phmathВестник Государственного университета просвещения. Серия: Физика-МатематикаBulletin of Federal State University of Education. Series: Physics and Mathematics2949-50832949-5067Federal State University of Education10.18384/2310-7251-2022-3-59-74-86phmath-198Research ArticleФИЗИКАPHYSICSИспользование электрокинетических явлений в оптофлюидной ячейке с полимерными подложкамиUse of electrokinetic phenomena in an optofluid cell with polymer substratesСаидгазиевА. Ш.SaidgazievA. Sh.

  Саидгазиев Айвр Шавкатович – младший научный сотрудник проблемной лаборатории молекулярной акустики 

119454, г. Москва, проспект Вернадского, д. 78 

  Saidgaziev Aivr Shavkatovich –Research Assistant, Problematic Laboratory of Molecular Acoustics 

prosp. Vernadskogo 78, Moscow 119454 

ayvrdedal@gmail.comПасечникС. В.PasechnikS. V.

 Пасечник Сергей Вениаминович – доктор физико-математических наук, заведующий проблемной лабораторией молекулярной акустики 

119454, г. Москва, проспект Вернадского, д. 78 

  Pasechnik Sergey Veniaminovich – Dr. Sci. (Phys.-Math.), Laboratory Head, Problematic Laboratory of Molecular Acoustics

 prosp. Vernadskogo 78, Moscow 119454 

s-p-a-s-m@mail.ruШмелеваД. В.ShmelevaD. V.

  Шмелева Дина Владимировна – кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник проблемной лаборатории молекулярной акустики 

119454, г. Москва, проспект Вернадского, д. 78 

  Shmeleva Dina Vladimirovna – Cand. Sci. (Phys.-Math.), Senior Researcher, Problematic Laboratory of Molecular Acoustics 

prosp. Vernadskogo 78, Moscow 119454 

shmeliova@mail.ruХарламовС. С.KharlamovS. S.

 Харламов Семен Сергеевич – младший научный сотрудник проблемной лаборатории молекулярной акустики 

119454, г. Москва, проспект Вернадского, д. 78 

 Kharlamov Semyon Sergeevich – Research Assistant, Problematic Laboratory of Molecular Acoustics

prosp. Vernadskogo 78, Moscow 119454 

semen.kharlamov.95@mail.ruВасильеваА. А.VasilyevaA. A.

  Васильева Анастасия Алексеевна – инженер проблемной лаборатории молекулярной акустики 

119454, г. Москва, проспект Вернадского, д. 78 

  Vasilieva Anastasia Alekseevna – Engineer, Problematic Laboratory of Molecular Acoustics 

prosp. Vernadskogo 78, Moscow 119454 

barika@bk.ruМИРЭА – Российский технологический университетРоссияMIREA – Russian Technological UniversityRussian Federation202203112022037486Copyright © Саидгазиев А.Ш., Пасечник С.В., Шмелева Д.В., Харламов С.С., Васильева А.А., 20222022Саидгазиев А.Ш., Пасечник С.В., Шмелева Д.В., Харламов С.С., Васильева А.А.Saidgaziev A.S., Pasechnik S.V., Shmeleva D.V., Kharlamov S.S., Vasilyeva A.A.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.physmathmgou.ru/jour/article/view/198

Цель работы – описание использования электрокинетических явлений в жидких кристаллах для создания нового класса устройств микрофлюидики – оптофлюидиков, предназначенных для управления электромагнитным излучением, в том числе,ТГц-диапазона частот.Процедуры и методы. Оптический метод исследования изменений ориентационной структуры в слоях ЖК, вызванных сдвиговым течением, генерируемым электроосмотическим насосом. Моделирование поведения ЖК в экспериментальной ячейке, содержащей электроосмотический насос и плоские слои нематического жидкого кристалла.Результаты. Экспериментальные зависимости интенсивности поляризованного излучения, проходящего через плоские слои ЖК, от управляющего напряжения, приложенного к электроосмотическому насосу. Результаты расчётов гидродинамических и механо-оптических характеристик экспериментальной ЖК-ячейки.Теоретическая и/или практическая значимость. Реализована новая идея, заключающаяся в использовании сдвигового течения, индуцированного электроосмотическим насосом, для управления оптическим излучением. Разработанная конструкция ЖК-ячейки и полученные экспериментальные результаты могут быть использованы для создания новых устройств управления электромагнитным излучением, в том числе, ТГц-диапазона частот.

