Энергоэффективные электрооптические материалы на основе капельных дисперсий холестерических жидких кристаллов

КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Номер проекта 25-22-00053

НазваниеЭнергоэффективные электрооптические материалы на основе капельных дисперсий холестерических жидких кристаллов

Руководитель Гардымова Анна Петровна, Кандидат технических наук

Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Федеральный исследовательский центр "Красноярский научный центр Сибирского отделения Российской академии наук" , Красноярский край

Конкурс №102 - Конкурс 2025 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований малыми отдельными научными группами»

Область знания, основной код классификатора 02 - Физика и науки о космосе; 02-205 - Сегнетоэлектрики, диэлектрики, жидкие кристаллы

Ключевые слова Холестерики, капельные дисперсии, энергоэффективность, электрооптические материалы, оптический отклик, ориентационные структуры, дихроичный краситель, рассеяние света, поглощение света, микроскопия.

Код ГРНТИ81.37.09

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Ожидаемые результаты
В данном проекте будут исследованы оптические и электрооптические свойства материалов на основе капельных дисперсий холестерика с различными структурами, в том числе и допированные дихроичным красителем. Полученные результаты станут стимулами развития технологичных электрооптических материалов с новыми и/или улучшенными свойствами. Для этого в рамках данного проекта: Будут подобраны компоненты разрабатываемого энергоэффективного материала, исследована морфология получаемых образцов, определены условия изготовления образцов с оптимальными параметрами. Будут исследованы и классифицированы ориентационные структуры капель холестерика, допипрованного дихроичным красителем, а также будет выявлено влияние дихроичного красителя на оптические характеристики капелек. Будут описаны сценарии трансформации под действием электрического поля, получены алгоритмы выключения поля, позволяющие переключать капли между различными стабильными состояниями. Будет адаптирована и поставлена методика измерения электрооптического отклика в том числе в образцах с дихроичным красителем. Далее будет исследован электрооптический отклик полученных образцов, сняты вольт-контрастные характеристики, рассмотрен коэффициент пропускания света в зависимости от формирующихся структур холестерика внутри капель. Будут проанализированы полученные экспериментальные данные, выделены вклады в спектры пропускания эффектов рассеяния и поглощения света. Рассмотрена возможность применения данных КПЖК пленок в качестве функциональных материалов. Полученные результаты, а также приобретенный опыт по измерению спектральных и электрооптических характеристик позволит авторам проекта получить новые для себя навыки по исследованию оптических свойств композитных материалов, и определить приоритетные направления для дальнейших научных изысканий в прикладном аспекте.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Аннотация результатов, полученных в 2025 году
Были выбраны материалы, позволяющие апробировать практический весь спектр холестерических структур в каплях. В качестве полимера был выбран полиизобутилметакрилат (ПиБМА), в качестве хирального компонента – холестерилацитат (Х3). Для реализации в каплях закрученной биполярной и Франк-Прайс структур, использовались 6CHBT, CYLC-45. Для формирования радиальной и тороидальной структур использовались E7, MLC6080. Для реализации аксиал-биполярной структуры в каплях выбран LN-396. Выбраны дихроичные красители Blue (AB4), Red (AR1) (NEMATEL, Germany). Пленки изготавливались в два этапа: на первом этапе используется технология SIPS, на втором этапе TIPS, пленка нагревается до расплава и постепенно охлаждается, для формирования нужного размера капель внутри пленки. Проведены исследования морфологии пленок, дана оценка рассеивающей способности образцов. Показано, что в образцах с большим размером капель (20мкм и более), и высокой плотностью прохождение света наблюдалось в районе 18% по всему наблюдаемому диапазону волн. При уменьшении плотности в два раза исходное пропускание увеличилось до 50%. В образцах с малым размером капель (до 5мкм) и высокой плотностью прохождение света в диапазоне 350нм – 850нм, разнится. В 350нм – 400нм образец не пропускает излучение, в диапазоне от 400нм – 700нм не более 6%, а в диапазоне 700нм – 850нм проходит около 17%. КПЖК пленки с маленькими каплями с добавкой дихроичного красителя, также рассеивают, как и без красителя. КПЖК пленки с каплями большого размера в исходном состоянии незначительно пропускают свет – 18%. Однако при добавке красителя Blue (AB4) прохождение света в диапазоне 590-660нм, практически в два раза уменьшается, а пленка приобретает ярко синий окрас. Для энергоэффективных КПЖК пленок, работающих в классическом режиме лучше изготавливать пленки с высокой плотностью и с малым размером капель, а для инверсного режима – пленки с большим либо средним размером капель. Анализ трансформаций капель ХЖК под действием внешнего электрического поля показал, что наиболее перспективны капли с N0>4, поскольку релаксируют в стабильные структуры и более равномерно переключаются под действием электрического поля. Поглощение света КПЖК определяется морфологией образца, а также специальными добавками такими как дихроичный краситель. Однако структура внутри капель определяет напряжение переключения в другие оптические состояния КПЖК пленки. Для дальнейших исследований были выбраны КПЖК пленки: с аксиа-биполярной структурой, на базе ЛН396 с Х3 диспергированного в ПиБМА; с тороидальной структурой, на базе E7 сХ3 диспергированого в ПиБМА. Поскольку они характеризуются стабильностью (по времени), а также очень чувствительны к внешнему электрическому полю, для переключения таких структур требуются малые электрические поля, в отличии от радиальной структуры и слоистых структур (например, Франк-Прайс). А также были выбраны КПЖК пленки на основе CYLC-45 с Х3, поскольку вызывают особый фундаментальный интерес, т.к. ЖК обладает отрицательной диэлектрической анизотропией.

Публикации

1. Прищепа О.О, Рудяк В.Ю, Барбашов B.A, Казанцев Р.Ю, Гардымова А.П. Transformation of toroidal structure in oblate cholesteric droplets under electric field 21st Optics of Liquid Crystals Conference, OLC 2025. Kaohsiung, Taiwan., Prishchepa O., Rudyak V., Barbashov V., Kazantsev R., Gardymova A. Transformation of toroidal structure in oblate cholesteric droplets under electric field // Abstracts Book of 21st Optics of Liquid Crystal Conference (OLC 2025), Kaohsiung, Taiwan, 31 August - 05 September, 2025. P. 120. (год публикации - 2025)

2. Прищепа О.О, Крахалев М.Н., Гардымова А.П. Electrically Controlled Structures in Cholesteric Droplets with Planar Anchoring Molecules, Prishchepa, O. O., Krakhalev, M.N.; Gardymova, A.P. Electrically Controlled Structures in Cholesteric Droplets with Planar Anchoring. Molecules 2025, Volume 30, Issue 22, 4482. DOI:10.3390/molecules30224482. (год публикации - 2025)
10.3390/molecules30224482