Temperature-dependent relaxation processes and optical properties of microemulsion mesomorphic structures

Summary

The interaction between a 33 V/cm, 0.5 Hz electric field and the liquid crystalline (LC) phase of a w/o microemulsion was studied as a function of increasing water concentration (C, mass fraction), by means of the thermally stimulated depolarization method (TSD) and electrical-anisotropy measurements. The angular dependence of the transmitted-light intensityrs. The input angle of the light electric vector was also investigated. A comparison was made between the optical and electro-optical anisotropy studies, the TSD results and the behaviour,vs. concentration, of both the real (ε′) and the imaginary (ε″) part of the relative complex perimttivity, at two main representative frequencies. On the basis of the experimental evidence, two different LC mesophases, of lyotropic nature, were identified and their concentration range of existence and temperature domain determined. A complete analysis of the TSD spectra associated with the two LC mesophases was performed. The activation energy and the relaxation time of the many different relaxation processes that characterize the microemulsion system at any given concentration in the interval 0.35<C<0.7 were evaluated by following the Bucci and Fieschi method.

Riassunto

L’azione di un campo elettrico (0.5 Hz, 33 V/cm) sulla fase liquido-cristallina (LC) di una microemulsione del tipo w/o è stata studiata in funzione dell’aumento della concentrazione in acqua (C=peso acqua/peso (acqua+olio)) mediante analisi della depolarizzazione termicamente stimolata e misure di anisotropia elettrica. La dipendenza angolare dell’intensità di luce trasmessa dai campioni di microemulsione è stata analizzata per vari angoli d’ingresso del vettore elettrico della radiazione incidente. I risultati conseguiti sono stati quindi riesaminati alla luce di quelli precedentemente ottenuti, sullo stesso sistema, mediante determinazione della parte reale (ɛ′) e immaginaria (ɛ″) della costante dielettrica complessa in funzione della concentrazione e della frequenza. Dall’insieme dei dati emerge che la fase LC della microemulsione è costituita da due mesofasi distinte, di tipo liotropico. L’intervallo di concentrazione e temperatura a cui ciascuna delle due mesofasi può esistere è stato determinato unitamente ai valori dell’energia di attivazione e del tempo di rilassamenro che caratterizzano i singoli processi di orientamento dipolare osservati, rispettivamente, nella prima e nella seconda delle due fasi liquido-cristalline della microemulsione.

Резюме

Исследовано взаимодействие между электрическим полем 33 В/см, 0.5 Гц и w/o микроэмульсией в фазе жидкого кристалла, как функция увеличивающейся концентрации воды (C, массовая доля). Исследование проводится с помощью метода термостимулированной деполяризации и измерений электрической анизотропии. Также исследуется зависимость интенсивности прошедшего света от исходного угла светового электрического вектора. Проводится сравнение между оптическими и электро-оптическими исследованиями анизотропии. Анализируются результаты термостимулированной деполяризации и поведение, в зависимости от концентрации, вещественной (ε′) и мнимой (ε″) частей относительной комплексной диэлектрической проницаемости при двух основных характерных частотах. На основе экспериментальных данных были идентифицированны две различные LC мезофазы лиотропной природы, а также были определены температурный диапазо н иобласть концентраций, при которых они существуют. Проводится полный анализ спектров термостимулированной деполяризации с двумя LC мезофазами. Следуя методу Бучи и Фиески, оцениваются энергия активации и время релаксации для различных релаксационных процессов, которые характеризуют микроэмульсионную систему при любой заданной концентрации в интервале 0.35≤C≤0.7.