×
13.01.2017
217.015.8714

СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПЛОТНОСТИ МОБИЛЬНЫХ ИОНОВ В КОМПОЗИТНЫХ СРЕДАХ НА ОСНОВЕ ЖИДКИХ КРИСТАЛЛОВ

Вид РИД

Изобретение

Юридическая информация Свернуть Развернуть
Краткое описание РИД Свернуть Развернуть
Аннотация: Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения плотности мобильных ионов в композитных средах на основе жидких кристаллов. Способ определения плотности мобильных ионов заключается в том, что к электроуправляемому устройству последовательно прикладывают несколько напряжений электрического поля с разной амплитудой в форме прямоугольных импульсов. Затем после снятия каждого из приложенных напряжений измеряют осциллограммы тока стекания зарядов. По результатам интегрирования полученных осциллограмм тока по времени рассчитывают путем деления на объем среды плотность мобильных ионов в ЖК среде и строят зависимость полученных значений плотности от напряжения. Максимальная плотность, при которой полученная зависимость достигает насыщения, соответствует эффективному значению плотности ионов, присутствующих в композитных средах на основе жидкого кристалла. Изобретение обеспечивает повышение точности и упрощение способа определения эффективного значения плотности ионов в композитных средах на основе ЖК. 6 ил.
Реферат Свернуть Развернуть

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения плотности мобильных ионов в композитных средах на основе жидких кристаллов.

Известны способы определения плотности ионов в жидких кристаллах (ЖК) с помощью экспериментально полученных спектров диэлектрической проницаемости путем подгонки расчетных значений действительной и мнимой их частей, используя известные уравнения (Liao S.-W., Hsieh С.-Т., Kuo С.-С., Huang C.-Y. Voltage-assisted ion reduction in liquid crystal-silica nanoparticle dispersions. Appl. Phys. Lett. 2012. V. 101, 161906). Содержание ионов можно оценить, используя низкочастотную часть спектра комплексной диэлектрической проницаемости в интервале частот между 10-2 и 103 Гц. (Tang C.-Yu, Huang S.-M., Lee W. Electrical properties of nematic liquid crystals doped with anatase TiO2 nanoparticles. J. Phys. D: Appl. Phys. 2011. V. 44. P. 355102 (5)). Метод диэлектрической спектроскопии позволяет качественно показать присутствие в ЖК мобильных ионов и их влияние на изменение комплексной диэлектрической проницаемости, как функции частоты приложенного электромагнитного поля. Однако с помощью этого метода трудно рассчитать эффективную плотность ионов, так как на значение диэлектрической проницаемости влияет не только концентрация ионов, но и их подвижность.

Плотность мобильных ионов можно определить путем измерения переходных токов, генерируемых в ЖК устройствах при приложении постоянного напряжения электрического поля. Для исключения влияния зарядного тока, вызванного переориентацией молекул ЖК, используют напряжение, величина которого ниже порога электрооптического эффекта Фредерикса. В работе (Chen W.-T., Chen P.-S., Chao C.-Yu. Effect of Doped Insulating Nano-particles on the Electro-Optical Characteristics of Nematic Liquid Crystals. Jpn. J. of Appl. Phys. 2009. V. 48. 015006) такие измерения проводили при амплитуде напряжения 1,5 В и частоте 0,5 Гц. Однако результирующий ток в этом случае мал и требует усиления, что может вызывать одновременное усиление шумов сигнала, что является недостатком этого способа.

В работе (Richard J., Goran S., Chris D., Stefaan V., F. F. Influence of Ion Transport on Liquid Crystal Switching // J. Display Technol. 2006. V. 2. P. 237-246) приведены формулы для расчета концентрации свободных носителей заряда путем интегрирования осциллограмм токов, полученных при приложении прямоугольного импульса напряжения ниже порогового. Для оценки эффективной плотности ионов в композитной среде этого напряжения может не хватить для полного разделения носителей заряда, что понижает точность такого способа.

