基于向列相液晶形变研究空间各向异性两体势

基于分子两体势研究向列相液晶的形变。该两体势是空间各向异性的并且依赖于液晶的弹性常数。理论处理中假定具有理想向列序,这意味着分子长轴取向方向与液晶指向矢是重合的,而总自由能等于总相互作用能。通过解析形式研究3种基本的弗雷德里克兹转变,得到了势参数与弹性常数的又一关系。通过MonteCarlo模拟方法研究了新两体作用势所描写向列相的热力学性质。     

向列相液晶弹性各向异性诱导液晶盒产生漏光的研究

为了阐述具有体缺陷结构的向列相液晶盒在暗态出现漏光的原因,以及边界锚定条件对漏光的影响,首先,建立了3个向列相液晶盒模型,它们具有不同的初始指向矢排布。接着,基于Landau-de Gennes理论,通过对指向矢场的缺陷动力学计算,得到液晶盒截面内平衡态的指向矢分布。最后,使用琼斯矩阵法将该截面内的指向矢分布以透过率的形式表示出来。模拟结果显示,在无外场条件下,当向列相液晶的弹性常数满足L2/L1≥1(K22/K11≤2/3)时,具有体缺陷结构的液晶盒展现出了自发的扭曲结构,导致了漏光的出现。且漏光强度随着缺陷结构和边界条件的不同而不同。本文模型很好地解释了体缺陷造成液晶盒在暗态出现漏光的原因,且模拟结果与工业生产过程中观察到的现象是一致的。     

热致聚芳酯液晶的缺陷结构及电镜研究方法

热致聚芳酯液晶的有序性属向列相。在向列相中分子的长轴方向倾向平行于某个公共轴,这个公共轴用指向矢n表示,取向形变不大的条件下,向列相体系可以用连续体理论来描述,指向矢场n(r)是连续函数。实际的液晶中存在着指向矢函数不连续的奇异点或奇异线,Frank称之为向错(Disclination),是液晶中的缺陷结构。在向列相液晶中能稳定存在的向错只有向错点和向错线,向错面完全不稳定。可以用强度来表征向错,一般只有强度S=±1/2和S=±1的向错是稳定的,S=+1包括了三种情况,因此能稳定存在的向错主要有六种基本形式。在向错点或向错线周围有限的范围内,分子将连续地调整其取向,形成一些具有特殊形式的指向矢场。     

纳米结构表面向列相液晶的聚合物锚定效应

提出了纳米结构聚合物表面的一个简化模型:由具有交替的沿面和垂面锚定的一维周期性条纹表面表征。利用Alexe-Ionescu等提出的扩展各向异性表面能形式,研究了向列相和取向层聚合物之间的锚定以及聚合物和基板表面之间的锚定对向列相液晶表面锚定的影响。在理论处理中,假设两不同锚定区域的锚定强度相等。结果表明:聚合物和基板表面之间的锚定会影响向列相的指向矢分布,降低松弛距离以及系统的总自由能。     

同心柱筒中混合排列向列相液晶中的挠曲电效应

本文研究径向电场作用下同心柱筒中混合排列向列相液晶的指向矢分布,重点研究挠曲电效应对指向矢分布的影响。向列相液晶处于同心圆柱构成的薄层间,内表面径向锚定、外表面轴向锚定以及内表面轴向锚定、外表面径向锚定构成两种同心柱筒混合排列模型。基于向列相液晶Frank弹性理论,通过差分迭代方法,分别在强锚定及弱锚定边界条件下,研究了两种模型中挠曲电效应对指向矢分布的影响。研究结果表明:挠曲电效应在薄层内边界、外边界以及薄层内部对指向矢分布有着不同的影响;同心柱筒中指向矢分布由柱对称性、边界锚定作用、介电耦合作用、挠曲电效应的综合作用所决定。     

