Ученые ЮУрГУ измерили ионную электрическую проводимость слоя жидких кристаллов в комплексных структурах, состоящих из нескольких материалов (жидкокристаллических ячеек). Это значит, что теперь специалисты смогут диагностировать состояние структурированных материалов, объектов и устройств, в состав которых входят материалы с ионной проводимостью. Результаты исследования окажут влияние на многие области современной науки и технологий. Статья опубликована в журнале «Liquid Crystals» (Q2), индексируемом в Scopus.

Жидкокристаллические дисплеи являются неотъемлемой частью современного общества: их применяют в качестве мониторов компьютеров и ноутбуков, планшетов, смартфонов, телевизоров, цифровых камер, систем навигации. Несмотря на активное использование жидких кристаллов, ученые продолжают улучшать их параметры. Например, решают проблему контролируемого выхода ЖК-дисплеев из строя.

Именно над этим вопросом работала команда исследователей Южно-Уральского государственного университета во главе с кандидатом физико-математических наук, доцентом Физического факультета Института естественных и точных наук ЮУрГУ Федором Подгорновым. Ученые предложили метод, который позволит диагностировать жидкокристаллические дисплеи в режиме реального времени, предсказывать возможный выход дисплеев из строя.

Проблемы в работе жидкокристаллических дисплеев, как правило, связаны с изменением ионной проводимости жидких кристаллов. Проводимость влияет как на качество передаваемого изображения и может привести к выходу из строя управляющей электроники. Примесные (то есть загрязняющие) ионы в слое жидкого кристалла возникают по многим причинам: ЖК-молекулы могут разлагаться под действием электрического поля, светового излучения, радиации. Избежать подобных случаев можно, отслеживая изменения в электрической проводимости.

«В случае, когда носителем заряда являются ионы, измерить электрическую проводимость материала становится сложно. Ситуация еще более усложняется, когда речь заходит про гетерострутруры. Данные объекты состоят из различных материалов, поэтому классическими методами проводимость каждого из них измерить просто невозможно. Для решения этой проблемы мы рассмотрели возможность использовании не тока проводимости, а тока смещения. Данный подход является более универсальным», — рассказал Федор Подгорнов.

Для проверки предложенного метода были проведены исследования влияния наночастиц на проводимость жидкокристаллического слоя в ЖК-ячейке. Изменения проявились после внедрения наночастиц, которые адсорбируют примесные ионы. Это привело также к увеличению сопротивления жидкокристаллического слоя и уменьшению времени электрооптического переключения жидких кристаллов.

Поскольку с помощью этих измерений можно будет диагностировать ЖК-дисплеи, будет облегчена работа в сферах медицины, авиации, космоса — там, где выход дисплеев из строя может привести к необратимым последствиям.

Более того, результаты работы могут быть востребованы в органической электронике, биологии. Но сейчас, считают исследователи, рано говорить об их практическом применении. Необходимо провести детальные исследования, в которых будет учтено влияние других физических эффектов на точность имеющихся результатов.

«В настоящее время проводятся детальные исследования с целью учета влияния других физических эффектов в частности релаксации двойных электрических слоев, формирования пространственного заряда. Будущие исследования будут также сконцентрированы на исследовании возможности измерения нелинейной ионной проводимости и идентификации механизмов, ответственных за ее возникновения», — пояснил Федор Подгорнов.

Исследования уже ведет аспирант кафедры оптоинформатики Физического факультета ИЕТН ЮУрГУ Максим Гавриляк. В исследовании, посвященном электрической проводимости постоянного тока в жидких кристаллах, участвовал аспирант Физического факультета — Ахмед Караави из Ирака.

Исследования в области материаловедения являются одними из трех стратегических направлений развития научной и образовательной деятельности Южно-Уральского государственного университета наряду с цифровой индустрией экологией.

ЮУрГУ — участник Проекта «5-100», призванного повысить конкурентоспособность российских университетов среди ведущих мировых научно-образовательных центров.