Наиболее близким по технической сущности и выбранный авторами за прототип является способ измерения осциллограмм токов, обусловленных переориентацией диполей молекул в ЖК ячейке (Chen H.Y., Yang K.Х., Lin Z.Y. Electrodynamic behaviour of nematic liquid crystal in a relaxation process // Phys. D: Appl. Phys. 2010. V. 43. P. 315103 (5)). Для измерения используют электрическую схему, в которой ЖК ячейка соединена последовательно с резистором и генератором напряжения. Ток, измеряют с помощью осциллографа, включенного в эту цепь параллельно. Плотность ионов оценивают с помощью интегрального уравнения силы тока в ЖК ячейке, описывающего переориентацию молекул и учитывающего ток смещения при и снятии подаче напряжения в форме прямоугольного импульса. Недостатками прототипа является точность определения эффективного значения плотности ионов, связанная с необходимостью предварительного расчета динамики распределения угла наклона директора по толщине ЖК слоя.

Технический результат заключается в повышении точности и упрощении способа определения эффективного значения плотности ионов в композитных средах на основе ЖК.

Сущность способа определения плотности мобильных ионов в композитных средах на основе жидких кристаллов, заключается в последовательном измерении нескольких осциллограмм тока стекания заряда в процессе релаксации после снятия приложенных напряжений в форме прямоугольного импульса. Далее из полученных осциллограмм путем их интегрирования по времени находят величину тока, поделив которую на объем композитной среды в ЖК ячейке определяют значения плотности ионов для каждого из приложенных напряжений. Для расчета используют следующее соотношение:

где А - площадь подложек ЖК ячейки, d - толщина ЖК слоя, e - элементарный заряд, I(t) - сила тока в ячейке при приложении прямоугольного импульса напряжения длительностью t.

Затем строят зависимость расчетных значений плотности ионов от приложенных напряжений. Максимальное значение плотности, при котором эта зависимость достигает насыщения, принимают за эффективное значение плотности ионов для данной среды.

При приложении к слою жидкого кристалла постоянного потенциала происходит разделение зарядов и часть энергии тратится на ионный ток. Токи, возникающие в ЖК ячейке при приложении напряжения, не считая момент коммутации, обусловлены тремя процессами: дрейфом ионов под действием внешнего поля, токами смещения в результате переориентации диполей молекул ЖК и диффузией ионов после снятия внешнего поля. Часть ионов при этом адсорбируется вблизи поверхности электродов, создавая двойные электрические слои, которые индуцируют внутренние электрические поля, противодействующие полю, приложенному к ЖК устройству. После снятия внешнего электрического поля внутреннее поле препятствует процессу релаксации НЖК - переориентации молекул в первоначальное положение под действием упругих сил. Токи стекания заряда включают в себя токи диффузии, а также токи, связанные с дрейфом носителей заряда под действием внутреннего поля. Таким образом, способ измерения осциллограмм токов стекания заряда, регистрируемых после снятия приложенного напряжения, позволяет учитывать общее количество ионов, участвующих как в переносе заряда в среде, так и адсорбированных на межфазной границе жидкого кристалла с ориентирующей поверхностью вблизи электродов.

Сущность заявляемого способа поясняется следующими чертежами, где на

Фиг. 1 - конструкция ЖК ячейки;

Фиг. 2 - схема измерения силы электрического тока в ЖК ячейке;

Фиг. 3 - осциллограммы изменения интенсивности света с длиной волны 0,65 мкм в процессе релаксации НЖК и силы тока в результате стекания зарядов после снятия приложенного к ячейке напряжения электрического поля в форме прямоугольного импульса;

Фиг. 4 - осциллограммы изменения силы тока в процессе релаксации жидкого кристалла после снятия приложенных напряжений в форме прямоугольного импульса с амплитудами 1 В, 5 В, 10 В и 20 В;

Фиг. 5 - сравнение осциллограмм изменения силы тока после снятия прямоугольного импульса напряжением 30 В и длительностью 300 мс, приложенного к ЖК ячейкам, заполненным чистым нематическим кристаллом (1) и композитной средой, на его основе с добавлением наночастиц CdSe/ZnS (2);

Фиг. 6 - изменение плотности ионов в зависимости от приложенного напряжения для ЖК ячейки с чистым нематическим кристаллом (1) и композитной средой на его основе с наночастицами CdSe/ZnS (2).