混合排列柱状薄层中的向列相液晶指向矢分布的研究

利用向列相液晶弹性理论,研究了混合排列柱状薄层中的向列相液晶指向矢的分布。向列相液晶被限定在两个同心圆柱构成的薄层中,在内外表面施加强锚定及弱锚定边界条件,锚定易取向方向取径向和轴向(垂直柱轴及平行柱轴)的边界条件,得到了四种混合排列柱状薄层模型RsZw、ZwRs、RwZs、ZsRw。基于Frank弹性自由能和Rapini-Papoular近似的表面能,研究了不同锚定强度、不同内半径及不同弹性常数值的指向矢分布,计算机模拟得出指向矢取向的曲线图。由于柱对称性、锚定强度、薄层厚度以及弹性各向异性共同竞争的影响,这四种模型的指向矢分布有着很大的不同。     

液晶衍射光栅模型研究

在液晶指向矢计算的基础上，本文得到了向列相液晶在电场下折射率分布和相位延迟。并在矩形光栅和正弦相位光栅的基础上，分析了液晶衍射光栅对入射光一级衍射情况及其衍射效率，得到了它的数学模型。     

液晶衍射光栅的理论分析

在液晶指向矢计算的基础上,得到了向列相液晶在电场下折射率分布和相位延迟。并在矩形光栅和正弦相位光栅的基础上,分析了液晶衍射光栅对入射光一级衍射情况及其衍射效率,得到了15°左右的衍射角,且衍射效率达到40%。     

空间各向异性色散两体势向列相液晶形变研究

基于空间各向异性色散力势能,用简单的立方格子模型研究具有n层液晶分子所组成的向列相液晶形变。理论外理中假定具有理想向列序,这意味着分子长轴取向方向与液晶指向矢是一致的．而总自由能等于相互作用能。文中以解析形式研究了三种基本的Fredericksz转变,给出了三个弹性常数,在近似下它们是相同的,且与连续体理论比较可以得到k13。     

柱状腔向列相液晶指向矢结构的Monte Carlo模拟

液晶分子被限定在柱状腔内,基于Gruhn-Hess两体势,通过Monte Carlo模拟方法,研究了径向边界条件及温度对柱状腔内向列相液晶PAA的指向矢结构的影响。文中计算了系统平衡后的二阶序参数、轴向序参数、径向序参数、角向序参数和指向矢快照图。在自由表面条件下,液晶分子在与柱轴垂直的面内呈均匀一致排列,而径向锚定作用下,指向矢结构为平面极性结构;在径向锚定作用下,随着锚定强度的增加,液晶分子在与柱状腔轴垂直的面内径向排列有序度增加;温度的变化会改变液晶分子的有序度,但不改变其指向矢结构。     

切变聚合物网络液晶光阀

针对向列型液晶光阀响应速度慢的问题,提出了一种工作在可见光波段的切变聚合物网络液晶光阀(SLCLV).通过测定其电光响应,这种切变聚合物网络液晶(SLC)的响应时间可达几个毫秒,比相同条件下的向列型液晶的响应速度提高了一个数量级,而且对厚度依赖性小.通过理论分析,提出了SLC的工作原理,介绍了工作在可见光波段的反射式电寻址SLCLV的制作过程.器件的制作工艺简单,可靠性高.在可见光-可见光图像转换系统中,测得这种液晶光阀的帧频可达500 Hz,分辨率为81p/mm.如果能进一步提高制作工艺,这种液晶光阀在高速光学信息处理方面有广阔的应用前景.     

