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研究生:黃蕾靜
研究生(外文):Lei-Ching Huang
論文名稱:雙掌性鐵電性液晶之電壓作用介電色散行為和極化特性研究
論文名稱(外文):Dielectric dynamics and polarization of diastereomeric ferroelectric liquid crystals under bias voltage
指導教授:傅昭銘傅昭銘引用關係
指導教授(外文):Chao-Ming Fu
學位類別:碩士
校院名稱:國立高雄師範大學
系所名稱:物理學系
學門:自然科學學門
學類:物理學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2002
畢業學年度:90
語文別:中文
論文頁數:260
中文關鍵詞:雙掌性鐵電性液晶自發極化值傾斜角介電色散頻譜偏向電場陶鐵電性液晶相
外文關鍵詞:diastereomeric ferroelectric liquid crystalspontaneous polarizationtilt angledielectric dispersion spectrumbias electric fieldferrielectric phase
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本研究目的為探究雙掌性鐵電性液晶分子之極性與分子動力學特性。對六種樣品進行三部分量測:(Ⅰ)以液晶物性自動量測儀量測自發極化值;(Ⅱ)採用偏光顯微鏡觀測傾斜角;(Ⅲ)由高精準電感-電容-阻抗量測儀進行有無偏向電場作用下之介電色散頻譜的量測。希望能夠知悉此六種液晶樣品之不同結構對測得之物性與分子動力學的影響與其間之關聯性。
自發極化值的量測部分,獲知結構性差異對樣品此特性的影響,其中,最主要的差異性係由核心結構所造成,其自發極化值由大而小排列依次為聯苯、萘環、苯分子;經由傾斜角的量測得知,不同核心結構之液晶分子單位弧度之自發極化值仍不相同;介電量測部分,未加偏向電場方面,針對樣品之所有溫區所測得之介電頻譜,採用Cole-Cole方程式與Debye方程式加上低頻離子導電修正項進行適配,得知六種樣品之液晶相相變特性,其間最大發現為獲悉核心結構同為苯分子之樣品A與B具有陶鐵電性液晶相的存在;針對鐵電性液晶相溫區對樣品進行施加偏向電場的介電量測,發現雙掌性末端基為SR結構之樣品在偏向電場的作用下,分子由方位角振盪作用所造成之Goldstone mode弛豫現象,會呈現先增後減兩段式的反應,本研究遂提出分子結構變動模型解釋此種現象。
The properties of polarization and molecular dynamic behavior for six diastereomeric ferroelectric liquid crystals (FLCs) were investigated by the measurements of spontaneous polarization, tilt angles, and dielectric constants with or without a bias electric field. The results are helpful for establishing the relationship between the structure and the physical properties including their molecular dynamic behavior of them.
The influence of the structure on spontaneous polarization is obvious, especially the effect of the core structure. The value of the spontaneous polarization is increasing from biphenyl ring, naphthalene ring, to phenyl ring. The data of the tilt angles show that their Ps values of unit radius vary with their core structures. Dielectric measurements without bias electric field were carried out at temperatures for all phases. These dielectric spectra were analyzed in terms of Debye equation, Cole-Cole equation, and the correction of ionic conductivity at lower frequencies. In the fitting process, the sequential phase transitions of six samples could be reconstructed. The existence of ferrielectric phase (SmCγ*) in the sample A and B whose core structures contain a phenyl ring is an unexpected finding. In addition, the dielectric measurement under a bias electric field at the ferroelectric phase for the compounds having an SR structure indicates that the Goldstone mode resulting from the fluctuation in the azimuthal angle shows two different kinds of behavior. The relaxation is increasing at first and then decreasing. In order to explaining this unusual behavior, a molecular structural fluctuating model is proposed in this study.
