負性向列相液晶電致缺陷的產生與湮滅過程*

王紫凌 葉家耀 黃志軍 宋振鵬 李炳祥2)? 肖瑞林 陸延青

1) (南京郵電大學電子與光學工程學院,柔性電子(未來技術)學院,南京 210023)

2) (南京大學現(xiàn)代工程與應用科學學院,南京 210093)

3) (鞍山師范學院物理學院,鞍山 114000)

取向有序的液晶材料具有豐富的物理各向異性、外場響應性、物理效應,催生了新一代的光電應用.利用電場可在液晶中產生拓撲缺陷.缺陷動態(tài)過程受材料自身特性和外界條件的影響尚未明晰.本文選用介電各向異性 Δε在-1.1到-11.5 之間的7 種向列相液晶材料,通過施加線性增加的交流電場,研究了負性向列相液晶電致臍點缺陷產生到湮滅過程中材料特性( Δε)和外界條件(溫度、外加電場參數)對臍點缺陷的標度規(guī)律及湮滅快慢的影響.結果表明:在不同的 Δε、溫度和電場頻率下,缺陷產生過程均滿足Kibble-Zurek機制,即缺陷密度與電場變化率之間存在標度關系,且標度指數約為 1/2 ;溫度越高,產生缺陷密度越大;Δε越強或電場變化越快,缺陷湮滅速度越快.本文的研究厘清了拓撲缺陷產生湮滅與材料特性和外界條件的依賴關系,有利于對軟物質中拓撲缺陷動態(tài)過程的認識和理解.

1 引言

液晶(liquid crystal,LC)態(tài)是一種介于各向同性液態(tài)和晶體之間的中間相態(tài),兼具液體的流動性和晶體的各向異性.其中,向列相液晶是最常見且最簡單的液晶相,通常由棒狀分子組成,在空間位置上無明顯有序性,但取向具有一定有序性.為了表示液晶的取向,人們把液晶分子長軸的平均取向稱為液晶的指向矢.液晶的指向矢受到電場、光場、磁場等各種外場刺激響應,可用于新型顯示成像[1,2]、仿生傳感[3,4]、柔性光電器件[5-8]等領域.

拓撲缺陷的產生與湮滅廣泛存在于宇宙學、凝聚態(tài)物理和量子物理[9-11]中,是有序系統(tǒng)中取向場研究中一個重要問題.厘清缺陷產生及湮滅過程有著重要意義.液晶因其具有豐富的相態(tài)和拓撲缺陷,且易于通過光學顯微鏡直接觀測其內部的動態(tài)變化,是一種探究缺陷形成理論的理想材料.液晶拓撲缺陷是指向矢方向變化不連續(xù)的區(qū)域.在缺陷的平面內,沿一條包圍缺陷中心的閉合回路旋轉一周時,指向矢取向旋轉過的角度為 2π的S倍.其中,S被稱為缺陷強度[12,13].為了定量描述二維平面內缺陷周圍的指向矢場,人們引入?角來表示:n?(x,y)=(cos?,sin?,0),這里?=Sα+ψ,α=arctan(y/x),ψ為常數.向列相液晶中,液晶分子具有非極性,即與-等價,所以S只能為整數或半整數.向列相液晶會產生四種缺陷:S=±1/2,S=±1,缺陷中心輻射出的刷狀黑線數目m與其強度S的絕對值有關:m=4|S| .對于S=±1/2和S=±1 在偏光顯微鏡下可看到一些從缺陷中心輻射出兩條或四條刷狀黑線.由這種缺陷中心組成的織構被稱為紋影織構(schlieren texture).

當施加垂直于液晶指向矢的電場時,垂直排列的負介電常數各向異性( Δε＜0)液晶會重新取向,形成臍點缺陷(umbilic defects)[14].其指向矢繞閉合回路旋轉了 2π,形成強度S=±1 兩種類型的缺陷.由于指向矢彈性變形,缺陷會短暫存在,但最終缺陷強度大小相同但符號相反的相連缺陷會相互吸引發(fā)生湮滅,使系統(tǒng)自由能最小,在理想情況下最終形成取向均勻的指向矢分布.

