Жидкие кристаллы (ЖК) представляют собой вязкие материалы, которые состоят из молекул вытянутой формы, упорядоченных определенным образом во всём объёме жидкости. ЖК нашли широкое применение в производстве дисплеев, которые сейчас присутствуют на многих устройствах: телевизоры, фотоаппараты, микрокалькуляторы, электронные часы и так далее.
Аспирант кафедры фотоники СПбГЭТУ «ЛЭТИ» Андрей Тойкка, профессор кафедры фотоники СПбГЭТУ «ЛЭТИ» Наталия Каманина
Наиболее характерным свойством жидких кристаллов является их способность изменять ориентацию молекул под воздействием электрических полей. Для широкого практического использования разрабатывают ЖК-элементы, которые могут применяться в двух режимах: активном - при использовании электрического поля, пассивном - при его отсутствии. Но необходимо управлять поляризацией оптического пучка, то есть фильтрацией света, отраженного от горизонтальных поверхностей. Для этого используют специальные устройства и модуляторы, которые создаются из жидких кристаллов. Согласование ЖК-элементов с оптической схемой устройства необходимо для того, чтобы снизить нежелательные потери по интенсивности светового пучка. Поэтому ученые рассматривают возможные варианты, в которых элементы будут выполнять свои функции без дополнительного модулятора и без ущерба для свойств излучения.
«Мы исследовали ЖК-композиты и создали новую жидкокристаллическую смесь с нанотрубками, преимущество которой заключается в том, что элементы на их основе могут чередовать режимы работы в пределах одного устройства. Иными словами, в ряде случаев это позволяет упростить процесс настройки и снизить массогабаритные параметры оптической системы», - рассказывает аспирант кафедры фотоники СПбГЭТУ «ЛЭТИ» Андрей Сергеевич Тойкка.
Исследователи ЛЭТИ изучали влияние углеродных наночастиц на свойства жидкокристаллических сред с целью расширения функциональных возможностей ЖК-устройств, затем перешли к сравнению полученных результатов с данными по влиянию нанотрубок. На начальном этапе исследования велась подготовка жидкокристаллической смеси с разными концентрациями нанотрубок с помощью магнитной мешалки (в течение пяти суток). Далее на ее основе ученые собирали жидкокристаллические ячейки. Для комплектации одной ячейки использовались две подложки из стекла марки К8 (бесцветное оптическое стекло) толщиной 3 мм. В специально оборудованной конструкции на них осаждались проводящие покрытия на основе оксидов индия-олова специальным методом.
Затем последовательно между поляризатором (устройство, которое делает из хаотичного света упорядоченный) и анализатором (прибор, который регулирует интенсивность света) располагались исследуемые ЖК-ячейки. Оптический сигнал фиксировался на фотодиоде (прибор, преобразующий свет в электрический заряд), который был подключен к осциллографу (устройство для наблюдения за параметрами электрического сигнала).
«По результатам исследований снабжение ЖК-элементов нанотрубками позволяет создать более быстрые, точные и компактные жидкокристаллические устройства, например, дисплеи для телевизоров, мониторов и смартфонов. Результаты исследования также могут использоваться при создании новых типов лазерной техники», - поделился Андрей Сергеевич Тойкка.
Исследование было выполнено в рамках цикла работ по изучению нового композитного материала на основе стандартных жидких кристаллов с нанотрубками под руководством профессора кафедры фотоники СПбГЭТУ «ЛЭТИ» Наталии Владимировны Каманиной. Работа частично финансировалась за счет проекта «СТАРТ» (С1-112174, Фонд содействия инновациям) и проекта № FSEE-2020-0008, который выполнялся в рамках государственного задания Министерства науки и высшего образования РФ.
Информация и фото предоставлены Центром научных коммуникаций СПбГЭТУ "ЛЭТИ"
