Исследование индуцированных сдвиговым течением структур жидких кристаллов, ориентированных электрическим полем

• Автор: Шмелева, Дина Владимировна
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2005
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 151 с. : ил.

Глава 1. Теоретическое и экспериментальное изучение
неустойчивостей в нематических жидких кристаллах (Обзор литературы)
1.1. Основные уравнения нематодинамики
1.2. Структурно-ориентационные переходы под действием
стационарных потоков
1.3. Структурно-ориентационные переходы под действием
осциллирующих потоков
1.4. Постановка задачи, выбор объектов и методов
исследования
Глава 2. Экспериментальная установка и методика проведения эксперимента
2.1. Описание экспериментальной установки
2.1.1. Оптическая система
2.1.2. Система подачи давления
2.1.3. Электрическая система
2.1.4. Система регистрации и обработки данных
2.2. Технология изготовления и конструкция жидкокристаллической
ячейки
2.3. Особенности эксперимента, связанные с использованием МВБ А
2.4. Оценка погрешности определения разности фаз 5 между
обыкновенным и необыкновенным лучами
Глава 3. Линейные и нелинейные изменения ориентационной структуры НЖК в затухающем потоке Пуазейля
3.1. Затухающее пуазейлевское течение нематического жидкого
кристалла в капилляре клиновидного сечения
3.2. Движение директора в плоскости потока
3.3. Применение затухающего потока для измерения анизотропных
коэффициентов сдвиговых вязкостей
3.4. Влияние затухающего потока на структуру электрогидродинамической неустойчивости
3.5. Движение директора вне плоскости потока
3.6. Затухающий поток. Явления далекие от равновесия
Глава 4. Линейные и нелинейные изменения ориентационной структуры НЖК в осциллирующем потоке Пуазейля
4.1. Движение директора в плоскости потока
4.2. Движение директора вне плоскости потока
4.3. Вторичная цилиндрическая неустойчивость, индуцированная
осциллирующим потоком Пуазейля
Основные результаты и выводы
Литература
Приложение 1. Материальные параметры НЖК

Приложение 2. Пороговые толщины слоя Ьь, соответствующие выходу директора из плоскости потока, при различных начальных перепадах давления ДР(0). Затухающий поток. МББА 22°С. Напряжение и=0В
Приложение 3. Пороговые толщины слоя Ьь, соответствующие выходу директора из плоскости потока, при различных начальных перепадах
давления ДР(О). Затухающий поток. МББА 22°С. Напряжение и=ЗВ
Приложение 4. Максимальная разность фаз 5щ в осциллирующем
потоке Пуазейля. МББА 22°С
Приложение 5. Максимальная разность фаз 8т при воздействии
внешнего электрического поля в осциллирующем потоке Пуазейля.
МББА 22°С
Приложение 6. Параметры осциллирующего потока Пуазейля,
соответствующие возникновению однородной неустойчивости на
толщине Ьь. МББА, 23°С
Приложение 7. Параметры осциллирующего потока Пуазейля,
соответствующие возникновению однородной неустойчивости на
толщине Иь. ЖК616, 24°С
Приложение 8. Период структуры ролов ц в осциллирующем потоке
Пуазейля при различных толщинах И слоя ЖК. МББА 22°С
Приложение 9. Период структуры электроконвективных ролов ц при различных толщинах И слоя ЖК. 17=13,6 В, /(/=200 Гц, структура
стабилизирована затухающим потоком АР(0)=13,7 Па, МББА, 22°С
Приложение 10. Параметры осциллирующего потока Пуазейля,
СООТВеТСТВуЮЩИе ВОЗНИКНОВеНИЮ Структуры рОЛОВ На ТОЛЩИНе Ь] и
рассеянию света на толщине Ь2. МББА 22°С

Ориентационные эффекты, вызываемые сдвиговыми течениями в нематических жидких кристаллах (НЖК), на протяжении многих лет привлекают
повышенный интерес, как теоретиков, так и экспериментаторов, занимающихся исследованиями данного класса конденсированных сред. Взаимодействие трансляционных и ориентационных движений молекул является одним из наиболее фундаментальных свойств, отличающих жидкие кристаллы от изотропных жидкостей. На гидродинамическом уровне описания анизотропных жидкостей это взаимодействие отражено в соответствующих нелинейных уравнениях, связывающих градиенты скорости в сдвиговых течениях с
изменениями направления единичного вектора локальной оптической оси (директора). Указанная связь приводит к реализации целого спектра физических явлений, начиная от зависимости эффективной вязкости от
скорости сдвигового течения (неньютоновское поведение) и заканчивая
образованием сложных динамических структур в потоках жидких кристаллов.
В последние годы выполнен ряд новых теоретических исследований динамического поведения НЖК, ориентированных сдвиговыми течениями, с использованием методов компьютерного моделирования, что позволяет провести сравнение теории с экспериментом не только на качественном, но и на количественном уровне. В этой связи представляют несомненный интерес экспериментальные исследования индуцированных сдвиговыми течениями изменений ориентационной структуры в слоях НЖК, включая изучение гидродинамических неустойчивостей, которые могут быть реализованы при специфических граничных условиях и соответствующем выборе параметров эксперимента.
Выполненные к настоящему времени исследования позволяют сделать вывод о том, что результат воздействия сдвигового течения на ориентацию НЖК зависит в первую очередь от способа создания потока и исходных граничных условий.

виде цилиндров. Материал расширительных емкостей, - полиэтилен, плохо смачивается ЖК, что обеспечивает малый подъем мениска.
В экспериментах с затухающим потоком расширительные емкости остаются открытыми.
В экспериментах с осциллирующим потоком емкости соединены с системой подачи давления посредством силиконовых трубок диаметром 0,8 см и общей длиной 0,5 м.
Все промежуточные элементы, обеспечивающие трансляцию заданного перепада давления от цилиндра с поршнем на клиновидный капилляр должны иметь существенно меньшее гидродинамическое сопротивление по сравнению с сопротивлением капилляра RK с тем, чтобы не демпфировать избыточное давление.
Наиболее "узким" местом в указанной части установки являются соединительные трубки между расширительными емкостями и заливочными каналами. Оценим их гидродинамическое сопротивление Rm используя формулу Пуазейля [95] для мгновенного объемного расхода жидкости dV/dt, протекающей через трубку радиусом гт и длиной Lm под действием постоянного перепада давления АР :
- dV/dt = AP/Rm = АР -(кrj)/(8t]3 LJ, где 7]э - эффективная сдвиговая вязкость ЖК в трубке.
(2.3)

Рисунок. 2.8. Геометрия капилляра.