近年來,液晶中的拓撲缺陷被廣泛研究[15-19].Williams等[20]首次實驗中驗證了液晶缺陷的湮滅動力學.隨后對線缺陷[21,22]、點缺陷[23]的湮滅動力學進行大量實驗研究和數值模擬[24-26].Bogi等[27]研究了向列相液晶中S=±1/2 缺陷的湮滅機制.Oswald 和Ignés-Mullol[28]通過實驗證明了回流導致了S=±1 缺陷在湮滅過程中運動的不對稱性,其中S=+1 缺陷運動速度是S=-1 的2 倍.從相變角度分析,液晶缺陷產生及湮滅過程遵循著Kibble-Zurek 機制.該機制描述了在有限速率下經歷連續(xù)相變時的非平衡動力學以及在這個過程中所產生的拓撲缺陷[29-31].其中缺陷密度ρ隨著時間逐漸減小,即ρ(t)∝L-D,其中D為空間維度.Chuang等[32]實驗探究了在向列相液晶中,隨時間推移三維缺陷數量會先增加,然后迅速減少,近似為ρ(t)∝t-3.Dierking等[33,34]在二維臍點缺陷的湮滅動力學的研究中,發(fā)現(xiàn)缺陷密度ρ與時間t成反比關系,且缺陷分離距離與湮滅時間呈 1/2 冪指數關系.Fowler 和Dierking[35]研究了介電各向異性 Δε為-5 左右的向列相液晶缺陷產生過程的標度定律,得到了缺陷密度和控制變量參數之間呈1/2 冪指數關系.液晶的介電各向異性 Δε是一個重要物理參數.Δε與缺陷標度指數之間的關系,以及不同外界條件,如溫度和施加電場頻率,對缺陷形成至湮滅過程的影響仍有待進一步研究.

本文選用 Δε在-1.1到-11.5 之間的7 種不同向列相液晶材料,通過施加線性增加的交流電場,研究負介電各向異性液晶電致臍點缺陷的產生和湮滅過程,探究其產生過程中的標度定律,即缺陷密度ρ與電場變化率τC之間關系.同時,探究材料特性( Δε)和外界條件(溫度T、電場頻率f)對缺陷的產生規(guī)律、湮滅快慢的影響.

2 材料與方法

2.1 實驗材料

實驗使用7 種不同負介電各向異性( Δε＜0)的向列相液晶樣品:HNG723200-000,HNG733300-000,HNG715800-000,HNG736600-000,HNG735 200-000,HNG715700-000,HNG725100-000 (江蘇和成顯示科技有限公司).選取的實驗材料的介電各向異性 Δε取值范 圍設定在 -1.1到-11.5 之間,利于研究液晶材料特性對臍點缺陷產生及湮滅過程的影響.為了方便描述,這些材料按順序被簡稱為H1,H2,H3,H4,H5,H6 和H7,表1 給出了7 種液晶材料的光學各向異性( Δn)、介電各向異性( Δε)和相變溫度(TNI).

表1 7 種負介電各向異性向列相液晶材料的物理特性.Table 1.Physical properties of seven nematic liquid crystals with negative dielectric anisotropy.

2.2 實驗方法

如圖1(a)所示,實驗中使用的液晶盒由兩個具有氧化銦錫(ITO)透明電極的玻璃基板(substrate)組成.為了得到垂直取向(homeotropic alignment)的液晶盒,在兩個玻璃基板的內表面上旋涂垂直取向劑NC-M-4070 (南京寧萃光學科技有限公司),再加熱烘干.將上述兩個玻璃基板的ITO面相對,用均勻混有固體顆粒的紫外固化膠粘合,放置于紫光燈下曝光5 min,使膠水固化,從而制備成空盒.液晶盒厚度可通過調節(jié)固體顆粒的直徑來控制,盒厚d的范圍為 7.6—9.6 μm .實驗結果表明在此盒厚范圍內,系統(tǒng)中缺陷演化仍然滿足標度定律.在各向同性相到向列相相變溫度以上5 ℃,即液晶處于各向同性相時,通過毛細作用把液晶樣品灌入液晶盒中.待填充均勻后,自然冷卻到室溫.由于錨定能的作用,液晶指向矢將垂直于玻璃基板排列.

圖1 液晶盒加電前(a)后(b)示意圖,藍色橢球代表液晶分子,藍色雙向箭頭表示取向方向.臍點缺陷指向矢分布圖 (c)S=+1,ψ=0 ;(d) S=-1,ψ=0,黑色雙向箭頭表示交流電場方向.臍點缺陷 S=-1,ψ=0和S=+1,ψ=π/6 的POM 圖像 (e) 正交偏振片;(f) 全波片(波長為 530 nm ),白色虛線代表指向矢場方向.比例尺:30 μmFig.1.The schematic configuration of the liquid crystal cell (a) before application of electric field and (b) under the application of electric field.Blue ellipsoids represent liquid crystal directors.Blue bidirectional arrow denotes the alignment direction.The schematic director field around (c) S=+1,ψ=0 and (d) S=-1,ψ=0 topological defects.The black bidirectional arrow denotes the directions of the alternating current field.POM image of S=-1,ψ=0 and S=+1,ψ=π/6 umbilic defects (e) with crossed polarizers and (f) a full-wave plate of wavelength 530 nm .The white dotted line denotes the direction of director.Scale bar:30 μm.

