Nematik sıvı kristallerde sıcaklık gradyanı ve ısıl yayınım katsayılarının nümerik yöntemle belirlenmesi

Abstract

Teknolojide geniş bir kullanım alanına sahip olan sıvı kristallerin moleküleryönelime bağlı olarak ısı parametrelerinin değişmesi onlar üzerinde daha çok çalışmayapılmasına neden olmaktadır. Foto-akustik ve foto-piro-elektrik teknikler bu alandayapılan en yaygın çalışmalardır. Bu çalışmalardan elde edilen sonuçlara bağlı olaraksıvı kristallerin teknolojik amaçlı kullanımları da artmaktadır. Hesap makinesi,bilgisayar ve saat ekranları, sıvı kristal renk termometreleri gibi cihazlarda yaygın birkullanım bulmaktadır. Bugün için elektronik cihazlarda görüntüleme sistemi olaraken çok kullanılan materyal nematik sıvı kristallerdir. Nematiklerin optik ve ısılözelliklerinin uygulanan elektrik veya manyetik alanla yapısal ve fiziksel değişimsergilemesi, bu sıvı kristallerin daha çok kullanımına neden olmaktadır.Bu çalışmada, ticari olarak Sigma-Aldrich firmasından elde edilen 4-pentyl-4?-cyanobiphenyl (5CB) ve 4'-octyl-4-cyanobiphenyl (8CB) nematik sıvı kristalmalzemelerin, ısıl yayınım katsayıları nematik faz aralığında ve rasgele moleküleryönelimde incelenmiştir. Nematik sıvı kristallerin faz aralığı oda sıcaklığına yakınolduğundan çalışmaya kolaylık sağlamıştır. Deneyde sıvı kristal hücrenin içinde belliaralıklarla yerleştirilen termoçiftler ile sıcaklık değerlerinin uzaysal dağılımı dörtdüğüm noktasından elde edilmiştir. Alınan sıcaklık değerleri grafik programındaeğriye dönüştürülmüştür ve bu eğrilere uygun fonksiyonlar belirlenmiştir. Son derecehassas davranılarak belirlenen fonksiyonlar tek tek C# dilinde yazılan ileriye doğrufark metodu kodunda derlenip, her bir eğri için ısıl yayınım katsayıları belirlenmiştir.Isıl yayınım katsayıları için elde edilen değerler, literatürde moleküler yöneliminparalel ve dik olduğu şartlardaki ısı yayılım aralığındaki beklenen değerlerleuyuştuğu gözlenmiştir.

Thermal parameters that change with variation of molecular orientation inliquid crystals have led to studies work on these widely used technological materials.Photoacoustic and photopyroelectric techniques are the most common studies in thisfield. Based on the results obtained from these studies, technological use of liquidcrystals has increased. Liquid Crystal Display (LCD) for calculators, computers,watches and thermometers are common examples for liquid crystal use intechnology. Today, liquid crystals that are widely used in electric device market or inLCD technology are mostly nematic liquid crystals. Variation in optical and thermalproperties of nematic crystals with the applied electric and magnetic field has causedan increased use of these crystals.In this study, thermal heat conduction coefficients of commercially available4-pentyl-4?-cyanobiphenyl (5CB) and 4'-octyl-4-cyanobiphenyl (8CB) nematic liquidcrystals were investigated for nematic phase and randomly molecular orientation.Since these liquid crystals show nematic phase at room temperature, it was easy towork with them. In the experiments, four thermocouples were placed at four differentlocations in the crystal to determine spatial temperature variation for the sample. Theobtained data was graphed and from the graphs the optimum function by fitting wasevaluated. Then these functions were solved numerically by forward finite differencemethod to find the thermal diffusivity coefficients. The program to solve this waswritten in C# language. The values of thermal diffusivity coefficients obtained in thisstudy were consistent with literature values that were obtained when the molecularorientation was parallel and vertical.