Elektrorheologie homogener Systeme

Abstract

Zusammenfassung: Thema dieser Arbeit ist der Einfluss von elektrischen Feldern auf die Viskosität nematischer Flüssigkristalle sowie isotroper Polymerlösungen.Für zwei thermotrope nematische Flüssigkristalle, 4-(trans-4'-n-Pentylcyclohexyl)- benzonitril (PCH-5) und 4-n-Pentyl-4'-cyanobiphenyl (5CB), wurde die Viskosität mit elektrorheologischen Messungen in Abhängigkeit von Feldstärke und Scherrate bestimmt. Alle Messwerte kommen bei Auftragung gegen E?/? auf einer Masterkurve zu liegen. Die Anpassung dieser Daten mit einer auf der Theorie von Ericksen und Leslie basierenden Gleichung liefert gleichzeitig die Scherviskositäten ? und ? sowie die Rotationsviskosität ? in guter Übereinstimmung mit Literaturwerten. Elektrorheologische Messungen stellen somit eine Methode zur Bestimmung dieser Viskositätskoeffizienten für Nematen dar, wenn diese eine ausreichend große positive dielektrische Anisotropie aufweisen. Bei den isotropen Polymerlösungen ließ sich der elektrorheologische Effekt des Systems Decalin/Polystyrol im Bereich der Entmischungstemperatur klären. Während im Ein-Phasen-Gebiet nur eine geringe Viskositätsänderung im E-Feld aufgrund elektrohydrodynamischer Strömungen zu beobachten ist, tritt unterhalb der Entmischungstemperatur ein deutlicher, aber nicht reproduzierbarer ER-Effekt auf. Dieser ist auf einen Einfluss des E-Felds auf die Zwei-Phasen-Morphologie zurückzuführen.Für das System Diethylbenzol/Isopentylcellulose wurde ein negativer elektrorheologischer Effekt auf die Dissoziation von assoziierten Polymermolekülen zurückgeführt. Die Dissoziation erfolgt aufgrund der Wirkung des elektrischen Feldes auf freie Ladungen.

Abstract: Subject of this work is the influence of electric fields on the viscosity of nematic liquid crystals and isotropic polymer solutions. The viscosity of two thermotropic nematic liquid crystals, 4-(trans-4'-n-pentyl-cyclohexyl)-benzonitrile (PCH-5) and 4-n-pentyl-4'-cyanobiphenyl (5CB), has been determined by electrorheological measurements, varying electric field strength and shear rate. When plotted against E?/?, all data points fall onto a single master curve. Fitting this data with an equation based on the theory of Ericksen and Leslie results in the shear viscosities ? and ? as well as the rotational viscosity ? in good accordance with the literature. Therefore electrorheological measurements represent a method to determine this viscosity coefficients for nematics with a positive and sufficiently high dielectric anisotropy. In the field of isotropic polymer solutions, the electrorheological effect of the system decaline/polystyrene close to the demixing temperature was clarified. In the single phase region, only a slight viscosity change was observed due to electrohydrodynamic convections. In the two phase region below the demixing temperature, there is a more pronounced but irreproducible ER-effect which is attributed to the influence of the electric field on the two phase morphology.For the system diethylbenzene/isopentylcellulose a negative ER-effect is explained by the dissociation of associated polymer molecules. The influence of the electric field on free charges is ascribed for this dissociation.