實驗中采用具有精確輸出的信號發(fā)生器(RIGOL DG4162)和電壓放大器(Aigtek ATA-2041)對液晶盒施加特定電場E和頻率f的交流正弦波.同時,通過LabVIEW 軟件精準控制信號發(fā)生器的輸出電場變化率.由精密熱臺(Instec HCS402)和溫控臺(mK2000 B)對液晶材料進行溫度控制,溫度改變速率為0.1 ℃/min.本實驗中電壓以每20 ms時間間隔線性增加,變化率從0.2 V/s 增大到2 V/s,施加電壓總時間為 4 s .本文統(tǒng)一選取加電后t=0.3 s 時產生的缺陷進行分析.當施加電壓變化率小于0.2 V/s,t=0.3 s 時臍點缺陷尚未完全形成;當電壓變化率大于2 V/s,t=0.3 s 時缺陷已有部分湮滅.因此,這里選取電壓變化率從0.2 V/s 到2 V/s,以獲得更準確的缺陷數量,更好地探究缺陷的產生和湮滅過程.

在偏光顯微鏡(polarized optical microscope,POM,Nikon ECLIPSE Ci-POL)下觀察液晶盒中缺陷的產生至湮滅,并通過高幀率相機(E3ISPM 09000KPB)以每秒60 幀的幀率和 1488×1500 分辨率記錄整個過程,然后借助圖像分析軟件ImageJ來進一步分析和處理視頻.

由于液晶具有介電各向異性 Δε,在外加電場作用下液晶指向矢取向方向會改變.向列相液晶的傳統(tǒng)電光應用一般基于Freedericksz 轉變效應.介電各向異性值為正( Δε＞0)時,液晶分子傾向于沿著外加電場方向排列;介電各向異性值為負( Δε＜0)時,液晶分子則傾向于垂直外加電場方向排列.指向矢響應時間τon近似為

去掉電場后,指向矢的恢復時間τoff近似為

式中,γ為液晶的黏滯系數;ε0為真空介電常數;d為盒厚;K為液晶的彈性常數.當施加垂直于玻璃基板方向的電場時,中間層的負性液晶分子發(fā)生傾斜,指向矢改變,并伴隨大量臍點缺陷形成,如圖1(b)所示.在正交偏振片下,黑色區(qū)域表示消光區(qū)域,即指向矢的方向與正交偏振片的一個偏振方向平行.繞缺陷中心旋轉一圈,刷狀黑線的數量除以4 為缺陷強度S的絕對值.通過旋轉偏振片可確定S的正負,同時旋轉上下兩個正交偏振片,刷狀黑線會隨之旋轉.如果黑線的轉動方向與偏振片旋轉方向相同,則S為正,反之S為負.S=+1,ψ=0和S=-1,ψ=0 兩種類型缺陷周圍指向矢分布如圖1(c),(d)所示.圖1(e)展示了正交偏振片下S=±1 一對臍點缺陷的POM 圖,相應全波片下的POM 圖如圖1(f)所示,并給出了S=±1臍點缺陷周圍指向矢場分布情況.

3 實驗結果與分析

圖2 給出了施加電場后不同時刻t下的臍點缺陷POM 圖.未施加電場(t=0 s)時,液晶取向垂直于玻璃基板排列,經過起偏器產生的線偏振光沿著液晶的光軸方向傳播,沒有發(fā)生偏振方向改變,從而無法通過檢偏器,因此POM 圖像全黑.當對液晶盒施加大于閾值的外加電場時,液晶指向矢趨向平行于玻璃基板排列.此時,可觀察到大量臍點缺陷形成,如圖2(a)所示.隨著時間的推移,相連的臍點缺陷會相互靠近并湮滅,使系統(tǒng)自由能最小.臍點缺陷數量逐漸變少.圖2(b)相應給出了全波片下觀察到的缺陷形成過程.