Предлагаемый способ определения плотности ионов может быть реализован на ЖК ячейке, представленной на фиг. 1. ЖК ячейка включает в себя две параллельные подложки 1 и 2, между которыми расположен слой жидкого кристалла 3. На каждую подложку 1 и 2 нанесен прозрачный проводящий электрод 4 и ориентирующий слой 5 для выравнивания молекул жидкого кристалла в заданном направлении. Толщина слоя жидкого кристалла 3 фиксировалась с помощью спейсеров 6.

Для измерений ионных токов используют электрическую схему, приведенную на фиг. 2. Схема включает в себя ЖК ячейку 7, последовательно соединенную с резистором 8 с известным сопротивлением и генератором напряжения 9. Токи, проходящие через резистор 8 и ЖК ячейку 7 равны. Осциллограммы токов регистрируют с помощью осциллографа 10, подключенного параллельно с резистором 8. Измерения осциллограмм проводят при приложении к ЖК ячейке 7 напряжения в форме прямоугольного импульса постоянного тока.

Фиг. 3 иллюстрирует осцилляции пропускания в слое нематического ЖК толщиной слоя 23 мкм в процессе релаксации (возвращения длинных осей молекул из вертикального в горизонтальное положение) и изменение при этом тока стекания зарядов после снятия приложенного напряжения в форме прямоугольного импульса длительностью 300 мс. Сопротивление резистора 8, включенного последовательно с ЖК ячейкой в электрическую цепь, было на порядок меньше сопротивления ЖК ячейки и соответствовало 100 кОм. Это исключает влияние измерительного резистора 8 на ток в цепи.

Осциллограммы тока стекания заряда в процессе релаксации после снятия приложенного напряжения в форме прямоугольного импульса с амплитудами 1 В, 5 В, 10 В и 20 В и длительностью около 300 мс иллюстрирует фиг. 4. Направление тока стекания заряда после снятия напряжения противоположно направлению тока при приложении напряжения, поэтому току на осциллограмме соответствуют отрицательные значения.

Сравнение осциллограмм токов стекания заряда для чистого ЖК кривая (1) и композиции этого ЖК с полупроводниковыми квантовыми точками (КТ) CdSe/ ZnS с размером ядра 3,5 нм и концентрацией 10 вес. % кривая (2) иллюстрирует фиг. 5. При добавлении КТ в ЖК стекание заряда происходит медленнее, что указывает на увеличение ионных примесей в этой композитной среде.

Зависимости плотности ионов от напряжения для чистого ЖК кривая (1) и его суспензии с КТ CdSe/ZnS кривая (2) показаны на фиг. 6. Значения плотности ионов рассчитывались с помощью соотношения (1), используя данные интегрирования по времени осциллограмм токов в результате стекания зарядов, после снятия приложенных напряжений в интервале от 1 В до 30 В с длительностью 300 мс. При напряжениях более 25 В зависимость (1) на фиг. 6 достигает максимума, что свидетельствует о том, что концентрация мобильных ионов практически не меняется. Плотность мобильных ионов в чистом ЖК составила ~1270 мкм-3. В композитной среде с КТ эффективное значение плотности ионов увеличилось в три раза, и составило 4400 мкм-3.

Таким образом, доказано, что заявляемый способ определения плотности мобильных ионов в композитных средах на основе нематического жидкого кристалла позволяет более точно оценить эффективное значение плотности ионов и является более простым по сравнению с ранее известными аналогами и прототипом.

