκριµένα παρατήρησαν την τεχνολογική σηµασία της µεγάλης ηλεκτροπτικής επίδρασης, όταν ένας υγρός κρύσταλλος σιδηροηλεκτρικής S m C* φάσης συµπιέζεται ανάµεσα σε δύο γυάλινα πλακίδια τα οποία πρέπει να απέχουν απόσταση πολύ µικρού πάχους, ώστε να είναι εφικτό το ξετύλιγµα της έλικας. Η αρχή της διαδικασίας της SSFLCD (surface stabilized ferroelectric liquid crystal display) απεικονίζεται στο σχήµα 7. [ 2 ] Σχήµα 7. Κατά την σταδιακή τοποθέτηση της ουσίας στο cell αρχίζει να τήκεται και λαµβάνει χώρα η εισχώρηση της µέσω τριχοειδών φαινοµένων. Όταν µια ελικοειδής σιδηροηλεκτρική S m C* φάση συµπιέζεται ανάµεσα σε δυο γυάλινα πλακίδια πολύ κοντά µεταξύ τους, οι δυνάµεις αλληλεπίδρασης ανάµεσα στα µόρια του υγρού κρυστάλλου και

13 Ασκηση switching 13 την επιφάνεια των πλακιδίων µεταφέρονται µέσω ελαστικών τάσεων στη δοµή έχοντας ως αποτέλεσµα το ξετύλιγµα της έλικας.. Το πάχος µεταξύ των πλακιδίων του cell κυµαίνεται µεταξύ 10-25µm συνήθως. Σε ικανοποιητικά λεπτά δείγµατα, µπορούµε να πάρουµε µια οµοιογενώς πολωµένη σιδηροηλεκτρική κατάσταση η οποία µπορεί να αλλάζει µέσω ενός εξωτερικού ηλεκτρικού πεδίου. Συνεπώς ο FLC είναι σαν ένα διηλεκτρικό ανάµεσα σε ένα πυκνωτή. Σε εφαρµοζόµενες τάσεις ανάµεσα στα πλακίδια του σχηµατιζόµενου πυκνωτή, τα µόρια,λόγω δυνάµεων συνάφειας, κάθονται πάνω στα πλακίδια προτιµώντας την επίπεδη ευθυγράµµιση (planar alignment). Όπως φαίνεται και στο σχήµα 7 τα µόρια είναι παράλληλα στα πλακίδια και τα στρώµατα είναι κάθετα σε αυτά. [ 1 ] Switching Εφαρµόζοντας εξωτερικό ηλεκτρικό πεδίο µε διαφορετική κατεύθυνση κάθε φορά διακρίνουµε δυο περιπτώσεις, τις εξής: a) Για εφαρµογή αρνητικής τάσης (-15 Volt), θεωρούµε κατά σύµβαση την διεύθυνση της πόλωσης έστω «προς τα πάνω». Τότε ο κατευθυντής κλίνει προς τα δεξιά κατά γωνία -θ. b) Ενώ για εφαρµογή θετικής τάσης (+15 Volt), θεωρώντας την διεύθυνση της πόλωσης «προς τα κάτω»,ο κατευθυντής κλίνει προς τα αριστερά +θ. Η παραπάνω διαδικασία είναι γνωστή µε τον όρο switching αφού η διεύθυνση του κατευθυντή αλλάζει µε το πεδίο κατά µία γωνία. [ 1 ] ΠΕΙΡΑΜΑ: ΥΛΙΚΟ Για την διεκπεραίωση του πειράµατος χρησιµοποιείται το υλικό DOBAMBC (p-decycloxybenzylidene-p-amino-2-methylbutyl-cinnamate). Η χηµική δοµή του DOBAMBC φαίνεται στο σχήµα 8. [ 5 ]

