Spektroskopia dielektryczna

Szerokopasmowa spektroskopia dielektryczna (broadband dielectric spectroscopy - BDS) jest najczęściej stosowaną metodą w pomiarach dynamiki molekularnej i kolektywnej w ciekłych kryształach. Zespolona przenikalność elektryczna ε(ω)* = ε'(ω) - iε(ω)" może być mierzona zarówno w zależności od częstotliwości (frequency domain spectroscopy) jak i od czasu (time domain spectroscopy). Współczesne przyrządy umożliwiają wyznaczenie zespolonej przenikalności elektrycznej w szerokim zakresie częstotliwości od 10^-6 do 10¹² Hz z zastosowaniem różnych technik pomiarowych [1]. W zakresie od 10^-6 do 10⁷ Hz stosuje się rozwiązania, w których próbka traktowana jest jak układ kondensatora i opornika połączonych szeregowo lub równolegle. Jednak wraz ze wzrostem częstotliwości rozmiary próbki zaczynają odgrywać coraz większą rolę i ograniczają zastosowanie tej metody do około 10 MHz. W zakresie częstotliwości od 10⁷ do 10¹¹ Hz zespolona przenikalność elektryczna wyznaczana jest przez pomiar zespolonego współczynnika propagacji (w odbiciu lub transmisji) z zastosowaniem np. linii koaksjalnej. Powyżej częstotliwości 10¹¹ Hz stosuje się spektrometry podczerwieni wykorzystujące szybką transformatę Fouriera (FFT). Należy również wspomnieć o możliwości wyznaczenia ε(ω)* z analizy pomiaru czasowej zależności ε(t). Obydwie wielkości związane są ze sobą transformatą Fouriera.

Aby pokryć zakres częstotliwości od 10^-6 Hz do 10¹¹ Hz trzeba zastosować cztery różne techniki pomiarowe: analizę korelacji Fouriera z konwerterem dielektrycznym (10^-6 Hz – 10⁷ Hz) [15,16,17], analizę impedancji (10¹ Hz – 10⁷ Hz), technikę odbiciową (10⁶ Hz – 10⁹ Hz) [18,19] i analizę sieciową (10⁷ Hz – 10¹¹ Hz) [20, 21].

1. Broadband Dielectric Spectroscopy, Eds. F.Kremer & A.Schonchals, Springer Verlag, 2002.