Термический анализ и термодинамическое моделирование систем жидкий кристалл - немезоген (22.11.2010)

Автор: Пестов Сергей Михайлович

Пестов СЕРГЕЙ МИХАЙЛОВИЧ

ТЕРМИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ И ТЕРМОДИНАМИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ

СИСТЕМ ЖИДКИЙ КРИСТАЛЛ – НЕМЕЗОГЕН

02.00.04 – Физическая химия

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

доктора химических наук

Москва – 2011

Диссертационная работа выполнена в Московской государственной академии тонкой химической технологии им. М.В. Ломоносова (МИТХТ).

НАУЧНЫЙ КОНСУЛЬТАНТ

Доктор химических наук, проф. Молочко Вадим Александрович

ОФИЦИАЛЬНЫЕ ОППОНЕНТЫ:

Доктор химических наук, проф. Соколова Екатерина Петровна

Доктор химических наук, проф. Папков Владимир Сергеевич

Доктор технических наук Беляев Виктор Васильевич

ВЕДУЩАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ

Институт химии растворов РАН

Защита состоится 16 февраля 2011 года в 14 часов на заседании диссертационного совета Д 212.120.05 при Московской академии тонкой химической технологии им. М.В. Ломоносова

(119571, Москва, пр. Вернадского, 86, ауд. М-119)

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МИТХТ им.

М.В. Ломоносова по адресу: 119571, Москва, пр. Вернадского, 86.

Автореферат разослан « » ………..……. 2011 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

кандидат химических наук, доцент Ефимова Ю.А.

Актуальность проблемы. Широкое практическое применение жидкие кристаллы (ЖК) нашли с конца 1960-х годов в качестве материалов в устройст-вах отображения информации. Последние 30 лет ведущей областью примене-ния жидкокристаллических материалов (ЖКМ) являются дисплейные техноло-гии. Поскольку ни один из более чем 100 тысяч индивидуальных мезогенов не может быть самостоятельно использован в качестве материала для дисплейных технологий, все современные ЖКМ представляют собой многокомпонентные смеси. В качестве компонентов ЖКМ используются также немезоморфные добавки: дихроичные красители, добавки для снижения вязкости. При этом важное значение имеет предельная растворимость немезогена в ЖК смеси и влияние природы немезогена на температурный интервал существования определенного типа мезофазы.

Несмотря на миллиардные годовые “тиражи” ЖК дисплеев, потребность в основных компонентах ЖКМ не превышает нескольких тонн в год, поэтому производство индивидуальных компонентов почти без масштабирования вос-производит лабораторные методики со всеми присущими им особенностями и недостатками. Стабильность и воспроизводимость свойств ЖКМ зависит от чистоты компонентов.

Очевидно, что физико-химической основой как в технологии очистки индивидуальных ЖК, так и при создании ЖКМ является диаграмма конденси-рованного состояния. Тип взаимодействия компонентов в системе ЖК – неме-зоген имеет важное значение при выборе растворителя для кристаллизаци-онной очистки и при подборе немезоморфной добавки для ЖКМ. Анализ литературы позволяет утверждать, что именно в этой части материаловедения жидких кристаллов имеется больше всего затруднений и недоработок вплоть до отсутствия данных по растворимости. По-видимому, дальнейший существен-ный прогресс в технологии ЖК и создания ЖКМ может быть достигнут только при полной информации о характере взаимодействия компонентов в соответствующих системах, т.е. при наличии фазовых диаграмм. В представ-ленной работе была поставлена задача рассмотреть системы, содержащие ЖК, как объект классического физико-химического анализа и термодинамики фазовых равновесий.

Системы, содержащие мезоморфные соединения, являются одним из самых сложных, но одновременно и интересных объектов физико-химического анализа. Из-за низкой точности и неправильной интерпретации результатов измерений до 70 % опубликованных Т-х-диаграмм систем содержат грубые ошибки. С целью получения надежных данных и сокращения трудоемкости определения типа фазовых диаграмм систем ЖК – немезоген и координат нонвариантных точек особую важность приобретают методы термодинамического моделирования систем.

Несмотря на огромное количество синтезированных мезоморфных соеди-нений, физические свойства ЖК достаточно полно исследованы только для нескольких десятков соединений. Анализ литературы выявил также большой разброс экспериментальных данных. Недостаток надежной информации о термодинамических и физических свойствах мезогенов сдерживает расширение областей применения и ассортимента ЖКМ. В представленной к защите работе предложена структурно-аддитивная схема расчета свойств термотропных мезогенов. Особое внимание уделено определению энтальпии парообразования и мольного объема – свойств, знание которых позволяет моделировать Т-х диаграммы систем ЖК – немезоген.

Вышеизложенное позволяет сформулировать основные цели работы:

экспериментальное исследование и создание банка данных (БД) по фазовым диаграммам систем жидкий кристалл – немезоген; выявление закономер-ностей в типе фазовых равновесий и во взаимодействии компонентов;

разработка методов термодинамического моделирования Т-х диаграмм систем жидкий кристалл – немезоген и проверка результатов прогноза на системах, входящих в полученный БД;

разработка схем расчета физических и термодинамических свойств индиви-дуальных мезогенов исходя из минимума экспериментальных данных – структурных формул; обоснование применения метода групповых вкладов для первичной экспертной оценки надежности экспериментальных данных.

Научная новизна

Методами термического анализа впервые получены 23 Т-х диаграммы систем жидкий кристалл – немезоген. Определен тип взаимодействия компонентов в 200 системах этого типа.

Впервые в приложении к системам жидкий кристалл – немезоген выявлена возможность количественного прогноза Т-х-диаграмм. Разработаны методы прогноза монотектической реакции и координат нонвариантных точек.

На основе анализа собственных и литературных данных РСА установлена взаимосвязь типа мезофазы, строения и растворимости твердых фаз мезогенов.

Разработана схема расчета физических и термодинамических свойств мезогенов на основе метода групповых составляющих, в частности энтальпии испарения и мольного объема, которые необходимы для расчета параметра растворимости. Впервые рассчитаны величины физических и термодинами-ческих свойств для нескольких сотен мезогенов.

Практическая значимость

Разработана схема подбора растворителей для кристаллизационной очистки мезогенов. Расчеты позволяют исключить системы с расслаиванием и определить растворимость.


загрузка...