Aim

Aim. We describe the use of electrokinetic phenomena in liquid crystals to produce a new class of microfluidics devices, i.e. optofluidics designed to control electromagnetic radiation, including the THz frequency range.

Methodology

Methodology. Use is made of an optical method for studying changes in the orientational structure in LC layers caused by a shear flow generated by an electroosmotic pump. The LC behavior in an experimental cell containing an electroosmotic pump and flat layers of a nematic liquid crystal is simulated.

Results

Results. We have obtained experimental dependences of the intensity of polarized radiation passing through flat LC layers on the control voltage applied to the electroosmotic pump. Results of calculations of hydrodynamic and mechano-optical characteristics of an experimental LC cell are presented.

Research implications

Research implications. A new idea has been implemented, which consists in using a shear flow induced by an electroosmotic pump to control optical radiation. The developed design of the LC cell and the obtained experimental results can be used to develop new devices for controlling electromagnetic radiation, including the THz frequency range.

нематический жидкий кристаллтерагерцовый диапазонэлектрокинетические явленияосмотический потокконфигурация директораинтенсивность оптического излученияE7полипропиленnematic liquid crystalterahertz rangeelectrokinetic phenomenaosmotic flowdirector configurationoptical radiation intensityE7polypropyleneРабота выполнена при поддержке Министерства образования и науки Российской Федерации (грант № ФСФЗ-2020-0019) и Российского фонда фундаментальных исследований (соглашение РФФИ № 19-32-90055)This work was supported by Ministry of Education and Science of Russian Federation (Grant No. FSFZ-2020- 0019) and Russian Foundation for Basic Research (RFBR Project No. 19-32-90055)ReferencesStudying of dielectric properties of polymers in the terahertz frequency range / Fedulova E. V., Nazarov M. M., Angeluts A. A., Kitai M. S., Sokolov V. I., Shkurinov A. P. // Proceedings of SPIE. 2012. Vol. 8337. Saratov Fall Meeting 2011: Optical Technologies in Biophysics and Medicine XIII. id. 83370I. DOI: 10.1117/12.923855.Fedulova E. V., Nazarov M. M., Angeluts A. A., Kitai M. S., Sokolov V. I., Shkurinov A. P. Studying of dielectric properties of polymers in the terahertz frequency range. In: Proceedings of SPIE, 2012, vol. 8337. Saratov Fall Meeting 2011: Optical Technologies in Biophysics and Medicine XIII, id. 83370I. DOI: 10.1117/12.923855.Refractive indices and birefringence of hybrid liquid crystal - nanoparticles composite materials in the terahertz region / Mavrona E., Chodorow U., Barnes M. E., Parka J., Palka N., Saitzek S., Blach J.-F., Apostolopoulos V., Kaczmarek M. // AIP Advances. 2015. Vol. 5. id. 077143. DOI: 10.1063/1.4927392.Mavrona E., Chodorow U., Barnes M. E., Parka J., Palka N., Saitzek S., Blach J.-F., Apostolopoulos V., Kaczmarek M. Refractive indices and birefringence of hybrid liquid crystal - nanoparticles composite materials in the terahertz region. In: AIP Advances, 2015, vol. 5, id. 077143. DOI: 10.1063/1.4927392.Pasechnik S. V., Chigrinov V. G., Shmeliova D. V. Liquid Crystals: Viscous and Elastic Properties in Theory and Applications. Weinheim: Wiley-VCH Verlag GmbH, 2009. 