Dielectric and electrical properties of liquid crystals doped with ferroelectric nanoparticles

• Published in: Liquid crystals 2024-11, p.1-12
• Main Authors: Ben Salah, Manel, Soltani, Taoufik, Saadaoui, Lotfi, Ben Hamadi, Naoufel, Guesmid, Ahlem, Bouberka, Zohra, Barrera, Ana, Maschke, Ulrich
• Format: Article
• Language: English
• Subjects: Chemical Sciences; Material chemistry
• ISSN: 0267-8292; 1366-5855
• DOI: 10.1080/02678292.2024.2426176

The present work examines the impact of incorporating ferroelectric Ba0.85Sr0.15TiO3 nanoparticles (NPs) on the thermodynamic, dielectric, electrical, ionic, and electro-optical properties of 4-cyano-4’-octylbiphenyl (8CB) as Liquid Crystal (LC). The introduction of ferroelectric NPs results in a notable elevation of the nematic-isotropic phase transition temperature, which is consistent with theoretical models. Impedance spectroscopy was employed to investigate bulk and interfacial phenomena, revealing a low-frequency relaxation mode attributed to space charge polarization. In comparison to the pure LC, the dielectric anisotropy and the DC conductivity were found to be increased in the doped samples. Furthermore, the reduction in the concentration of ions on the surface, their diffusion constant, and their mobility, coupled with a decrease in the threshold voltage, simultaneously indicate the trapping of ions by the ferroelectric NPs. The screening effect renders dispersed ferroelectric NPs an optimal solution for addressing the issue of ionic contamination and eliminating its deleterious effects. Le présent travail examine l'impact de l'incorporation de nanoparticules ferroélectriques Ba0.85Sr0.15TiO3 sur les propriétés thermodynamiques, diélectriques, électriques, ioniques et électro-optiques du 4-cyano-4'-octylbiphényle (8CB) en tant que cristal liquide (CL). L'introduction de NP ferroélectriques entraîne une élévation notable de la température de transition de phase nématique-isotrope, ce qui est conforme aux modèles théoriques. La spectroscopie d'impédance a été utilisée pour étudier les phénomènes globaux et interfaciaux, révélant un mode de relaxation à basse fréquence attribué à la polarisation de la charge d'espace. Par rapport au LC pur, l'anisotropie diélectrique et la conductivité DC ont été augmentées dans les échantillons dopés. En outre, la réduction de la concentration d'ions à la surface, de leur constante de diffusion et de leur mobilité, associée à une diminution de la tension de seuil, indique simultanément le piégeage des ions par les NP ferroélectriques. L'effet de criblage fait des NP ferroélectriques dispersées une solution optimale pour résoudre le problème de la contamination ionique et éliminer ses effets délétères.