Способ определения плотности мобильных ионов в композитных средах на основе жидких кристаллов, заключающийся в измерении осциллограмм токов, возникающих при приложении напряжения электрического поля в форме прямоугольного импульса, отличающийся тем, что измеряют осциллограммы тока стекания заряда в процессе релаксации после снятия приложенных напряжений и из соотношения где А - площадь подложек ЖК ячейки, d - толщина ЖК слоя, е - элементарный заряд, I(t) - сила тока в ячейке при приложении прямоугольного импульса напряжения длительностью t, путем интегрирования осциллограммы тока по времени и деления полученной величины на объем композитной среды находят значение плотности ионов для данного напряжения, затем строят зависимость полученных расчетных значений плотности ионов для ряда приложенных напряжений и определяют максимальное значение, которое соответствует эффективному значению плотности ионов для данной среды.
СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПЛОТНОСТИ МОБИЛЬНЫХ ИОНОВ В КОМПОЗИТНЫХ СРЕДАХ НА ОСНОВЕ ЖИДКИХ КРИСТАЛЛОВ
СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПЛОТНОСТИ МОБИЛЬНЫХ ИОНОВ В КОМПОЗИТНЫХ СРЕДАХ НА ОСНОВЕ ЖИДКИХ КРИСТАЛЛОВ
СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПЛОТНОСТИ МОБИЛЬНЫХ ИОНОВ В КОМПОЗИТНЫХ СРЕДАХ НА ОСНОВЕ ЖИДКИХ КРИСТАЛЛОВ
СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПЛОТНОСТИ МОБИЛЬНЫХ ИОНОВ В КОМПОЗИТНЫХ СРЕДАХ НА ОСНОВЕ ЖИДКИХ КРИСТАЛЛОВ
Источник поступления информации: Роспатент

Показаны записи 91-100 из 106.
29.03.2019
№219.016.ee8e

Способ определения параметров теплового комфорта в помещениях

Изобретение относится к области промышленной экологии и может быть использовано для расчета параметров теплового комфорта помещений различного назначения. Способ оценки теплового комфорта в помещениях заключается в определении параметров теплового комфорта, которые учитывают комфортные...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002682872
Дата охранного документа: 21.03.2019
27.04.2019
№219.017.3d92

Способ спектрометрического определения температуры потока газов

Изобретение относится к области дистанционного измерения высоких температур газов, в частности к способам спектрометрического измерения температуры потока газов и обработки спектральных данных оптических датчиков определения температуры потоков газов и может быть использовано для...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002686385
Дата охранного документа: 25.04.2019
09.05.2019
№219.017.49df

Способ получения сахаристых продуктов из ржаного сырья

Изобретение относится к крахмалопаточной промышленности. Предложен способ получения сахарсодержащего сиропа из ржаной муки, включающий подготовку ржи измельчением до муки, смешивание ржаной муки с водой до образования суспензии, разжижение суспензии, нагрев смеси, гидролиз крахмала внесением...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002686982
Дата охранного документа: 06.05.2019
24.05.2019
№219.017.5dd9

Способ идентификации тензора присоединенных моментов инерции тела и устройство для его осуществления

Изобретение относится к экспериментальной гидромеханике и может быть использовано для определения компонентов тензоров присоединенных моментов инерции тел в виде корпусов моделей судов, плавучих средств и сооружений. Способ заключается в том, что на теле в виде корпуса судна, находящемся в...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002688964
Дата охранного документа: 23.05.2019
24.05.2019
№219.017.5def

Способ регистрации изображения с повышенным разрешением

Изобретение относится к средствам регистрации и обработки изображений и может быть использовано при мониторинге поверхности земли, в микроскопии, контроле качества на производстве. Способ регистрации изображения с повышенным разрешением, включает позиционирование фотоприемного устройства, в...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002688965
Дата охранного документа: 23.05.2019
24.05.2019
№219.017.5f02