表面沟槽诱导双轴向列相液晶的弹性畸变

双轴向列相液晶在表面沟槽上锚定,3个指向矢之一平行于沟槽均匀排列。使用Berreman在研究单轴向列相时提出的弹性形变产生表面能的理论方法对双轴向列相液晶进行研究,得到了一个公式,在Berreman模型中它描写弹性畸变对表面锚定的贡献,但在双轴向列相中,这一公式描写当n指向矢沿着沟槽锚定时,m指向矢受到沟槽表面的作用而产生的畸变能量。研究了双轴向列相液晶在表面沟槽上锚定的稳定性问题;稳定性条件在双轴向列相单一弹性常数近似下为n指向矢的弹性常数最大。     

液晶盒的电容特性

液晶盒外加一定的电压,会改变液晶分子的取向排列,这样液晶层的有效介电常数也会随之发生改变。如果把液晶盒看作一个电容器,其电容也会有所改变。本论文理论研究强锚泊混合排列向列相液晶盒的电容特性,基于液晶弹性理论和变分原理,理论推导液晶盒系统的平衡态方程及电容的解析表达式,通过Matlab软件数值模拟了此液晶盒的电容-电压曲线和指向矢分布曲线,并对其电容特性进行了分析。     

Self‐Assembled Shape‐Memory Fibers of Triblock Liquid‐Crystal Polymers

New thermoplastic liquid‐crystalline elastomers have been synthesized using the telechelic principle of microphase separation in triblock copolymers. The large central block is made of a main‐chain nematic polymer renowned for its large spontaneous elongation along the nematic director. The effective crosslinking is established by small terminal blocks formed of terphenyl moieties, which phase separate into semicrystalline micelles acting as multifunctional junction points of the network. The resulting transient network retains the director alignment and shows a significant shape‐memory effect, characteristic and exceeding that of covalently bonded nematic elastomers. Its plasticity at temperatures above the nematic–isotropic transition allows drawing thin well‐aligned fibers from the melt. The fibers have been characterized and their thermal actuator behavior—reversible contraction of heating and elongation on cooling—has been investigated.     

空间各向异性势扭曲向列液晶盒的Fredericksz转变

基于格点模型空间各向异性两体势研究扭曲向列(TN)液晶盒的Fredericksz转变。该作用势不仅是空间各向异性的并且依赖于液晶的弹性常数。理论处理中假定具有理想向列序,这意味着分子长轴取向方向与液晶指向矢是重合的,而总自由能等于总相互作用能。分别对指向矢的倾角和方位角进行傅里叶展开,通过二阶导矩阵方法确定TN盒的阈值磁场。该磁场依赖于总扭曲角和液晶的弹性常数,并与连续体理论结果进行了比较。通过平衡态下系统自由能取最小,得到指向矢满足的平衡态方程。基于平衡态方程,对TN液晶盒中指向矢在磁场作用下的分布进行了数值计算。数值结果验证了液晶指向矢所满足的平衡态方程的正确性。进一步证实了文献中最近提出的两种从弹性能到两体作用势的映射方案之一(即模型Ⅰ)可以给出与连续体理论相一致的结果。     

新型聚合物网络稳定液晶光栅的制备

将具有光敏特性的预聚物与向列相液晶按一定比例混合，注入液晶盒，以紫外灯为光源，通过光掩模法使混合物在紫外光的引发下产生相分离，形成聚合物网络稳定液晶光栅。采用光学显微镜和He-Ne激光器进行测试，结果表明该光栅获得了周期性的栅结构，且衍射效率具有电场调谐性。     

HAN液晶盒中开关时间对形变场弛豫过程的影响

在HAN液晶盒撤掉外加电压的过程(即弛豫过程)中,假定电压的开关时间为有限的,把电压处理为时间的指数衰减函数。在这一假定下,对撤掉外加电压后HAN液晶盒中指向矢的分布情况进行研究,得到了对HAN液晶盒的弛豫过程有影响的电压开关时间的范围。     

Switching Dynamics of a Post-Aligned Bistable Nematic Liquid Crystal Device

The operation of a post-aligned bistable nematic (PABN) liquid crystal device is simulated using a dynamic finite-element implementation of the Landau–de Gennes theory in 3D. Two topologically distinct stable director profiles of higher and lower tilt angles are identified. The switching process between these two states is simulated while monitoring the variation in total free energy of the liquid crystal material. Maxima in the free energy, acting as energy barriers separating the two stable states, are shown to coincide with the formation of $-1/ 2$ defect lines in the director field.