14 Ασκηση switching 14 ΥΠΟΣΤΡΩΜΑ: Σχήµα 8. Επίσης ως υπόστρωµα στο surface- stabilized χρησιµοποιούµε ένα εµπορικό cell το οποίο αποτελείται από δύο αγώγιµα πλακίδια φτιαγµένα από ITO µε απόσταση µεταξύ τους 15 µm.[ 5 ] ΣΤΑ ΙΑ ΠΕΙΡΑΜΑΤΟΣ: Εύρεση θερµοκρασιών µετατροπής Είναι απαραίτητο στην αρχή να προσδιορίσουµε τις θερµοκρασίες µετατροπής φάσεων (από ισότροπο σε SmA και από SmA σε SmC ) στις οποίες θα δουλέψουµε. Οι θεωρητικά αναµενόµενες θερµοκρασίες είναι : C από Iso (ισότροπο) σε SmA, και 95 0 C από SmA σε SmC. Αφού Θερµάνουµε ένα γυαλάκι τοποθετούµε πάνω σε αυτό πολύ µικρή ποσότητα της ουσίας και σκεπάζουµε µε ένα cover slip Θερµαίνουµε την τράπεζα πάνω από τη θερµοκρασία της ισότροπης φάσης, πάνω από τους C, η οποία γίνεται αντιληπτή από το µαύρο χρώµα που παρατηρούµε στο πολωτικό µικροσκόπιο. Έπειτα, µε ψύξη του ισότροπου υγρού µέχρι τους 28 0 C παρατηρούµε στο µικροσκόπιο δυο µετατροπές φάσης: I SmA από στην Τ=114,3 η οποία είναι ευκρινής από την αλλαγή του µαύρου χρώµατος του ισότροπου υγρού σε εµφανείς διακριτές περιοχές της SmA φάσης.. από SmA SmC * στην Τ=88,5 0 C η οποία είναι φανερή από τις µαύρες ρίγες που εµφανίζονται. Αυτές αντιπροσωπεύουν την έλικα και έτσι καταλαβαίνουµε ότι έχουµε περάσει στην χειρόµορφη SmC*. 0 C

15 Ασκηση switching 15 Προετοιµασία του cell: Στη συνέχεια προετοιµάζουµε το cell ως εξής: Πρώτα κάνουµε τις ηλεκτρικές επαφές συνδέοντας το ένα άκρο καλωδίων χαλκού µε τους µεταλλικούς ακροδέκτες και το άλλο άκρο τους το κολλάµε µε αγώγιµη κόλλα πάνω στα ηλεκτρόδια που βρίσκονται ενσωµατωµένα στο cell. Θερµαίνουµε το παραπάνω σύστηµα και µε τη χρήση µίας σπάτουλας προσθέτουµε σταδιακά ουσία DOBAMBC. Αφήνουµε το cell µέχρι να στεγνώσουν καλά οι επαφές. Παρατήρηση στο µικροσκόπιο: Παρατηρούµε στο πολωτικό µικροσκόπιο το ξεδίπλωµα της έλικας. Εφαρµογή πεδίου µε πηγή συνεχούς τάσης: Εφαρµόζουµε ηλεκτρικό πεδίο στο δείγµα µας µε διαφορετική κατεύθυνση κάθε φορά και παρατηρούµε το φαινόµενο switching στους 80 Ο C. ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΟΣ ΕΞΟΠΛΙΣΜΟΣ: Τα κύρια όργανα και σκεύη που χρησιµοποιούµε για την εκτέλεση του πειράµατος είναι τα εξής: Πολωτικό µικροσκόπιο Θερµαινόµενη τράπεζα Υπολογιστής µε ένδειξη θερµοκρασιών. Συγκεκριµένα, η κόκκινη ένδειξη δηλώνει τη θερµοκρασία δείγµατος και η κίτρινη ένδειξη δηλώνει τη θερµοκρασία την οποία θέλουµε να πετύχουµε στο δείγµα µας (set point). Εµπορικό cell (κυψελίδα) Ηλεκτρόδια Καλώδια χαλκού περιτυλιγµένα από Τeflon, το οποίο είναι ανθεκτικό σε πολύ υψηλές θερµοκρασίες. Επίσης, το αντιδραστήριο που επεξεργαζόµαστε και οι χηµικές ουσίες που χρησιµοποιούµε είναι τα παρακάτω: Συνδυασµός δυο τύπων κόλλας εργαστηρίου Αγώγιµη κόλλα (silver paste) Υγρός κρύσταλλος σε µορφή σκόνης (DOBAMBC)

16 Ασκηση switching 16 Τέλος, για την παρατήρηση του switching χρησιµοποιούµε ένα υποτυπώδες κύκλωµα, όπως φαίνεται στο σχήµα 9, το οποίο αποτελείται από τα παρακάτω: Πηγή συνεχούς τάσης Πολωτικό µικροσκόπιο Βάση Θερµική τράπεζα πάνω στην οποία τοποθετούµε το cell Σχήµα 9. ΠΑΡΑΤΗΡΗΣΕΙΣ ΣΤΟ ΜΙΚΡΟΣΚΟΠΙΟ: 1) Κατά την ψύξη µέχρι τους 70 0 C έχουµε τις εξής µετατροπές : 0 114,3 C 88,5 C Iso SmA SmC 0 * 0 76 C Cr

17 Ασκηση switching 17 Οι εικόνες που παρατηρούµε στο µικροσκόπιο είναι οι παρακάτω: SmA (Τ=114,3 0 C ) SmC* (T=88,5 0 C )