圖2 不同時刻t=0,0.5,1.0,1.5 s 下,電場作用下臍點缺陷產生的POM 圖像 (a) 正交偏振片下;(b) 插入全波片(波長為530 nm).材料:H4,電壓變化率為1.0 V/s,工作溫度T=25 ℃,頻率 f=1 kHz,盒厚 d=7.6 μm .比例尺:100 μmFig.2.POM images of umbilic defects formation under applied electric field at t=0,0.5,1.0,1.5 s.POM image:(a) With crossed polarizers;(b) a full wave plate of wavelength 530 nm.Material is H4,electric field ramp rate is 1.0 V/s,the working temperature is T=25 ℃,frequency f=1 kHz,cell gap d=7.6 μm .Scale bar:100 μm .

在ri處缺陷運動方程為[36]

式中,Si為缺陷強度;γ為黏滯 系數;K為彈性常數.該運動方程與二維XY系統(tǒng)中渦旋形式相同,可得到[37]

式中,ρ(t) 表示缺陷密度.缺陷密度與時間呈反比關系,且隨著時間增加,缺陷密度不斷減小.

圖3(a)展示了不同電場變化率下,負性向列相液晶材料H4在t=0.3 s 時觀察到的臍點缺陷POM 圖像.由圖3(a)可知,產生的臍點缺陷數量會隨電場變化率的變大而增多.計算每組電場變化率下t=0.3 s 時的缺陷數量,得到電場變化率τC與缺陷密度ρ之間關系.由Kibble-Zurek 機制可知,缺陷密度ρ與控制變量參數τC之間呈冪律標度關系[9]:

圖3 (a)不同電場變化率下,t=0.3 s 時刻下產生的臍點缺陷的POM 圖像,每張圖像素大小 1488 pixel×1500 pixel,實際對應尺寸為 551 μm×556 μm ;(b)電場變化率與缺陷密度的關系,虛線為線性擬合.液晶材料:H4,工作溫度T=25 ℃,頻率f=1 kHz,盒厚 d=7.6 μm,比例尺:100 μmFig.3.(a) POM image of umbilic defects generated at different electric field ramp rate over a time period of 0.3 s.Each image size is 1488 pixel×1500 pixel,corresponding to 551 μm×556 μm .(b) The relationship between electric field ramp rate and the defects density.The dashed lines represent the linear fitting.Material:H4,the working temperature of T=25 ℃,frequency of f=1 kHz,cell gap of d=7.6 μm .Scale bar:100 μm .

式中,標度指數α=1/2 .本實驗中控制變量參數τC為施加的電場變化率.圖3(a)中每個數據點是由5 次重復測量得到的平均值,虛線指線性擬合后結果,其斜率表示標度指數α.如圖3(b)所示,可得缺陷密度,標度指數α為0.52,與Kibble-Zurek 機制預測的 0.5 基本吻合.

為了探究材料特性對缺陷產生規(guī)律的影響,探究了7 種不同介電各向異性的向列相液晶材料形成過程中臍點缺陷的標度定律.圖4(a)給出了H1( Δε=-1.1 ),H3( Δε=-2.9 ),H4( Δε=-4.8)和H7( Δε=-11.5)等4 種向列相液晶材料,在不同電場變化率τC下臍點缺陷密度ρ的變化曲線.隨著τC的增大,單位面積內臍點缺陷數量增加.線性擬合后的斜率為標度指數α.還可觀察到,外界條件相同時,介電各向異性 Δε越強的液晶材料,單位面積內臍點缺陷的數量越多.圖4(b)給出了7 種不同負介電各向異性 Δε材料的擬合后直線的斜率α和截距b的值.不難發(fā)現(xiàn),標度指數α都在0.5左右,與Kibble-Zurek 機制得到的標度指數α=0.5基本一致,驗證了缺陷密度與電場變化率的冪指數關系.隨著 Δε變小,截距b變大,表明單位面積缺陷數量增多.實驗擬合得到結果存在一定差距,造成這種現(xiàn)象的原因是:電場變化率較低時,產生的缺陷數量少,因此在測量缺陷密度之前只有少量的缺陷發(fā)生了移動和湮滅;電場變化率較高時,測量缺陷密度時已有一定數量的臍點缺陷消失;此外,在計算單位面積缺陷數量過程中也不可避免存在一定誤差.

