Dynamics, dynamic soft elasticity and rheology of smectic-C elastomers

We present a theory for the low-frequency, long-wavelength dynamics of soft smectic-C elastomers with locked-in smectic layers. Our theory, which goes beyond pure hydrodynamics, predicts a dynamic soft elasticity of these elastomers and allows us to calculate the storage and loss moduli relevant for rheology experiments as well as the mode structure.Comment: 4 pages, 2 figure

Propriétés mécaniques de films multicouches de polyélectrolytes

Les films multicouches de polyélectrolytes sont constitués d'une superposition alternée de polyélectrolytes de charges opposées, qui s'assemblent par interaction électrostatique pour former des films dont l'épaisseur peut varier de quelques longueurs moléculaires à plusieurs dizaines de µm. Ces matériaux suscitent actuellement un intérêt croissant en raison de leurs utilisations potentielles dans la réalisation de photodiodes, de membranes sélectives ou de revêtements biocompatibles. Nous présentons une étude du comportement du module de cisaillement complexe réalisée sur des films multicouches réticulés et non réticulés, constitués d'acide hyaluronique et de poly-L-lysine. Les mesures ont été effectuées avec le dispositif de piézorhéologie, que nous avons récemment développé, et qui permet de caractériser la réponse mécanique d'un échantillon mince (~10µm) sur une gamme de fréquence étendue et pour de très faibles déformations appliquées. Cette communication illustre l'intérêt de la piézorhéologie pour l'étude des propriétés mécaniques des systèmes lamellaires d'intérêt biologique

Relative behaviour of sound absorption and dispersion near the nematic-smectic-A phase transition in TBBA and CBOOA : comment and new results

Ultrasonic results obtained in TBBA and CBOOA near the nematic-smectic-A phase transition are compared. In both compounds the anomalies in the velocity and in the attenuation can be explained by a relaxation of the heat capacity. The critical shear contributions, the background absorptions, and the frequency regimes are discussed.Nous comparons les résultats obtenus par ultrasons au voisinage de la transition nématique-smectique-A dans le TBBA et le CBOOA. Nous montrons que les anomalies dans la vitesse et dans l'atténuation peuvent être expliquées par une relaxation de la chaleur spécifique. Nous discutons les contributions de cisaillement, les absorptions résiduelles et les régimes en fréquences

Dynamic properties near the nematic-smectic-A transition by ultrasonic absorption

Measurements of ultrasonic attenuation at frequencies from 0.6 to 25 MHz in magnetically aligned CBOOA are reported. On the nematic side of the A-N transition the ultrasonic absorption presents a peak in the MHz range which is more and more apparent as the frequency is decreased. This attenuation peak has been explained as being due to two contributions. One is the critical viscosity, the other reflects the behaviour of the critical heat capacity. This latter is the dominant contribution. In the smectic-A phase there is evidence of an additional relaxation mechanism which can be attributed to a Landau-Khalatnikov process. The relaxation frequency of the smectic order parameter is deduced from these measurements

Ultrasonic attenuation in CBOOA near the nematic-smectic-a transition

We report measurements of the attenuation and velocity near the nematic-smectic-A phase transition in p-cyanobenzylidine-p'-octyloxyaniline (CBOOA). These measurements were performed in the frequency range 0.6-25 MHz as a function of the temperature for various orientations of the CBOOA with respect to the ultrasonic propagation. On the nematic side of the transition the ultrasonic absorption presents a critical increase which is more and more apparent as the frequency is decreased and which reflects the dynamics of critical fluctuations of the order parameter. The critical viscosities are deduced from a systematic study of the various anisotropies in attenuation. It is found that the volume viscosities diverge much faster than the shear viscosity and that the enhancement of the volume viscosities is greater than that of the shear viscosity. A dominant contribution from the specific heat may explain the behaviour of the volume viscosities. The critical part of the ultrasonic spectra is analysed in terms of a frequency-dependent specific heat. For the relaxation frequency of the smectic order parameter we find τ -1m∼5 x 108 ΔT/T s -1. This value is consistent with the theoretical prediction and with estimates deduced from light-scattering experiments. The background absorption can be interpreted as being due to two additive contributions : an intramolecular relaxation and the residual part of the critical contribution of the nematic-isotropic transition. In the smectic-A phase the behaviour of the ultrasonic absorption is complicated by the coexistence of several processes. However, by studying the anisotropy in attenuation it is possible to extract a contribution which is tentatively attributed to the relaxation of the order parameter itself. In the temperature range investigated the results are compatible with a transition of mean-field type.Nous avons mesuré entre 0,6 et 25 MHz la vitesse et l'atténuation du son au voisinage de la transition nématique-smectique-A du p-cyanobenzilidène-p'-octyloxyaniline (CBOOA). Ces mesures ont été effectuées en fonction de la température et pour plusieurs orientations de l'échantillon par rapport à la direction de propagation de l'onde ultrasonore. Du côté nématique de la transition, l'absorption ultrasonore présente un accroissement critique qui reflète la dynamique des fluctuations du paramètre d'ordre. Cet accroissement est de plus en plus apparent au fur et à mesure que la fréquence diminue. Une étude systématique de l'atténuation en fonction de l'angle que fait la direction de propagation de l'onde ultrasonore par rapport à l'orientation de l'échantillon permet de déduire les viscosités critiques. On trouve que les viscosités de volume divergent beaucoup plus vite que la viscosité de cisaillement et que l'augmentation critique est plus importante pour les viscosités de volume que pour la viscosité de cisaillement. Une contribution dominante de la chaleur spécifique permet d'expliquer le comportement des viscosités de volume. La partie critique des spectres ultrasonores a été analysée à l'aide d'une théorie de chaleur spécifique dynamique. Cette analyse conduit pour la fréquence de relaxation du paramètre d'ordre à une loi de la forme τ-1m ∼ 5 × 108 Δ T/T s-1. Cette valeur est compatible avec la valeur théorique et avec une estimation déduite d'expériences de diffusion de lumière. La partie résiduelle de l'absorption ultrasonore peut s'interpréter comme étant due à deux contributions additives : une relaxation intra-moléculaire et la partie résiduelle de la contribution critique liée à la transition nématique-isotrope. Du côté smectique de la transition, l'absorption ultrasonore présente un comportement compliqué par suite de la coexistence de plusieurs processus. Cependant une étude de l'anisotropie dans l'atténuation montre qu'il est possible d'extraire une contribution qui peut être attribuée à la relaxation du paramètre d'ordre lui-même. Dans le domaine de températures étudiées, les résultats sont compatibles avec une transition du type champ moyen

