Гидродинамическое структурообразование в нематическом жидком кристалле при периодическом механическом воздействии

• Автор: Самойлова, Яна Викторовна
• Шифр специальности: 01.02.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2012
• Место защиты: Самара
• Количество страниц: 117 с. : ил.

Содержание
Введение
1 Теоретические и экспериментальные исследования искажений структуры нематического жидкого кристалла
1.1 Структурно-ориентационные переходы в нематических жидких кристаллах при механическом воздействии
1.2 Уравнения механики жидких кристаллов
2 Пространственно-модулированные структуры в гомеотроп-ном нематическом жидком кристалле при воздействии осциллирующего течения Куэтта
2.1 Уравнения движения, описывающие деформацию слоя нематического жидкого кристалла при сдвиговом течении
2.2 Образование в гомеотропном нематическом жидком кристалле пространственно-модулированной структуры на высоких частотах
2.3 Образование в гомеотропном нематическом жидком кристалле пространственно-модулированной структуры на низких частотах
2.4 Анализ результатов
3 Деформация гомеотропного слоя нематического жидкого кристалла при воздействии периодического сдвига и сжатия
3.1 Уравнения гидродинамики, описывающие деформацию структуры нематического жидкого кристалла при бинарном воздействии
3.2 Деформация структуры слоя нематического жидкого кристалла на низких частотах
3.3 Сравнение теоретических результатов с экспериментом
3.4 Деформация структуры слоя нематического жидкого кристалла на высоких частотах

3.5 Устойчивость наблюдаемой деформации жидкого кристалла
3.6 Анализ результатов
4 Пространственно-модулированные структуры при нормальном падении ультразвуковой волны на слой нематического
жидкого кристалла
4.1 Самосогласованные уравнения, описывающие деформацию нематического жидкого кристалла в ультразвуковом поле
4.2 Деформация структуры в гомеотропном слое нематического жидкого кристалла
4.3 Деформация структуры в планарном слое нематического жидкого кристалла
Основные результаты и выводы
Список литературы
Приложение

Введение
Ориентационные эффекты, возникающие в нематических жидких кристаллах (НЖК) при деформации, весьма разнообразны и зависят от исходной ориентации кристалла, наличия электрического или магнитного поля, геометрии воздействия, ориентации молекул на границах. К настоящему времени наиболее полно теоретически и экспериментально изучено влияние внешних полей (электрического или магнитного) на структуру жидкого кристалла, что позволяет создавать устройства, функционирование которых основано на электрооптических эффектах (жидкокристаллические телевизоры и мониторы, калькуляторы и др.). Не менее перспективным для практического применения является исследование эффектов, возникающих в НЖК-слое при механических деформациях (создание акустоопти-чсских преобразователей, микрофонов, экранов для визуализации акустического поля, дефектоскопов, модуляторов оптического излучения и т.д.). Недостаточное понимание процессов в жидких кристаллах при механической деформации затрудняет разработку таких приборов и поэтому требует теоретического описания ориентационных эффектов, возникающих в упорядоченных монокристаллах при воздействии на них звукового поля или сдвиговых колебаний подложек.
Особый интерес к исследованиям НЖК обусловлен высокой чувствительностью ориентации молекул жидкого кристалла к механическим воздействиям (осциллирующие гидродинамические потоки, ультразвуковое поле). Даже слабое воздействие меняет начальную ориентацию кристалла, и молекулы отклоняются периодически от равновесного положения. Повышение интенсивности воздействия приводит к образованию пространственно-периодических деформаций, когда молекулы колеблются около нового равновесного положения, которое периодически меняется вдоль слоя (пространственно-модулированная структура — ПМС). Образование ПМС зависит от начальной ориентации молекул кристалла в НЖК-слое, вида движения граничной пластины, условий ориентации молекул на границе.
Появление ПМС в НЖК-слое иод действием гидродинамических потоков теоретически анализируется во многих работах, однако эти исследова-

rj = а4,+ Щ. _ безразмерная вязкость в вязкой волне, распространяющейся вдоль оси кристалла, т = 'yh2/К — характерное время восстановления гомеотропной ориентации кристалла при снятии внешнего воздействия.
Считая ориентацию молекул на границе жесткой и учитывая условие прилипания жидкости, представим граничные условия для уравнений (2.1.8) в виде
Vxz=l/2 = Щ COS t, Vxz=—1/2 = 0)
vzz=±l/2 = 0, $|z=±l/2 = 0. (2.1.9)
Заметим, что структура уравнений (2.1.8) при жесткой ориентации молекул на границах гарантирует зависимость пороговой амплитуды от частоты и толщины слоя через скейлинговый параметр шт = 'ушЬ?/К. Отсутствие подобной зависимости при экспериментальном исследовании показывает, что либо ориентация молекул на границе не являлась жесткой, либо присутствовали побочные факторы, например, движение граничных пластин не было параллельным.
2.2 Образование в гомеотропном нематическом жидком кристалле пространственно-модулированной структуры на высоких частотах
Рассмотрим малые амплитуды сдвига, считая, что выполняется неравенство но < 1- В этом случае углы 0 отклонения молекул от оси z малы, что позволяет линеаризовать уравнения (2.1.8) по углу в, считая компо-