Молекулярные аспекты нематических субфаз, обусловленных объемными и поверхностными эффектами

• Автор: Калинин, Никита Вадимович
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2014
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 100 с. : ил.

Введение
Оглавление

Глава 1. Обзор литературы по жидким кристаллам, структура которых обусловлена объемными взаимодействиями разнородных компонентов, в том числе молекул ЖК с твердыми поверхностями

1.1 Жидкокристаллические системы, имеющие в своем составе димеры

1.2 Жидкокристаллические системы вблизи твердых поверхностей

1.2.1 Каламитические фазы вблизи поверхности

1.2.2 Дискотические фазы вблизи поверхности

1.2.3 Поверхностная запись информации при помощи жидких кристаллов

1.2.4 Жидкие кристаллы в тонких пленках

1.2.5 Индукция жидкокристаллических состояний поверхностью

1.3 Теории, описывающие ЖК-фазы, обусловленные объемными и поверхностными эффектами
1.3.1 Теория Майера-Заупе
1.3.2 Обобщение на случай смеси мономеров и димеров
1.3.3 Обобщение теории Майера - Заупе на случай жидкого кристалла вблизи плоской поверхности
Глава 2. Исследование нематических субфаз в системе димеров
2.1 Измерения диэлектрической анизотропии в жидкокристаллической системе димеров АА, ВВ и АВ

2.2 Статистическая теория нематического упорядочения в системе димеров
2.3 Соотношение между взаимодействиями различных димеров и их энергиями связи
2.4 Определение коэффициентов взаимодействия и энергии связи в рамках молекулярной модели
2.5 Рекомбинация димеров при изменении температуры
2.6 Роль анизотропии
2.7 Сравнение теоретических и экспериментальных результатов
Глава 3. Исследование нематических субфаз в жидком кристалле с примесью сферических наночастиц
3.1 Калориметрические измерения в жидкокристаллической системе с наночастицами кремнезема
3.2 Статистическая теория нематичсеского упорядочения в системе с наночастицами
3.3 Роль поверхности наночастиц в проявлении двухступенчатого характера перехода из нематической фазы в изотропную
Заключение
Список использованной литературы

Введение
В настоящей диссертации выполнено исследование процессов образования нематических субфаз в смеси димеров жидкого кристалла, а также в жидкокристаллических композитах, содержащих примесь наночастиц кремнезема. Были изучены особенности перехода из нематической фазы в изотропную, разработаны математические модели построения фазовых диаграмм с учетом нематических субфаз. В работе использованы методы равновесной статистической физики, теории упругости неоднородных сред, компьютерного моделирования потенциалов и геометрии частиц системы.
Актуальность работы. Использование сложных (комбинированных) объектов в качестве молекул жидкого кристалла, а также внедрение твёрдых наночастиц в жидкокристаллические системы расширяет набор разнообразных структур, которые могут наблюдаться в таких системах, а значит, открывает новые возможности для поиска оптимальных свойств таких материалов (оптических, электрических, упругих). Если молекулы жидкого кристалла представляют собой димеры (и более сложные олигомеры), то в таких материалах могут наблюдаться несколько нематических фаз, между которыми возможны фазовые переходы при изменении температуры, что можно использовать, например, для создания сенсоров. Существование димеров в нематических жидких кристаллах подтверждено экспериментально, например, в рентгеновских [1-3] и диэлектрических [4, 5] измерениях.
Одной из актуальных проблем является создание жидкокристаллических композитов с необходимыми свойствами, в которых определённым образом сочетаются объёмные и поверхностные

В уравнении (1.21) предполагается, что ориентационная функция распределения молекул у[(а1 • п1),^1] зависит от расстояния до поверхности, 1^2(а,,а2,г12) - потенциал взаимодействия между
молекулами I и 2. Первое слагаемое в уравнении (1.22) - это ориентационная энтропия, а второе - внутренняя энергия.
Поскольку предполагается, что функция распределения Л(а2-п2),г2] слабо зависит от расстояния ги в сравнении с потенциалом 1^2(а,,а2,г12), то можно оценить интеграл по межмолекулярному вектору Г12 в (1.22) с помощью метода перевала [26]. Раскладывая функцию распределения в ряд Тейлора по координате г в точке гь можно получить:
р<12/[(а2 • п2), г2]Уп(а,,а2,г12)
1 (1.23) = У0(а,,а2)/[(а2 •п),г,] + -Р2(а1,а2)—у/[(а2 •п),г1] +

^(а1,а2) = /7/Лг12г;2^12(а1,а2,г12). (1.24)
В уравнениях (1.24) нет нечетных индексов г, потому что молекулярное упорядочение неполярно. Значения Ща,,а2) можно аппроксимировать полиномами Лежандра:
-^.(а1,а2) = 7г(0> + У<2Л2(а1.а2) + .... (1.25)

Минимизируя потенциал свободной энергии в уравнении (1.22) по функции распределения Л(а' п)>, учитывая приближения (1.23) - (1.25) и вводя локальный параметр ориентационного порядка, как