Erratum : Ultrasonic study of the shear mechanical impedance of butyloxybenzylidene octylaniline near the crystalline-B-smectic-A phase transition

No abstract availabl

Ultrasonic impedometric studies in a smectic B liquid crystal (BBOA)

The behaviour of a smectic B phase (BBOA) has been investigated by means of shear wave reflectance techniques in the case of propagation parallel to the normal of the layers. No transmission of the shear wave has been observed. In addition, the experimental results in the A and B phases show a relaxational process, which leads to an apparent finite value for the shear modulus. Our results are discussed in the frame-work of the de Gennes-Sarma model and appear to support this model.En utilisant la technique de réflexion d'une onde ultrasonore de cisaillement sur un interface solide-liquide, nous avons étudié le comportement d'un smectique B soumis à une contrainte de cisaillement dans le cas où le vecteur d'onde est parallèle à la normale aux couches. Nous n'avons pas observé de transmission de l'onde ultrasonore. En outre, nous avons mis en évidence un processus de relaxation qui apparait, à la fois, dans les phases A et B, dans le domaine des fréquences étudiées, et qui conduit à un module de cisaillement apparent, différent de zéro. Nous discutons nos résultats dans le cadre de la théorie de de Gennes-Sarma

Shear wave attenuation in smectic-A liquid crystals

We have studied the shear impedance of two smectics-A when the propagation of the shear wave is along the normal to the layers. We observed that the real part and the imaginary part of the shear impedance differ significantly, indicating a relaxation process. We analysed our results on the basis of a coupling between the director fluctuations and the shear flow.Nous avons étudié le comportement de deux smectiques-A soumis à une contrainte de cisaillement ultrasonore dans le cas où le vecteur d'onde est parallèle à la normale aux couches. Nous avons mis en évidence un processus de relaxation que nous discutons en supposant l'existence d'un couplage entre les fluctuations du directeur et l'écoulement local

Characterizing the Nature of the Smectic A–Smectic C and Smectic A–Smectic C* Transitions

We provide a theoretical explanation of the critical (i.e. non-mean-field) behavior of specific heat at the SmA–SmC transition, as it has recently been observed on certain compounds. This explanation rests on the Andereck and Swift free energy introducing terms which couple the order-parameter with both layer-compression and density. We show that the behavior of specific-heat depends on the intensity of these couplings, and that the behaviors which can be observed are therefore of the mean-field, Gaussian or 3DXY type.Nous donnons une explication du comportement critique (c-à-d. non-champ moyen) de la chaleur spécifique, qui a été observé récemment sur certains composés. Cette explication repose sur l'énergie libre de Andereck et Swift qui introduit des termes couplant le paramètre d'ordre avec la compression de couche et la densité. Nous montrons que le comportement de la chaleur spécifique dépend de l'intensité de ces couplages et que les comportements qui peuvent être observés sont par suite de type champ moyen, gaussien ou 3DXY

Measurement of the birefringence induced in liquids by ultrasonic waves : application to the study of the isotropic phase of PAA near the transition point

A technique has been developed for ultrasound-induced birefringence experiments. Measurements made in the isotropic phase of PAA (p-azoxyanisole) show that it is possible to obtain reliable results quickly and in a very simple way through straightforward improvements of the traditional technique. In addition to the induced birefringence measurements our technique also provides measurements of the absorption coefficient of the ultrasonic wave. The cell has a low sample volume and is particularly suited to studies on rare liquids and/or highly attenuating liquids. The results on PAA show that the quantity Δn/√P, where Δn is the induced birefringence and P the acoustic intensity, diverges according to a power law. As one approaches Tc the system crosses over from the ωτ ⪡ 1 regime to the ωτ ∼ 1 regime. The results are interpreted on the basis of the de Gennes model. The orientation relaxation time is deduced from these measurements.On a développé une technique permettant de mesurer la biréfringence induite par les ultrasons dans les liquides : les mesures effectuées dans la phase isotrope du PAA montrent qu'il est possible d'obtenir des résultats fiables d'une façon simple et rapide grâce à des améliorations sensibles de la technique traditionnelle. En plus de la biréfringence induite ce dispositif mesure également le coefficient d'absorption de l'onde ultrasonore. La cellule de mesure utilise un faible volume de liquide et est particulièrement bien adaptée aux études des liquides rares et/ou des liquides très absorbants. Les résultats dans le PAA montrent que la quantité Δn/√P, où Δn est la biréfringence induite et P l'intensité acoustique, diverge selon une loi en puissance. Au voisinage de T c le système passe du régime ωτ ⪡ 1 au régime ωτ ∼ 1. Ces résultats qui ont été interprétés sur la base du modèle de de Gennes permettent de déduire le temps de relaxation orientationnel