436 p.Pasechnik S. V., Chigrinov V. G., Shmeliova D. V. Liquid Crystals: Viscous and Elastic Properties in Theory and Applications. Weinheim, Wiley-VCH Verlag GmbH, 2009. 436 p.Pasechnik S. V., Shmeliova D. V. Terafluidic devices: Perspectives and Problems // IEEE 40th International Conference on Infrared, Millimeter, and Terahertz Waves. 2015. P. 1–2. DOI: 10.1109/IRMMW-THz.2015.7327669.Pasechnik S. V., Shmeliova D. V. Terafluidic devices: Perspectives and Problems. In: IEEE 40th International Conference on Infrared, Millimeter, and Terahertz Waves, 2015, p. 1–2. DOI: 10.1109/IRMMW-THz.2015.7327669.Electrorheology of Liquid Crystals / Pasechnik S. V., Shmeliova D. V., Kharlamov S. S., Semina O. A., Saidgaziev A. Sh., Chigrinov V. G. // Жидкие кристаллы и их практическое использование. 2018. Т. 18. № 3. С. 89–93. DOI: 10.18083/LCAppl.2018.3.89.Pasechnik S. V., Shmeliova D. V., Kharlamov S. S., Semina O. A., Saidgaziev A. Sh., Chigrinov V. G. Electrorheology of Liquid Crystals. In: Zhidkie kristally i ikh prakticheskoe ispol'zovanie [Liquid Crystals and their Application], 2018, vol. 18, no. 3, pp. 89–93. DOI: 10.18083/LCAppl.2018.3.89.Electro-optical effects of organic N-benzyl-2-methyl-4-nitroaniline dispersion in nematic liquid crystals / Selvaraj P., Subramani K., Srinivasan B., Hsu C.-J., Huang C.-Y. // Scientific Reports. 2020. Vol. 10 (1). id. 14273. DOI: 10.1038/s41598-020-71306-1.Selvaraj P., Subramani K., Srinivasan B., Hsu C.-J., Huang C.-Y. Electro-optical effects of organic N-benzyl-2-methyl-4-nitroaniline dispersion in nematic liquid crystals. In: Scientific Reports, 2020, vol. 10 (1), id. 14273. DOI: 10.1038/s41598-020-71306-1.Liquid crystal optofluidic device based on electro-kinetic phenomena in porous polymer films / Shmeliova D. V., Saidgaziev A. Sh., Kharlamov S. S., Visotsky A. S., Safonov M. A., Konovalova A. A., Pasechnik S. V. // Жидкие кристаллы и их практическое использование. 2020. Т. 20. № 3. С. 72–79. DOI: 10.18083/LCAppl.2020.3.72.Shmeliova D. V., Saidgaziev A. Sh., Kharlamov S. S., Visotsky A. S., Safonov M. A., Konovalova A. A., Pasechnik S. V. Liquid crystal optofluidic device based on electrokinetic phenomena in porous polymer films. In: Zhidkie kristally i ikh prakticheskoe ispol'zovanie [Liquid Crystals and their Application], 2020, vol. 20, no 3, pp. 72–79. DOI: 10.18083/LCAppl.2020.3.72.Electrokinetic Phenomena in Homeotropic Layers of Nematic Liquid Crystal / Shmeliova D. V., Pasechnik S. V., Kharlamov S. S., Saidgaziev A. Sh., Podolsky V. A. // Жидкие кристаллы и их практическое использование. 2021. Т. 21. № 3. С. 39–44. DOI: 10.18083/LCAppl.2021.3.39.Shmeliova D. V., Pasechnik S. V., Kharlamov S. S., Saidgaziev A. Sh., Podolsky V. A. Electrokinetic Phenomena in Homeotropic Layers of Nematic Liquid Crystal. In: Zhidkie kristally i ikh prakticheskoe ispol'zovanie [Liquid Crystals and their Application], 2021, vol. 21, no. 3, pp. 39–44. DOI: 10.18083/LCAppl.2021.3.39.Optofluidic modulator based on peristaltic nematogen microflows / Vasdekis A. E., Cuennet J. G., De Sio L., Psaltis D. // Nature Photonics. 2011. Vol. 5. Iss. 4. P. 234–238. DOI: 10.1038/NPHOT.2011.18.Vasdekis A. E., Cuennet J. G., De Sio L., Psaltis D. Optofluidic modulator based on peristaltic nematogen microflows. In: Nature Photonics, 2011, vol. 5, iss. 4, pp. 234–238. DOI: 10.1038/NPHOT.2011.18.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.