圖4 (a) 4 種液晶材料H1,H3,H4 和H7 電場變化率與缺陷密度關系;(b) 7 種不同負介電各向異性 Δε 與標度指數 α 和截距b 值的依賴關系.虛線為線性擬合.液晶材料:H1,H2,H3,H4,H5,H6 和H7.工作溫度T=25 ℃,頻率f=1 kHzFig.4.(a) The relationship between defect density and the electric field ramp rate for four liquid crystals materials:H1,H3,H4 and H7;(b) the dependence of the scaling exponent α and b on the seven negative dielectric anisotropy Δε .The dashed lines represent the linear fitting.The liquid crystals:H1,H2,H3,H4,H5,H6 and H7.The working temperature is T=25 ℃,frequency f=1 kHz .

本文進一步研究了外界條件溫度T變化對臍點缺陷形成的影響,選用H1( Δε=-1.1),H4( Δε=-4.8 )和H7( Δε=-11.5)等3 種不同負性液晶材料進行實驗.由于不同液晶材料相變溫度TNI存在差異,實驗選取TNI作為參考溫度,在TNI以下40,30,20 ℃進行實驗,并且實驗電場的頻率固定為f=1 kHz .圖5(a)—(c)給出了負性液晶材料H1,H4,H7 電場變化率τC和缺陷密度ρ之間關系圖.由圖5(a)—(c)中可明顯地觀察到,不同介電各向異性的液晶材料,隨著溫度的升高,單位面積內產生的臍點缺陷數量增多.為了能夠厘清缺陷密度隨溫度變化的原因,對液晶材料H4在TNI-20 ℃和TNI-40 ℃兩個溫度下進行了物理參數的表征.首先在垂直和平行取向液晶盒中分別測量平行介電常數ε//和垂直介電常數ε⊥,從而得到介電各向異性 Δε=ε//-ε⊥.其次,使用垂直取向液晶盒,通過施加垂直于液晶盒方向的電場,測量 0.1 —20 V 之間的液晶盒透射光強,得出閾值電壓Uth分別為1.9 V 和2.0 V,利用公式k33=ε0Δε(Uth/π)2計算出液晶彎曲彈性常數k33.最后通過測量液晶盒的電光響應,利用公式τoff≈γd2/Kπ2,計算出液晶的黏滯系數γ.結果表明,當溫度從TNI-20 ℃下降到TNI-40 ℃時,Δε(1 kHz)從 -6.05 變化到 -6.88 ;k33由21 到25 pN,而γ由0.04 Pa·s 變化到0.11 Pa·s,增加到原來的2.75 倍.因此,臍點缺陷密度隨溫度變化關系的主要影響因素可能為液晶的黏滯系數.線性擬合得到標度指數α,如圖5(d)所示,α基本在0.5 左右.

圖5 (a)—(c)不同溫度 T 下,缺陷密度和電場變化率的關系;(d)標度指數 α 與溫度 T -TNI 的依賴關系.虛線為線性擬合.三種液 晶材料:H1( d=8.8 μm ),H4:( d=7.6 μm ),H7:( d=8.3 μm ),工作溫度 T=TNI-40 ℃,TNI-30 ℃,TNI-20 ℃,頻率f=1 kHzFig.5.(a)-(c) The relationship between defect density and the electric field ramp rate at different temperatures T ;(d) the dependence of the scaling exponent α on reduced temperature T -TNI .The dashed lines represent the linear fitting.The three liquid crystals:H1( d=8.8 μm ),H4 ( d=7.6 μm ),H7 ( d=8.3 μm ),the working temperature is T=TNI-40 ℃,TNI-30 ℃,TNI-20 ℃,frequency f=1 kHz .

外加電場條件對缺陷標度定律的影響如圖6所示.圖6(a)—(c)展示了負性液晶材料H1,H4和H7,在不同頻率f=1,5,10 kHz 下,電場變化率τC和缺陷密度ρ關系圖.環(huán)境溫度T固定為25 ℃.這里選取較高頻率的電場,是為了避免產生離子效應而影響拓撲缺陷的形成.不同外加電場條件下,臍點缺陷密度ρ與τC呈1/2 冪指數關系,如圖6(d)所示.

圖6 (a)—(c)不同頻率 f 下,缺陷密度和電場變化率的關系;(d)標度指數 α 與頻率 f 的依賴關系.虛線為線性擬合.三種液晶材料:H1( d=8.8 μm ),H4( d=7.6 μm ),H7( d=8.3 μm ),工作 溫度 T=25 ℃Fig.6.(a)-(c) The relationship between defect density and the electric field ramp rate at different frequency f ;(d) the dependence of the scaling exponent α on the frequency f of the electric field.The dashed lines represent the linear fitting.The three liquid crystals:H1( d=8.8 μm ),H4 ( d=7.6 μm ),H7 ( d=8.3 μm ).The working temperature is T=25 ℃.

