Search the digital library catalog

Abstract: V nalogi preučujemo sklopitev med nanodelci in termotropnimi nematičnimi tekočimi kristali (NTK). Slednje obravnavamo kot cilindrično simetrične objekte, ki jih v literaturi pogosto imenujejo kot rotorji. V prvem delu naloge preučujemo vpliv NTK na urejanje dispergiranih ogljikovih nanocevk (ON). Uporabili smo mezoskopski model, v katerem smo NTK opisali z Landau-de Gennesovo teorijo z enoosnim ureditvenim parametrom. Prisotnost ON smo upošteval z Doi-ovo prosto energiji, s katero smo modelirali liotropni značaj ON. Slednja interakcija upošteva t. i. sklopitev izključitvenega volumna. Obravnavali smo primer bi-disperzne porazdelitve ON v limiti šibke sklopitve NTK-ON. V tej limiti na sklopitev dominantno vpliva anizotropija površinske napetosti, medtem ko je interakcija z nematično orientacijsko urejenostjo relativno zanemarljiva. Glede na jakost ON-NTK interakcije smo zasledil dva kvalitativno različna režima obnašanja. V prvem režimu dispergirane ON posedujejo nezvezni prehod iz izotropne v orientacijsko urejeno fazo. V drugem nadkritičnem režimu pa je prehod med fazama postopen. NTK močno vsiljujejo ON stopnjo urejenosti, medtem ko je povratni urejevalni vpliv zanemarljiv. Tako je nematični ureditveni parameter NTK odvisen predvsem od temperature in le šibko od koncentracije ON. V nematični fazi urejenosti daljše ON izkazujejo močnejšo orientacijsko urejenost. V drugem delu naloge smo preučeval histerezno obnašanje NTK pri cikličnem spreminjanju zunanjega urejevalnega polja. Pri tem smo predpostavili, da relativno homogeno dispergirani nanodelci v NTK delujejo kot orientacijsko naključno polje. Takšne primere npr. zasledimo v mešanicah NTK in aerosilnih nanodelcev. Osredotočili smo se na določitev režimov s kvalitativno različnim histereznim odzivom. Pri tem smo spreminjali jakost nematične sklopitve in jakost naključnega polja. Večino raziskav smo izvedli v dveh prostorskih dimenzijah. V teoretični analizi smo uporabili dva različna pristopa. Sistem smo najprej analizirali v približku povprečnega molekularnega polja. V prvem koraku smo analogno s klasično izpeljavo v magnetizmu vpeljali efektivno polje, ki deluje na lokalno nematično urejenost. Slednjo smo opisali s tenzorskim ureditvenim parametrom. V efektivnem polju smo upoštevali prisotnost »povprečnih« sosedov. Predpostavili smo, da sta lastna okvirja tenzorskega efektivnega polja in nematične urejenosti vzporedna in na ta način dobili samo-usklajevalno enačbo. V slednji smo vpeljali povprečenje po orientacijski neurejenosti nanodelcev. V drugem pristopu smo numerično preučevali nematično urejenost za dane vrednosti interakcij v sistemu in nato iz dobljene konfiguracije izračunali povprečni globalni nematični ureditveni parameter. V obeh pristopih smo enačbe reševali numerično pri temperaturi nič. Pri spreminjanju jakosti značilnih interakcij sistema smo dobili kvalitativno različne histerezne zanke in določili področja stabilnosti kvalitativno različnih zank. V obeh pristopih smo dobili kvalitativno podobno obnašanje in pojavile so se samo razlike v kvantitativnem obnašanju. Torej približek molekularnega polja predstavlja v tem primeru relativno zanesljivo in preprosto orodje. Rezultati naloge so potencialno zanimivi za številne aplikacije v nanotehnologiji, ki so osnovane na interakcijah med nematičnimi tekočimi kristali in različnimi nanodelci. V primeru ON bi NTK komponento lahko izkoristili za kontrolirano orientacijsko manipulacijo dispergiranih ON. Tako bi lahko npr. kreirali različne prilagodljive in odzivne vzorce ON s specifičnim makroskopskim obnašanjem. Pri tem bi izkoriščali »mehkobo« NTK komponente in njeno odzivnost na zunanja urejevalna polja in na ograjevalno geometrijo. Po drugi strani bi lahko specifično histerezno obnašanje NTK v cikličnih urejevalnih poljih v prisotnosti nanodelčno generiranega nereda uporabili za različne »mehke« spominske elemente.
Keywords: tekoči kristali, histereza, lebwohl-lasherjev model, mrežna simulacija, nano cevke, povprečno molekularno polje
Published in DKUM: 06.02.2018; Views: 1851; Downloads: 77
Full text (1,90 MB)