18 Ασκηση switching 18 2.) Για το φαινόµενο switching παρατηρούµε τις παρακάτω σε T=80 0 C :.Χωρίς πεδίο:.εφαρµόζοντας το πεδίο (+15 Volt)

19 Ασκηση switching 19 Η χρονική καθυστέρηση επαναφοράς της πόλωσης, για την οποία θα γίνει αναφορά παρακάτω, περιγράφεται από τις εξής εικόνες Πρώτο στιγµιότυπο: εύτερο στιγµιότυπο:

20 Ασκηση switching 20 Τρίτο στιγµιότυπο:.εφαρµόζοντας αντίστροφο πεδίο (-15 Volt) έχουµε τις αντίστοιχες παρακάτω:

21 Ασκηση switching 21.Υστέρηση Πρώτο στιγµιότυπο:

22 Ασκηση switching 22 εύτερο στιγµιότυπο: Τρίτο στιγµιότυπο:

23 Ασκηση switching 23 ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ ΚΑΙ ΠΑΡΑΤΗΡΗΣΕΙΣ: 1) Στον προσδιορισµό των θερµοκρασιών µετατροπής υπεισέρχονται κάποια σφάλµατα που οφείλονται πιθανώς σε σφάλµατα των οργάνων ή λανθασµένη εκτίµηση από δική µας µεριά. 2) Όλες οι FLC ουσίες δεν έχουν την ίδια ευκολία στο χειρισµό τους κατά τη διαδικασία του switching. Συγκεκριµένα το DOBAMBC εισχωρεί δυσκολότερα και πιο αργά στην επιφάνεια των πλακιδίων του cell. 3) Για πιο αποτελεσµατικό ξετύλιγµα της έλικας, θα πρέπει το πάχος του δείγµατος ανάµεσα στα δυο πλακίδια να είναι όσο το δυνατόν µικρότερο. 4) Παρατηρούµε το φαινόµενο switching,όπως προαναφέραµε, στους 80 Ο C.Όµως, χαµηλώνοντας την θερµοκρασία (π.χ. στους 70 Ο C ή 60 Ο C) παρατηρείται οριακά, αφού σε κάποια σηµεία (περιοχές) εξακολουθεί να υπάρχει ακόµη ελικοειδής δοµή. Για να το αντιδιαστείλουµε αυτό και να πετύχουµε το κατάλληλο switching αρκεί να χρησιµοποιήσουµε ακόµη πιο µικρό πάχος ανάµεσα στα γυαλάκια του cell. 5) H τάση πού εφαρµόζουµε για την παρατήρηση του switching έχει µία οριακή τιµή, τάση κατωφλίου, τέτοια ώστε κάτω από αυτή δεν µπορούµε να το παρατηρήσουµε. Η τιµή της εξαρτάται από το πάχος των πλακιδίων του cell και από τον υγρό κρύσταλλο που χρησιµοποιούµε. 6) Tέλος κατά την διακοπή της τάσης (π.χ. µετάβαση από +15 Volt σε 0 Volt ) παρατηρούµε στο µικροσκόπιο µία αρκετά αργή αποκατάσταση του δείγµατος στην κατάσταση που είχε πριν εφαρµοστεί η τάση.το φαινόµενο αυτό οφείλεται στην ευστάθεια των καταστάσεων αυθόρµητης πόλωσης και σχετίζεται µε την υστέρηση που παρουσιάζει η εξάρτηση της πόλωσης P από το ασκούµενο πεδίο το οποίο απεικονίζεται παρακάτω :

24 Ασκηση switching 24 ΓΡΑΦΙΚΗ ΠΑΡΑΣΤΑΣΗ : P = f ( E ) Γράφηµα του διανύσµατος της πόλωσης συναρτήσει του διανύσµατος έντασης ηλεκτρικού πεδίου. Παρατηρούµε ότι αυξανοµένης της έντασης του ηλεκτρικού πεδίου, ορισµένης κατεύθυνσης, επέρχεται κορεσµός (saturation) στην τιµή της πόλωσης. Για να µηδενιστεί η πόλωση από αυτή την τιµή κορεσµού δεν αρκεί να µηδενίσουµε το πεδίο, αλλά χρειάζεται να εφαρµοστεί πεδίο αντίθετης φοράς. [ 1,2 ] ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ: [1] The Physics of Ferroelectric and Antiferroelectric Liquid Crystals, I.Musevic, R. Blinc, B. Zeks. World Scientific [2] Ferroelectric and Antiferroelectric Liquid Crystals, Sven T. Lagerwall. Wiley-Vch [3]Master, Panagiota Karachalioy. [4]Σηµειώσεις του µαθήµατος : «Επιστήµη και Τεχνολογία Υγροκρυσταλλικών Υλικών»

25 Ασκηση switching 25 [5] PLC.WRUC.EDU