實驗表明,在一段時間內,相鄰的臍點缺陷會相互吸引并消失.為了研究缺陷湮滅快慢受電場變化率和介電各向異性的影響,本文通過使用軟件ImageJ 對不同時刻下圖像進行二值化處理,來量化臍點缺陷湮滅過程.計算圖像中缺陷的黑色區(qū)域面積Sa,從而得到不同時刻下Sa的變化規(guī)律.

圖7(a)展示了ImageJ 處理后臍點缺陷形成的時間序列圖.計算不同時刻每張圖Sa大小,得到Sa與時間t之間關系,如圖7(b)所示.在負性材料H1 中,當施加0.4,0.6,0.8,1.0,1.2 V/s 不同變化率的電場時,Sa隨時間t推移不斷減小,表明缺陷產生后不斷消失.為了直觀地展示臍點缺陷湮滅的快慢,定義Sa減小到最大值(t=0 s,全黑時)的1/e 時所需時間為缺陷湮滅特征時間 Δt.不同電場變化率τC與湮滅特征時間 Δt關系如圖7(c)所示,對其進行擬合,得到 Δt∝τC-1.2.結果表明:電場變化率越大,缺陷湮滅特征時間 Δt越短,即缺陷消失越快.這個規(guī)律可以通過(1)式來定性理解.電場變化率越大,在相同時間內,平均電場越大,由τon∝1/E2可得相應的響應時間越短.圖7(d)展示了不同負性液晶材料H1( Δε=-1.1 ),H3( Δε= -2.9),H4( Δε=-4.8 ),H5( Δε=-7 ),H7( Δε= -11.5),在相同電場變化率下,Sa與時間t之間關系.介電各向異性 Δε不同對缺陷湮滅快慢有影響.從圖7(e)中可知,Δε越強,Δt越小,表明臍點缺陷消失越快.

圖7 (a)不同時刻 t=0,0.2,0.4,0.8 s,經ImageJ 二值化處理后的臍點缺陷時間序列圖,比例尺:100 μm .液晶材料H1 在0.4,0.6,0.8,1.0,1.2 V/s 電場變化率下 (b) Sa 與時間 t 關系;(c) 電壓變化率與缺陷湮滅特征時間 Δt 的依賴關系.虛線為Δt ∝.液晶材料H1,H3,H4,H5 和H7,在電場變化率為1.0 V/s 時,(d) Sa 與時間 t 關系,以及(e)介電各向異性 Δε 與缺陷湮滅特征時間 Δt的依賴關系.工作溫度 T= 25 ℃,頻率f=1 kHzFig.7.(a) POM images of umbilic defects at different moments after binarization processed by ImageJ,t=0,0.2,0.4,0.8 s,scale bar:100 μm ;(b) the relationship between the time t and Sa,and (c) the dependence of the annihilation time Δt at the electric field ramp rate of 0.4,0.6,0.8,1.0,1.2 V/s for H1.The dashed line represents Δt ∝ .(d) The relationship between the time and Sa,and (e) the dependence of the annihilation time Δt on the dielectric anisotropy Δε at the electric field ramp rate of 1.0 V/s for H1,H3,H4,H5 and H7.The working temperature T= 25 ℃,frequency f=1 kHz .

4 結論

本文選用介電各向異性 Δε在-1.1到-11.5 之間的7 種不同向列相液晶,通過制備成垂直排列織構,研究了外加電場作用下臍點缺陷的產生和湮滅動態(tài)過程.實驗結果表明,Δε越強,缺陷密度ρ越大;ρ與電場變化率τC呈冪指數關系,標度指數約為 0.5 .不同材料特性( Δε)和外界條件(環(huán)境溫度和施加電場條件)下,缺陷密度的標度規(guī)律仍成立.外加電場條件固定時,溫度越高,產生的臍點缺陷密度越大.另外,臍點缺陷的湮滅速度與材料特性( Δε)和施加電場變化率τC有關,Δε越強或τC越大,缺陷湮滅速度越快.對缺陷湮滅特征時間 Δt與電場變化率τC進行擬合,得到 Δt∝.本文的研究厘清了拓撲缺陷產生和湮滅過程與材料特性和外界條件的依賴關系,有利于對液晶中拓撲缺陷動態(tài)過程的認識和理解.