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国际科学、工程和技术创新研究杂志

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用图像分析技术测定nBA: 7HB氢键液晶的热光学参数

S. Sreehari Sastry1， K.拉克希米·萨拉达2， K.马利卡2， L.塔努吉·库马尔2，夏思忠3.
  1. 印度阿查里亚龙树大学物理系教授
  2. 印度龙树大学物理系研究学者
  3. 东姑阿卜杜勒拉赫曼大学科学系化学科学系教授，贾兰大学，班达巴拉，31900 Kampar，霹雳州。、马来西亚
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摘要

本文应用图像分析技术结合偏光显微镜研究了同系氢键液晶:p-n烷基苯甲酸(nBA):庚基对羟基苯甲酸(7HB)(其中n=5 ~ 10)的热光学性质。液晶配合物的纹理被捕获。结构特征随温度的变化对计算热光学性质是有用的。利用MATLAB软件对这些微观纹理进行了分析。研究的热光学参数包括光透射率、吸收系数、相位延迟、双折射和阶次参数。在实验上，这是一种简单的技术来观察不同液晶的光学参数作为温度函数的行为

关键字
液晶，氢键，热光学参数，纹理，图像分析

介绍
通过互补分子的氢键相互作用形成的液晶配合物被广泛研究[1-5]。合成氢键液晶的主要相互作用是由于它们的热稳定性、分子形状和结构、高方向性和自然界中化学和生物过程的动力学[6-9]。近年来，液晶配合物作为新型显示材料，在平板显示、光电显示、光学开关、光伏电池、荧光膜等方面的应用越来越重要[10-16]。配合物的相变和光学特性是这些应用的重要性质。由中源化合物和非中源化合物之间的氢键形成的液晶配合物具有有趣的性质。不同分子(中源和非中源)产生液晶的配合物通常涉及来自羧酸的供体分子和来自吡啶、苯甲酸、苯胺等的受体分子[17-20]。本文研究了同源系中生物质:对-n烷基苯甲酸(nBA):对羟基苯甲酸庚基(7HB)(其中n=5 ~ 10)。在MATLAB平台上，利用图像分析技术结合POM对热光学性质(包括相变行为)进行了研究。研究液晶光学性质随温度变化的方法有几种[21-24]，但都涉及到测量所需参数的技术难题。在图像分析技术中，利用POM可以捕捉到从样品的固相到各向同性相的液晶配合物的纹理，其纹理特征随温度的变化对计算样品的热光学性质是有用的。 Image analysis technique has been developed to aid the interpretation of microscopic images and to extract as much information as possible from image objects by means of applying some computational algorithms on image data or intensity values. MATLAB R, a software product by Math Works, Inc., (Natick, MA) [25,26] is used for the analysis of liquid crystal textures. A systematic investigation on thermo optical parameters of the systems such as optical transmission, Absorption coefficient, Phase retardation, birefringence and order parameter are carried out.

实验
材料:
所使用的化学成分p-n烷基苯甲酸(nBA)，其中n=5 ~ 10，对羟基苯甲酸庚基(7HB)是美国新泽西州弗林顿实验室的产品。所研究的化合物纯度为99%。纯对n烷基苯甲酸及其配合物的相变温度为对n烷基苯甲酸(nBA):对羟基苯甲酸庚基(7HB)(其中n=5 ~ 10)可以在[27]中找到。我们所测得的相变温度与标准技术相符合。
方法:
少量样品放置在市售玻片上，通常将玻片置于偏光光学显微镜(Meopta DRU 3型号)的高温阶段，以观察样品的纹理。温度测量的精度为±0.10C。采用旅行显微镜技术测量液晶载玻片的厚度，厚度为100 μ m。
佳能EOS Digital REBEL XS/ EOS1000D是一款带有1010万像素图像传感器的数码单反相机，用于通过POM的交叉偏光器记录样品的纹理图像。该图像的像素大小为3888X2592，描绘了24位色调级别的真彩色制作，在红、绿、蓝三个主光谱频率分别为0到255个灰度级别的范围内。利用MATLAB软件计算了三基波配合物的热光参量与温度的关系。

参数确定
光在温度和材料方面的行为是根据热光学特性定义的，并使用光学参数如光传输、吸收系数、相位延迟、相位稳定性和双折射、顺序参数来测量。这些光学特性提供了关于样品中分子顺序、分子动力学和分子相互作用类型的重要信息。在液晶配合物中，氢键相互作用深刻地影响液晶相的热性质，即熔点、焓和热稳定性。因此，有必要对液晶配合物的热光学性质进行研究。液晶的热光学性质由像强值定义如下。
通过计算交叉偏振器条件下记录的图像纹理的平均透射强度来测量介元的光学透过率，并记为[28]
图像
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由式(3)得到的样品的温度依赖性双折射值用于计算nBA:7HB配合物的温度依赖性序参量。这些测量是在样品的Cr - Cr G - I相的相变区域进行的，并将测量的阶参数值与温度绘制成图。图5所示的阶参数(S)在Cr - Cr G过渡态时最大，随着温度的升高，阶参数(S)继续减小，直至样品的各向同性相，阶参数最低，为0.15阶。Cr - Cr G - I相转变过程中的序参量值在0.85 ~ 0.15之间。这里的参数完全是根据图像纹理的灰度强度值计算的[41,42]，而在另一种情况下，参数是根据光透射强度、分子极化率、折射率和样品的密度等获得的[31,37,41]。图5中对应温度的顺序参数值也显示了nBA:7HB介元的不同转变。

结论
在MATLAB平台上，利用图像分析技术研究了p-n烷基苯甲酸(nBA):庚基-羟基苯甲酸(7HB)(其中n=5 ~ 10)的同源系列氢键液晶的热光学性质。作为温度的函数，样品经历不同的相变，表现出不同的纹理。样品的结构特征与温度的关系提供了大致适合于确定样品的光学性质的信息。计算的热光学参数均与温度相对应，很好地确定了所研究的nBA:7HB介元的不同转变及其相应的转变温度。

致谢
大学教育资助委员会部门研究计划III级项目编号:2009年2月9日的F.530/1/DRS/2009 (SAP-1)，以及科学技术部-提高科学技术基金项目编号。DST/FIST/PSI -002/2011日期为2011年12月20日，新德里，向阿查里亚龙树大学物理系提供财政援助。

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