Orientation in stretched polymer-dispersed liquid crystals

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Abstract

The orientation behavior of liquid crystal molecules in stretched films of polymer-dispersed liquid crystals (PDLC) was investigated by means of infrared dichroism. The liquid crystal used is 4prime-octyl-4-biphenyl-carbonitrile (8CN); the polymer matrices are semicrystalline poly(epsilon-caprolactone) (PCL) and an amorphous miscible blend of PCL with poly(vinyl chloride) (PVC). 8CN was found to have a limit of solubility below 5 wt.% in PCL. We show that an uniaxial stretching can effectively induce a macroscopic orientation of 8CN, and that this orientation can be preserved in the films after removal of the extensional force at room temperature, where 8CN is in its liquid crystalline phase. The molecular orientation is obtained even by stretching PDLC films with 8CN in the liquid state. These results suggest that an elongated polymer cavity in stretched PDLC imposes LC director fields with respect to the long axes of the droplets, which are aligned parallel to the strain direction. The experiments also reveal that the orientation of 8CN is higher in stretched PDLC with a semicrystalline matrix (PCL) than with an amorphous matrix (the PCL-PVC blend), and that the sizes of the LC droplets also have a slight effect on the induced orientation. This work represents a first step in the exploration of new electrooptical effects of PDLC through the presence of a uniform orientation of the liquid crystal molecules and modifications of the polymer cavity at the electrical field-off state.

Faisant appel au dichroïsme infrarouge, on a étudié le comportement orientationnel de molécules de cristaux liquides dans des films étirés de cristaux liquides dispersés dans un polymère (CLDP). Le cristal liquide utilisé est le 4prime-octyl-4-biphénylcarbonitrile (8CN); les matrices de polymère comprennent poly(epsilon-caprolactone) (PCL) semicristalline et un mélange amorphe miscible de PCL et de chlorure de polyvinyle (PVC). On a trouvé que la limite de solubilité du 8CN dans le PCL est inférieure à 5% en poids. On a montré qu'une extension uniaxiale permet d'induire efficacement une orientation macroscopique du 8CN et que, à la température ambiante où le 8CN existe dans sa phase cristalline liquide, cette orientation est maintenue dans les films même après l'élimination de la force d'extension. On peut même obtenir une orientation moléculaire par extension de films de CLDP comportant du 8CN à l'état liquide. Ces résultats suggèrent qu'une cavité allongée présente dans le CLDP étiré impose des champs directeurs CL par rapport aux grands axes des gouttelettes et que ceux-ci sont parallèles à la direction d'élongation. Les expériences révèlent aussi que l'orientation du 8CN est plus importante dans le CLDP avec une matrice semicristalline de PCL que dans une matrice amorphe (mélange de PCL-PVC) et que la taille des gouttelettes de CL a aussi un léger effet sur l'orientation induite. Ce travail correspond à une première étape dans l'exploration de nouveaux effets électrooptiques des CLPD provoqués par la présence d'une orientation uniforme des molécules du cristal liquide et par des modifications de la cavité du polymère en absence d'un champ électrique.

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