Физика/8. Молекулярная физика

Найко Д.А., Шевчук А.Ф.

Винницкий государственный аграрный университет

Особенности межмолекулярного взаимодействия красителей в различных фазах

сегнетоэлектрического жидкого кристалла

Для изучения особенностей межмолекулярного взаимодействия красителей в различных фазах жидкокристаллической матрицы в работе исследованы температурные изменения спектров поглощения и люминесценции красителей на основе анилина, имеющих вытянутую палочкообразную форму и чувствительных к свойствам растворителей, в сегнетоэлектрическом жидком кристалле (СЖК). Структурные формулы молекул D₁ и D₂ показаны ниже:

Концентрация красителей составляла 1,2 %. Исследуемые образцы представляли собой две стеклянные склеенные между собой пластинки, промежуток между которыми заполнялся соответствующим раствором. Для электрических и диэлектрических исследований использовались ячейки с припаянными к ним металлическими электродами. Для поляризационных исследований планарная ориентация СЖК достигалась с помощью фотоориентанта нанесенного на поверхности пластин – слоя поливинилцианамата. Для определения природы полос спектров проводились также оптические исследования красителей в некоторых органических растворителях.

Спектры поглощения красителей в СЖК исследовались на двухлучевом спектрографе. Фотолюминесценция красителей возбуждалась светом ртутной лампы ДРШ‑250, пропускаемым фильтрами УФС-6 и УФС-8. Регистрировались спектры с помощью автоматической установки с фотоэлектрической регистрацией сигналов.

СЖК представлял собой смесь сложных эфиров 4-n-гексил-окси-фенил-4-n-октилоксибензоата и 4-n-гексилоксифенил-4-n-децил-оксибензоата (62,3 и 31,2 мас. % соответственно), в качестве хиральной добавки использован ЛУЧ-15 (6,5 мас. %). Чистый СЖК имел следующие фазовые состояния и температуры фазовых переходов:

I 358 N* 349 SmA 345 SmC* 313 C.

Введение примеси красителей не повлияло на последовательность фаз СЖК и практически не изменило температуру фазовых переходов.

Длинноволновая полоса поглощения красителей, определяющая их желтую окраску, в изотропной фазе СЖК I находится в области длин волн 
λ_max ~ 400-410 нм. При переходе в смектическую фазу SmC* максимум полосы поглощения смещается в длинноволновую область спектра на величину Δλ ~ 10 нм.

При исследовании спектров поглощения растворов красителей в спирте и толуоле обнаружено несколько групп полос: с вершинами в области длин волн λ_max~403 нм, и в более коротковолновой области при λ_max~322 и ~312 нм. Поскольку молекулы красителей имеют значительную систему ненасыщенных связей, первая полоса может быть обусловлена электронными переходами сопряженной системы. Это подтверждается тем, что с увеличением полярности растворителя максимум полосы смещается в сторону больших энергий.

С изменением температуры и фазы СЖК наблюдаются резкие изменения интенсивности и формы спектров фотолюминесценции красителей. В твердой фазе СЖК спектр фотолюминесценции красителя содержит две перекрывающиеся полосы с λ_max ~ 475 и 520 нм (рис.1).

С повышением температуры и переходом в SmC* и более высокотемпературные фазы в спектре фотолюминесценции структура исчезает. Наблюдается лишь одна полоса с максимумом в области λ_max ~ 510 нм (рис.2). При дальнейшем повышении температуры и достижении изотропной фазы полоса излучения сдвигается в коротковолновую область спектра – к положению, характерному для коротковолновой компоненты твердой фазы, λ_max ~ 475 нм.

Рис. 1. Спектр фотолюминесценции раствора красителя в твердой фазе СЖК (комнатная температура)	Рис. 2. Спектр фотолюминесценции раствора красителя в СЖК (фаза Sm*С; температура образца t » 58°C)

Поскольку при понижении температуры раствора от комнатной до Т = 77К положение коротковолновой компоненты остается почти неизменным, а длинноволновая сдвигается в сторону больших длин волн – до λ_max ~ 550 нм, можно утверждать, что природа этих полос различна. Мы предполагаем, что более коротковолновая полоса обусловлена электронными переходами в фрагментах отдельных молекул.

При облучении исследованных красителей D₁ и D₂ УФ-излучением происходят их фотохимические превращения, при которых интенсивность излучения уменьшается, а максимум полосы смещается в коротковолновую сторону спектра. Скорость фотопревращений зависит как от фазы СЖК, так и от структуры красителя. Более устойчивым к УФ - излучению оказался диметиланилин-n-винил-5-метилфурфурол (ДМА-n-В-5-МФ).

Рис. 3. Спектры фотолюминесценции раствора красителя

в процессе его УФ-облучения, записанные с интервалом 10 мин

Более подробные исследования процесса фотопревращений красителей в органических растворителях позволили установить, что протекание процесса зависит от свойств растворителя. При длительном облучении растворов красителей в этиловом спирте процесс является двухстадийным. На одной из стадий фотопревращений происходит разрыв двойной связи и образование изомеров.

Для выяснения природы полос излучения и возможного вклада в наблюдаемые явления каких-либо агрегатов или комплексов молекул проводятся дальнейшие исследования системы.