目 錄
中文摘要 i
英文摘要 ii
目錄 iii
第一章 緒論------------------------------------------1
第一節 液晶------------------------------------------1
1.1.1 前言------------------------------------------1
1.1.2 液晶發展的歷史與進程--------------------------2
1.1.3 液晶的分類------------------------------------3
1.1.4 液晶相的分類----------------------------------5
1.1.5 液晶的光電特性-------------------------------15
第二節 鐵電性液晶-----------------------------------20
1.2.1 鐵電性液晶之發展史---------------------------20
1.2.2 鐵電性液晶的組成-----------------------------22
1.2.3 鐵電性液晶之自發極化值與傾斜角---------------24
第三節 介電頻譜-------------------------------------29
1.3.1 介電頻譜之量測方法與解讀---------------------29
1.3.2 各種液晶相的介電頻譜-------------------------31
第四節 研究動機-------------------------------------37
第二章 實驗儀器與方法-------------------------------41
第一節 六種雙掌性鐵電性液晶樣品--------------------42
第二節 實驗儀器------------------------------------45
2.2.1 液晶物性自動量測儀----------------------------46
2.2.2 高精準電感-電容-阻抗量測儀--------------------47
2.2.3 偏光顯微鏡------------------------------------49
2.2.4 MK2型溫控器與HS1型顯微鏡加熱臺----------------50
2.2.5 2400型多功能電源電表--------------------------50
2.2.6 微差式掃瞄熱分析儀----------------------------51
第三節 實驗方法------------------------------------52
第三章 基本理論-------------------------------------62
第一節 影響自發極化值(Ps)之相關理論--------------63
第二節 傾斜角(θ)之相關理論----------------------66
第三節 介電理論------------------------------------68
3.3.1 交變電場中的介電極化-------------------------68
3.3.2 Debye方程式-----------------------------------69
3.3.3 Cole-Cole方程式-------------------------------72
第四節 文獻探討-------------------------------------76
3.4.1 適配理論-------------------------------------76
3.4.2 外加偏向電場之液晶變化-----------------------80
第四章 結果與分析-----------------------------------90
第一節 自發極化值---------------------------------91
4.1.1 樣品A之自發極化值----------------------------91
4.1.2 樣品B之自發極化值----------------------------94
4.1.3 樣品C之自發極化值----------------------------95
4.1.4 樣品D之自發極化值----------------------------97
4.1.5 樣品E之自發極化值----------------------------99
4.1.6 樣品F之自發極化值---------------------------100
4.1.7 六種雙掌性鐵電性液晶之結構與自發極化值比較--101
第二節 傾斜角-------------------------------------103
第三節 未加偏向電場之介電頻譜---------------------105
4.3.1 樣品A未加偏向電場之介電頻譜-----------------105
4.3.2 樣品B未加偏向電場之介電頻譜-----------------136
4.3.3 樣品C未加偏向電場之介電頻譜-----------------158
4.3.4 樣品D未加偏向電場之介電頻譜-----------------174
4.3.5 樣品E未加偏向電場之介電頻譜-----------------190
4.3.6 樣品F未加偏向電場之介電頻譜-----------------206
4.3.7 各樣品未加偏向電場之介電頻譜適配參數比較----222
第四節 偏向電場作用下之介電頻譜-------------------229
4.4.1 樣品A 在偏向電場作用下之介電頻譜------------229
4.4.2 樣品B 在偏向電場作用下之介電頻譜------------232
4.4.3 樣品C 在偏向電場作用下之介電頻譜------------233
4.4.4 樣品D 在偏向電場作用下之介電頻譜------------235
4.4.5 樣品E 在偏向電場作用下之介電頻譜------------237
4.4.6 樣品F在偏向電場作用下之介電頻譜-------------237
4.4.7 各樣品經偏向電場作用之比較------------------239
第五章 結論----------------------------------------246
第一節 自發極化率---------------------------------247
第二節 傾斜角-------------------------------------250
第三節 未加偏向電場之介電頻譜---------------------251
第四節 施加偏向電場之介電頻譜---------------------253
參考文獻-------------------------------------------255
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