Search the digital library catalog

Abstract: Kapljice na poroznih in mikrostrukturiranih površinah impregniranih s tekočimi kristali, zaradi neravnovesja sil vzdolž stične črte okoli sebe tvorijo omočitveni rob, ki vodi do interakcij dolgega dosega. Za milimetrske kapljice, ki med seboj interagirajo, opazimo tri faze zlivanja: privlak, odtok lubrikanta v omočitvenem robu in zlitje. Uporabljamo hitro kamero za preučevanje teh dinamičnih faz na nematskih in izotropnih tekočekristalnih površinah. Pokažemo, da sta privlak in zlitje hitrejši na mikrostrukturiranih površinah (SLIPS) in v tem primeru ni relevantnih razlik v dinamiki na posamezni tekočekristalni fazi. Na poroznih površinah (LCIPS) je privlak med kapljicami veliko počasnejši, predvsem zaradi debelejše plasti lubrikanta in posledično večjega omočitvenega roba. V tem primeru je tudi zlitje počasnejše. Dinamika kapljic na SLIPS v glavnem sledi analogiji klasičnega vzmetnega nihala, kjer ima površinska napetost vlogo vzmeti in viskoznost vlogo koeficienta dušenja. Takšna analiza je bila nedavno izvedena na podobnih mikrostrukturiranih površinah, impregniranih s silikonskimi olji. V naših eksperimentih v glavnem določimo krajše čase odtoka in ne opazimo nihanja kapljic po prvem vrhu hitrosti. Poleg tega je amplituda drugega vrha hitrosti na LCIPS neodvisna od polmera kapljic, medtem ko je na SLIPS amplituda drugega vrha hitrosti neodvisna od tekočekristalne faze. Končno je nihajni čas v tretji fazi zlitja na SLIPS odvisen od polmera na potenco 3/2, medtem ko na LCIPS tega ne opazimo. Poleg tega nihajni čas ni odvisen od viskoznosti tekočega kristala. To eksperimentalno delo predstavlja izviren pogled na interakcije med kapljicami in njihovo zlivanje na mikrostrukturiranih in poroznih površinah s tekočekristalno prevleko.
Keywords: mikrofluidika na odprtih površinah, tekoči kristali, površinska napetost, superhidrofobnost, spolzke s tekočino impregnirane površine
Published in DKUM: 01.09.2025; Views: 0; Downloads: 14
Full text (7,19 MB)

Abstract: V doktorski disertaciji sem raziskal optične in temperaturne vplive zunanjih polj na direktorsko polje nematskega tekočega kristala v različnih tokovnih režimih znotraj mikrofluidičnih kanalčkov z močnim homeotropnim sidranjem. Uporabljal sem polarizacijski optični mikroskop, opremljen z lasersko pinceto, ki pri večjih močeh laserske svetlobe zaradi absorpcije v prevodnem substratu mikrokanalčka povzroči lokalno segrevanje nematika v izotropno fazo in ob hipnem ugašanju posledično sproži hiter fazni prehod v nematsko fazo. Na ta način sem pokazal, da je z laserskim snopom optične pincete v toku nematika mogoče nukleirati in stabilizirati topološko ograjene, orientacijske domenske strukture. Raziskal sem dinamiko teh struktur pri različnih hitrostih toka in skonstruiral fazni diagram prehodov med podkritičnim in nadkritičnim območjem parametrov, ki kvantitativno ločijo krčenje in širjenje domen v dani geometriji. Osredotočil sem se na frekvenčne modulacije tokovnih režimov in relaksacijske procese ob zaustavitvi tokov, ki povzročijo reorientacijo v domeno ujetega direktorskega polja in nastanek točkastih defektov s solitoni. Pokazal sem, da je orientacijske domenske strukture, razen v nematiku 5CB, mogoče tvoriti in stabilizirati tudi v tekočem kristalu CCN z negativno dielektrično anizotropijo in majhno optično dvolomnostjo. Izkazalo se je, da temperaturne spremembe v mikrofluidičnem kanalčku znatno vplivajo na stabilnost z laserjem segretih nematskih plasti, tvorjenje domenskih struktur in na tokovne režime, zato sem te pojave podrobneje raziskal pri višji temperaturi. Pri faznem prehodu toka tekočega kristala iz izotropne v nematsko fazo sem zasledil soobstoj nematskih in izotropnih domen. Nato sem z različnimi geometrijami mikrokanalčkov kontrolirano vplival na obliko, velikost in življenjski čas domen, saj ima takšna manipulacija anizotropne tekočine potencial za uporabo v kompleksnejših mikrofluidičnih vezjih, senzorjih tlaka in nastavljivih optičnih filtrih. S tokom potujoče domene lahko tudi razcepimo, združujemo in sortiramo. V sodelovanju s teoretičnimi fiziki sem kot prvi pokazal obstoj novega kiralnega stanja v toku homeotropnega nematika, ki je doslej, zaradi premalo natančne regulacije tokov, ostalo neopaženo. Nazadnje sem preučil vpliv električnega polja na tokovne režime in domenske strukture. Zaradi dielektrične anizotropije in polarizabilnosti tekočekristalnih molekul lahko z električnim poljem spreminjamo obliko domenskih struktur, jih pri tem razpolavljamo, usmerjamo ali pa jih z močnejšim preklapljanjem električnega polja celo tvorimo. Precizna frekvenčna modulacija električnega polja je nenazadnje uporabna za tvorbo kiralnih domenskih stanj brez uporabe laserske pincete.
Keywords: tekoči kristali, mikrofluidika, optična manipulacija, topološki defekti, fazni prehodi
Published in DKUM: 23.10.2019; Views: 1937; Downloads: 149
Full text (84,85 MB)