Статические и динамические явления в жидкокристаллических пленках и жидких кристаллах из длинных молекул

• Автор: Малинин, Сергей Валерьевич
• Шифр специальности: 01.04.02
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2002
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 116 с. : ил

Оглавление
Введение
1 Электростатическое киральное взаимодействие между молекулами и жидкокристаллические фазы фрагментов ДНК
1.1 Распределение заряда на одиночной молекуле ДНК
1.2 Парное взаимодействие между заряженными спиралями конечной длины
1.3 Биаксиальные корреляции и существование холестерической

1.4 Киральный момент, модуль Франка и шаг холестерика
1.5 Выводы
2 Фазовый переход в антиклинную текстуру в свободно подвешенных пленках смектиков С
2.1 Теоретическая модель
2.2 Обработкаэкспериментальных данных . . / . . . . . . . .
2.3 Переход между состояниями с поперечной и продольной поляризацией
2.4 Заключение
3 Динамические флуктуационные явления в двойных мембранах
3.1 Изменения формы и энергия
3.2 Динамика
3.3 Перенормировка перистальтической моды
4 Движение дисклинации в жидкокристаллических пленках
4.1 Основные соотношения для жидкокристаллических пленок
4.2 Распределение угла и скорости течения вокруг равномерно движущейся дисклинации
4.2.1 Область вблизи дисклинации
4.2.2 Область вдали от дисклинации
4.3 Различные режимы движения дисклинации в зависимости от
отношения Г крутильной и сдвиговой вязкостей
4.3.1 Случай Г >
4.3.2 Малые значения Г
4.3.3 Очень малые значения Г
4.4 Заключение
Заключение
А Энергия взаимодействия при малых углах между молекулами
В Упругие моды
С Решение гидродинамических уравнений
С.1 Решение на больших расстояниях от дисклинации
С.2 Подавленное течение
С.З Полное решение при очень малых Г
С.4 Решение с полным параметром порядка
Литература
Публикации автора по теме диссертации

Введение
Разнообразные жидкокристаллические фазы вызывают значительный теоретический интерес в течение последних десятилетий. Богатство наблюдаемых в этих системах явлений является следствием сильно развитого полиморфизма, когда одни и те же молекулы при относительно не сильно различающихся условиях могут образовывать агрегаты с качественно различными свойствами, в частности, трехмерные и двумерные системы разной симметрии. Способность этих фаз легко изменять состояние под действием внешних полей или из-за изменения структуры образующих их молекул широко используется в приложениях. Поведение систем при изменении внешних параметров или общих макроскопических характеристик может быть успешно исследовано в рамках феноменологических теорий. Однако феноменологические теории не задаются вопросом о том, как строение молекул влияет на наблюдаемое макроскопическое поведение, за исключением самых общих идей о симметрии. Такие теории не могут предсказывать численные параметры фазовых диаграмм, статических и динамических свойств. Эти задали-могут быть решены только с помощью микроскопических теорий, которые строятся на основе знания свойств отдельных молекул.
Таким образом, для понимания явлений в реальных жидкокристаллических системах необходимо развивать и феноменологический, и микроскопический подходы - именно таким задачам и посвящена диссертация.
В главе 1 исследуется взаимодействие молекул типа ДНК со спиральной симметрией и влияние этого взаимодействия на образующиеся жидкокристаллические фазы, в частности, на холестерическую фазу. Знание конкрет-

в дальнейшем обсуждать именно вторую возможность -для «-конфигурации.
Существование в одном и том же материале s и а конфигураций означает наличие по крайней мере двух минимумов термодинамического потенциала и, следовательно, возможность фазового перехода между ними. Важно отметить, что s и а конфигурации отличаются не только геометрической структурой параметра порядка, но и по физическим свойствам. Как хорошо известно [21, 38], неоднородное по пространству распределение директора с неизбежностью приводит к так называемой флексоэлектрической поляризации Р/:
Р/ = ei(ndivn) 4- е3(п х (rotn)). (2.1)
Значения коэффициентов е и е$ в большинстве смектических жидких кристаллов порядка 1(Г10 — КГ11 Кл/м. Из-за нарушения симметрии в смектиках С выражение для Р/ имеет значительно более сложный вид, чем (2.1), но для нашего рассмотрения потребуется только такая простая зависимость Рf от директора п.
Естественно, что в s и а конфигурациях распределения флексоэлектри-ческих дипольных моментов различаются (см. формулу (2.1)). Поэтому фазовый переход между s и а конфигурациями может быть осуществлен под действием внешнего электрического поля. Именно такой сценарий изучен в работе [36] для свободно подвешенных пленок акиральных смектиков С. Ниже мы обобщим этот механизм фазового перехода для киральных смектиков (обладающих сегнетоэлектрической поляризацией вдоль оси перпендикулярной плоскости наклона молекул) и в разделе 2.2 сравним полученные в рамках модели теоретические выражения.с экспериментальными.данными
Прежде всего необходимо продемонстрировать теоретическую возможность самого факта существования s и а конфигураций в свободно подвешенных пленках наклонных смектиков. В соответствии со сказанным выше для описания упорядоченности в пленках наклонных смектиков мы можем ограничиться рассмотрением только полярного угла в. В этом случае свободная энергия пленки в духе теории Ландау может быть представлена в виде