Хроматографический способ разделения компонентов смеси в растворе

Способ относится к аналитической химии и может быть использован для разделения компонентов в растворе и количественного определения состава смеси. Хроматографический способ разделения компонентов смеси в растворе включает подачу подвижной фазы с введенной в нее смесью разделяемых компонентов в...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002688594
Дата охранного документа: 21.05.2019
29.05.2019
№219.017.6297

Способ определения бактерицидных свойств веществ

Изобретение относится к биотехнологии и микробиологии. Предложен способ определения бактерицидных свойств веществ. Способ включает инкубирование тестовых микроорганизмов Escherichia coli в количестве от 5×10 до 5×10 жизнеспособных клеток на мл в жидкой питательной среде в течение 4-8 ч при...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002688328
Дата охранного документа: 21.05.2019
04.06.2019
№219.017.7375

Способ формирования массива волоконных решеток брэгга с различными длинами волн отражения

Изобретение относится к волоконно-оптическим технологиям, в частности к оптическим волокнам, которые имеют в сердцевине квазираспределенные структуры волоконных брэгговских решеток (ВБР) отличающиеся периодами на едином отрезке оптического волокна. Способ формирования массива ВБР с различными...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002690230
Дата охранного документа: 31.05.2019
11.07.2019
№219.017.b263

Способ посола деликатесных рыб

Изобретение относится к рыбоперерабатывающей промышленности. Предложен способ посола деликатесных рыб, включающий первичную обработку рыбного сырья, разделку на филе, сухой посол и отправку полуфабриката на дальнейшие технологические операции в зависимости от вида выпускаемой продукции, при...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002694184
Дата охранного документа: 09.07.2019
17.07.2019
№219.017.b5a2

Композиция пищевой добавки для производства мясных продуктов

Изобретение относится к мясной промышленности, а именно к производству сухой композиции пищевой добавки для производства мясных продуктов, например паштетов мясных или мясорастительных, ливерных колбас и фаршевых консервов. Композиция пищевой добавки изготовлена на основе молока сухого...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002694552
Дата охранного документа: 16.07.2019
Показаны записи 61-64 из 64.
04.04.2018
№218.016.35ab

Устройство для очистки овощей и корнеплодов от кожуры

Изобретение относится к пищевой промышленности и может быть использовано на консервных и овощесушильных предприятиях. Устройство содержит цилиндрическую обечайку, снабженную в направлении продольной оси симметрии чередующимися плоскими и криволинейными перегородками с окнами. В криволинейных...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002646233
Дата охранного документа: 02.03.2018
04.04.2018
№218.016.364a

Электрический сенсор на пары гидразина

Изобретение относится к устройствам и материалам для обнаружения и определения концентрации паров гидразина в атмосфере или пробе воздуха (химическим сенсорам) и может быть использовано в медицине, биологии, экологии и различных отраслях промышленности. Электрический сенсор на пары гидразина...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002646419
Дата охранного документа: 05.03.2018
04.04.2018
№218.016.3661

Устройство для разделения жидкостей по плотности

Изобретение относится к пищевой промышленности, а именно к разделению жидкостей по плотности, например, при повышении или понижении концентрации ценных пищевых веществ, содержащихся в промывных водах при переработке растительного или животного сырья. Устройство для разделения жидкостей по...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002646423
Дата охранного документа: 05.03.2018
04.04.2018
№218.016.36a7

Способ частотно-импульсной модуляции полупроводникового лазерного источника оптического излучения для опроса оптических интерферометрических датчиков

Изобретение относится к области оптических измерительных приборов и может быть использовано в оптических интерферометрических датчиках с полупроводниковыми источниками оптического излучения для формирования оптических импульсов и частотной модуляции оптической несущей без использования...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002646420
Дата охранного документа: 05.03.2018
+ добавить свой РИД